Mann bei Anlagenplanung am Bildschirm

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| von Armin Scheuermann
Claus Vothknecht ist System Manager Prozess Industrie bei Phoenix Contact
Claus Vothknecht ist System Manager Prozess Industrie bei Phoenix Contact, "Sobald der Anwender einen ausreichenden digitalen Zwilling sämtlicher im Feld verbauten Sensoren und Aktoren hat, steht automatisch der As-Built-Zustand digital zur Verfügung."

CT: Unter einem „Digitalen Zwilling“ versteht fast jeder etwas anderes. Wie definiert Phoenix Contact den Digitalen Zwilling?
Vothknecht: Wir verstehen darunter ein digitales Abbild aller im Feld vorhandenen Sensoren und Aktoren, inklusive der hinterlegten Wartungszyklen, deren Parametrierung und den Fehlerzuständen der Geräte, falls Fehler vorliegen. Darauf fokussieren wir uns mit unserer Lösung.

 

CT: Was hat der Anwender davon?
Vothknecht: Sobald der Anwender einen ausreichenden digitalen Zwilling sämtlicher im Feld verbauten Sensoren und Aktoren hat, steht automatisch der As-Built-Zustand digital zur Verfügung. Regelmäßige Wartungsrundgänge, bei denen Sensorinformationen via Laptop abgerufen werden müssen, entfallen dann. Auf Knopfdruck erfährt das Anlagenpersonal, welche Fehlermeldungen existieren, wann ein Sensor zuletzt kalibriert wurde und vieles mehr. Bei einem Turnaround kann man Kalibrierdaten abfragen und den Stillstand besser planen.
Oft werden Sensoren aus Anlagenteilen ausgebaut und in neuen Anlagenteilen wieder installiert. Das Gerät hat eine Historie – und diese lässt sich in einem Asset-Management-Tool auslesen und nutzen. Noch interessanter wird das Ganze im Hinblick auf Anlagenmodule. Dort wird häufig geändert – die automatische Dokumentation im digitalen Zwilling kann hier enorm helfen.

Das modulare Hart-IP-Gateway 	eröffnet die Möglichkeit, Hart-Geräte via Ethernet zu parametrieren und zu überwachen.
Das modulare Hart-IP-Gateway eröffnet die Möglichkeit, Hart-Geräte via Ethernet zu parametrieren und zu überwachen. Bild: Phoenix Contact

CT: Wie sieht das an einem Beispiel in der Praxis aus?
Vothknecht: Nehmen wir an, während einer Nachtschicht in einer Chemieanlage geht irgendwo ein Temperatursensor kaputt: Das Anlagenpersonal nimmt in der Regel einen Ersatzsensor aus dem Lager – meist nicht exakt dasselbe Gerät –, baut diesen ein und legt die Dokumentation in die Leitwarte, damit die Kollegen die Daten des Sensors übernehmen können. Heute muss das noch händisch nachgepflegt werden. Und oft fehlt deshalb die Information, dass ein Sensor getauscht wurde, und es ist häufig auch nicht bekannt, wann der Kalibrierzyklus für diesen Sensor fällig ist. Aber diese Daten sind ja eigentlich alle in modernen Sensoren vorhanden.
In einem Projekt haben wir mit unserem Hart-IP-Gateway gezeigt, dass man diese Informationen aus Sensoren und Aktoren nutzbar machen kann. Und im IGR-Labor in Frankfurt Höchst läuft eine Testinstallation mit 30 Sensoren und Aktoren.

 

CT: Wie wird die Technik dort genutzt?
Vothknecht: Im IGR-Labor von Bilfinger arbeitet eine Steuerung von Phoenix Contact, auf der eine Software der Firma Codewrights installiert ist. Diese kann Informationen aus Sensoren und Aktoren einlesen und im NOA-Informationsmodell, manchem bisher geläufig als PA DIM, darstellen – und das vollautomatisch. Die Software scannt über verschiedene Kommunikationswege automatisiert und vollständig autark alles ein, was sie in diesem gesamten Netzwerk an unterlagerten Sensoren und Aktoren findet. Über die DTM-Beschreibungsdateien kann sie neben den Hart-Werten spezifische Daten eines Sensors ver­wenden.

