Mehr als die Summe der Teile

Integrierte Automation

Pharma
Food
Kosmetik
Chemie
Planer
Betreiber
Einkäufer
Manager

22.05.2013 „Papa, kannst Du mir mal helfen? Mir ist da was ganz Blödes passiert...“ Mit diesen Worten hielt mir mein Sohn Paul sein Lieblings-Spielzeugauto unter die Nase. Ein 3er BMW - oder vielmehr seine Einzelteile. Sauber zerlegt. Beim Versuch, diese Teilstücke wieder zu einem Ganzen zusammenzufügen, fiel mir eine Analogie zur Prozessautomatisierung auf: Auch diese besteht aus einzelnen Komponenten, die aber erst in ihrer richtigen Kombination ihre volle Funktionalität entwickeln können. Jede Einzelkomponente für sich erfüllt zwar ihre ihr eigene Aufgabe, aber erst durch das perfekte Zusammenspiel dieser Komponenten können alle Fähigkeiten voll ausgenutzt oder neue Funktionen geschaffen werden. Wie schon Aristoteles erkannte: „Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile“.

Entscheider-Facts für Planer und Betreiber

  • Prozessautomatisierung besteht aus einzelnen Komponenten, die aber erst in ihrer richtigen Kombination ihre volle Funktionalität entwickeln können.
  • Ziel der integrierten Automation ist es, Redundanzen und Doppelarbeiten zu vermeiden. Diese verursachen nicht nur höhere Kosten durch Mehraufwand, sondern sind auch eine zusätzliche Fehlerquelle.
  • Zur Integration von Teilsystemen im betrieblichen Umfeld wurde das BPI-Konzept entwickelt - eine Vermittlungssoftware zwischen den entkoppelten Teilsystemen, mit der Daten ausgetauscht werden können.

Stabile und effektive Schnittstellen sind das A und O
Von entscheidender Bedeutung für die Gesamtfunktionalität eines Systems sind die passenden Verbindungen zwischen seinen Teilsystemen: Als ich meinem Sohn das vermeintlich reparierte Auto wieder zurückgab, fiel ihm sofort auf, dass sich zwar die Lenkachse bewegen und sich das Lenkrad drehen ließ, aber eben nicht gemeinsam – was er lautstark reklamierte. Obwohl beide Teilsysteme einwandfrei funktionierten, konnte deren Gesamtfunktion – das Lenken – nicht umgesetzt werden. Die Ursache: Beim Zusammenbau hatte ich nicht darauf geachtet, dass durch einen Haken die Lenksäule mit der Lenkachse verbunden werden muss. Ein Schnittstellenproblem, wie der Automatisierungstechniker sagen würde. Gut funktionierende Schnittstellen sind in der Automatisierung das A und O. Je stabiler und je effektiver die Schnittstellen zwischen den Komponenten sind – sei es Hardware, Software oder Aktionen – desto besser können die Einzelkomponenten eines Systems miteinander interagieren.

Den Zusammenschluss, die Integration von einzelnen Komponenten über Schnittstellen zu einem übergeordneten Ganzen, bezeichnet man in der Prozessautomatisierung als „integrierte Automation“. Fokusthemen zur Umsetzung einer integrierten Automation sind Systemarchitektur, Modulbildung und Informationsflüsse über Schnittstellen, wobei hier das Hauptaugenmerk auf dem effektiven Datentransfer zwischen den einzelnen Teilsystemen zur gemeinschaftlichen Erfüllung der zentralen Aufgabe des Gesamtsystems liegt.

Ziel der integrierten Automation ist es, Redundanzen und Doppelarbeiten zu vermeiden. Diese verursachen nicht nur höhere Kosten durch Mehraufwand, sondern stellen durch manuelle menschliche Arbeit zusätzliche Fehlerquellen dar – nobody is perfect. Ein weiteres Ziel der integrierten Automation ist es, die verbliebenen, redundanzfreien Ressourcen effizient zu nutzen. Dies beschränkt sich aber nicht auf den rein steuerungsechnischen Bereich.