 

CT: Wie funktioniert diese Software in den unterschiedlichen Rechnerumgebungen?
Vothknecht: Die Software kommt als Docker-Container – das ist so etwas wie eine virtuelle Maschine auf einem Computer: Ein Docker-Container stellt unabhängig vom Betriebssystem eine standardisierte Umgebung bereit. Die Docker-Technik ist das künftige System, um Software auszurollen.

 

CT: Wie ist der Zusammenhang zum digitalen Zwilling?
Vothknecht: Der Docker-Container scannt das unterlagerte Netzwerk ab und sucht die dort vorhandenen Sensoren und Aktoren. Wir holen sämtliche Daten ab und stellen diese mit einem OPC-UA-Server als NOA-IM zur Verfügung. Mit diesem standardisierten Format können Asset Management- oder Engineering-Systeme, wie zum Beispiel die Engineering Base von Aucotec, auf sämtliche Sensoren und Aktoren zugreifen. Der Scan des Netzwerks im IGR-Labor mit rund 30 Sensoren dauert lediglich rund drei Minuten. Wird ein Gerät ausgewechselt, registriert die Software, wann das geschehen ist. Dadurch ist jederzeit klar, zu welchem Zeitpunkt ein Objekt zuletzt aktualisiert wurde.

CT: Das setzt allerdings voraus, dass man Geräte einsetzt, für die es einen DTM gibt.
Vothknecht: Ja, der DTM muss bekannt sein. Aber diese werden über die Datenbank der FDT-Group angeboten und können auch manuell nachgerüstet werden.

 

CT: Wie hoch ist der Aufwand und wann lohnt es sich, so einen digitalen Zwilling aufzusetzen?
Vothknecht: Der Aufwand ist auf jeden Fall da. Man muss jedem 4…20-mA-Sensor einen IO-Punkt spendieren, der das Signal auskoppelt und einliest. Danach muss die Software lizensiert werden – für jeden Sensorpunkt ergibt sich also ein gewisser Investitionsaufwand. Das kann man allerdings gegen den Aufwand rechnen, der entsteht, wenn Anlagenpersonal vor Ort Sensor-Diagnoseinformationen auslesen muss.
In realen Anwendungen haben wir festgestellt, dass sich die Investition insbesondere dann lohnt, wenn häufig umgebaut wird, oder wenn auf einer Anlage verschiedene Produkte hergestellt werden.

 

CT: Warum kann man das nicht über das vorhandene Prozessleitsystem lösen?
Vothknecht: Oftmals sind Leitsysteme nicht in der Lage, viele Hart-Verbindungen zu halten, oder nutzen ein Hart-Modem für zahlreiche IO-Kanäle. Dadurch wird die Abfrage sehr langsam. Mit der Lösung über unser Hart-Gateway und den NOA-Seitenkanal können wir beliebig viele Hart-Verbindungen umsetzen. Unsere Hardware stellt für jeden IO-Kanal ein eigenes Modem bereit.

 

CT: Kann die Technik bereits eingesetzt werden?
Vothknecht: Absolut. Dass sie funktioniert, haben wir im IGR-Labor bereits ausgiebig getestet. Für Modulanlagen und die Modulautomation via MTP arbeitet Phoenix Contact an einer Erweiterung. Dort erwarten wir 2021 die Spezifikation. Außerdem befassen wir uns damit, neuere IO-Systeme ebenfalls zu integrieren. Diese sollen künftig neben dem Leitsystem auch direkt den NOA-Seitenkanal bedienen.
Der Fokus von Phoenix Contact liegt darauf, intelligente Anbindungen zu machen – wir entwickeln weder das Asset-Management-System noch Prozesssensoren. Früher gab es bei uns den Slogan „Connecting the Field to the Control Room“ – das war damals elektrisch gemeint. Unser Verständnis für die Zukunft ist, dies weiter zu tun, aber intelligenter – und auch bis in die Cloud.

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