Steuerungstechnik und Engineering integrieren
Die integrierte Automation kann aus mehreren verschiedenen Blickwinkeln betrachtet werden: Die Integration von Steuerungskomponenten, die Integration einzelner Projektschritte eines Automatisierungsprojektes und die vertikale Integration in Geschäftsabläufe. Bei der steuerungstechnischen Integration geht es um die rein technischen Verknüpfungen, das Zusammenspiel von Steuerungsbaugruppen und Engineering-Tools oder die Anbindung einer Teilanlage an ein übergeordnetes System. Hier können Redundanzen bei Hard- und Software vermieden werden: Beim Software-Engineering durch den Zugriff auf einen gemeinsamen Datenpool, wie es z. B. beim TIA-Portal (Totally Integrated Automation) von Siemens oder der „Integrated Architecture“ von Rockwell Automation der Fall ist. Bei der Hardware können Redundanzen und Doppelarbeiten vermieden werden, indem man z. B. die Parametrierung und Diagnose von Feldgeräten aus der Schaltwarte heraus mit einem zentralen System realisiert.

Für alle Bereiche der steuerungstechnischen Integration gilt, dass schon bei der Auswahl der einzelnen Systemkomponenten nicht in erster Linie darauf geschaut werden sollte, welche Komponente „am meisten kann“, sondern eher, welche am besten zur Erfüllung der Gesamtaufgabe des Systems beiträgt und welche am besten mit den anderen Systemkomponenten „harmoniert“. Wie bei einem Orchester, bei dem es eben nicht darauf ankommt, dass einzelne Instrumente möglichst laut und durchdringend sein sollen, sondern, dass sie perfekt aufeinander abgestimmt sind. Nur so wird das Gesamtergebnis im wahrsten Sinne des Wortes „stimmig“. Für die integrierte Automatisierung bedeutet dies, dass alle beteiligten Systeme über vergleichbare Eigenschaften und Fähigkeiten verfügen und dieselbe Semantik benutzen sollten. Ein MSR-Techniker findet daher den Spruch „Kennste einen, kennste alle“ nicht abfällig; er ist für ihn erwünschtes Ziel.

Bei Endress+Hauser wird das Konzept der einheitlichen Struktur und Bedienung für Feldgeräte aller Arbeitsgebiete konsequent umgesetzt. Egal, ob z. B. ein Durchflussmessgerät oder ein Füllstands-Messumformer parametriert werden soll, die Bedienung und die Parameterstruktur ist stets dieselbe. Dies hat neben den optimalen Einsatzmöglichkeiten in der integrierten Automation den Vorteil eines geringeren Aufwandes für das Wartungspersonal, da hier nicht für verschiedenen Gerätetypen verschiedene Bedienphilosophien gelten, die jedes Mal in anderen Handbüchern nachgeschlagen werden müssen.

Main Automation Vendor vermeidet Reibungsverluste im Projekt
Bei der Integration einzelner Projektschritte eines Automatisierungsprojektes geht es um den nahtlosen Transfer von Informationen zwischen einzelnen Projektaktivitäten, von der ersten Kundenberatung über die Systemauswahl, das Engineering und die Inbetriebnahme bis zu Schulung und Support. Hier vermeidet integrierte Automation Doppelarbeit durch Nutzung von Informationen und Daten, die bereits in einem der vorangegangenen Schritte gewonnen wurden. So kann beispielsweise die Symbolliste, die bei der Schaltplanerstellung erzeugt wird, als Grundlage der Ein-/Ausgangs-Liste beim Software-Engineering dienen. Diese Liste, erweitert um weitere Daten aus der SPS-Programmierung, kann wiederum für das SCADA-System verwendet werden. Da gerade bei Projektarbeiten die einzelnen Schritte Hand in Hand gehen müssen, ist es sinnvoll, diese von einem Anbieter durchführen zu lassen, der alle erforderlichen Leistungen aus einer Hand bieten kann – und außerdem die Gesamtverantwortung für das Projekt übernimmt. Wer jemals erleben musste, wie bei einem Projekt mit mehreren Lieferanten und Unterlieferanten im Problemfall von diesen versucht wird, sich gegenseitig den schwarzen Peter zuzuschieben, weiß die Vorteile eines MAV (Main Automation Vendor) für sein Projekt zu schätzen.

Vertikale Integration vom ERP bis hin zur Feldebene
Bei der vertikalen Integration geht es um die Integration einer Automatisierungslösung in das betriebliche Umfeld. Hier soll ein durchgängiger Datenfluss von der obersten Business-Ebene mit einer ERP-Software wie z. B. SAP zur Ressourcenplanung des Gesamtunternehmens über die Bedien- und Steuerungsebene bis in die Feldebene hinein ermöglicht werden. Oftmals ist dieser Weg nicht durchgängig. Geschlossene Systeminseln und somit viele manuelle Eingriffe – und Fehlerquellen – beim Datentransfer zwischen diesen Inseln prägen hier das Bild. Zur Integration dieser Teilsysteme zu einem Gesamtsystem mit durchgängigem Datenfluss wurde das BPI-Konzept entwickelt. BPI steht für „Business Process Integration“ und ist eine „Middleware“, d.h. sie arbeitet als Vermittlungssoftware zwischen den entkoppelten Teilsystemen und bildet somit eine Plattform, auf der diese Daten ausgetauscht werden können.

Industrie 4.0: Bundesregierung ruft zur Revolution auf
Die integrierte Automation mit all ihren Teilbereichen ist der Schlüssel zur Umsetzung der „Industrie 4.0″, einem Zukunftsprojekt in der Hightech-Strategie der Bundesregierung. Die Bezeichnung „Industrie 4.0″ soll auf die vierte industrielle Revolution und ihren informationstechnischen Charakter hinweisen. Voraussetzung ist eine durchgängige Daten-Infrastruktur bei der Automatisierung – vom Feldgerät bis ins Internet. Ein Beispiel ist die genaue Diagnose des Messgeräts, auf dessen Basis automatisch vorbeugende Wartungsmaßnahmen oder Kalibrieraufträge angestoßen werden können. Oder eine Verwaltung der Feldgeräte einer Anlage mit automatischen Datenbankeinträgen bei Ereignissen wie Reparatur oder Kalibrierung. Dies ist keine Zukunftsversion mehr, sondern beim Web-basierten Asset-Managementsystem „W@M“ bereits Realität. Dieses bietet hierzu nicht nur eine Geräte- und Instandhaltungsdatenbank und Statusmeldungen zu den Geräten, sondern darüber hinaus auch viele weitere Funktionen zur Beschaffung, Dokumentation, Anlagenplanung, Engineering und zur Inbetriebnahme – unabhängig vom Gerätehersteller.

 

ZUR TECHNIK
Wie die Middleware „BPI“ funktioniert

Anhand des Beispiels „Kalibriervorgang“ lässt sich die Arbeitsweise der Business Process Integration gut darstellen: Vom ERP-System (z. B. SAP) wird ein Kalibrierauftrag erstellt. Statt diesen nur auszudrucken, wird dieser Auftrag an BPI gesendet. BPI erkennt diesen als Kalibrierauftrag, routet entsprechend auf das Kalibrationsmanagement-System, übersetzt und formatiert die Daten vom ERP in eine für das Zielsystem lesbare Form und versendet diesen Auftrag. Nach Durchführung der Kalibrierung werden die Kalibrierdaten vom Kalibrations-System wieder an BPI gesendet. BPI erkennt diese Daten als Kalibrierdaten, routet auf die entsprechenden Zielsysteme, bereitet die Daten für jedes Zielsystem auf und sendet diese: An SAP zur Aktualisierung der Auftragsdaten, an das Asset Management zum Eintrag des Ereignisses für den Audit Trail und an den Service-Server zum KPI Update – alles ohne manuelle Eingriffe.

Hier geht‘s zur Homepage des Herstellers.

Heftausgabe: Mai 2013
Ralf Willmes ist Marketingmanager Prozessautomatisierung Endress+Hauser

Über den Autor

Ralf Willmes ist Marketingmanager Prozessautomatisierung Endress+Hauser
Loader-Icon