In vier Schritten zur modularen Automation

Modulare Automation

Daran, dass der Verbrauch und die Qualität des Rohwassers stark schwankt, können Sie nichts ändern. Aber Sie können dafür sorgen, dass Ihre Wasseraufbereitung damit intelligent fertig wird. Hier kommt die vernetzte Industrie 4.0 ins Spiel – und modulare Automatisierung von Festo.

Modulare Automation mit CPX

Festo hat die Automatisierungstechnik smart gemacht. Dank Digitalisierung können wir automatisierte Module auf der Feldebene heute einfach, sicher und zuverlässig untereinander vernetzen und zusammenspielen lassen. Das Stichwort lautet: intelligente Komponenten, die flexibel kombinierbar sind – genau nach Bedarf und Anforderungen. Jedes Modul trägt in sich die vollständige Automatisierung, die es für die Abarbeitung seines eigenen Prozesses benötigt.

Die Rolle der Drehscheibe für die dezentrale Signalverarbeitung und Funktionssteuerung übernimmt unsere Automatisierungsplattform CPX. Auf diese Weise bekommen Sie schwankende Wasserverbräuche und Rohwassergüte sehr viel besser und wirtschaftlicher in den Griff als mit einem zentralen Leitsystem. Was fehlt, wird einfach angedockt und dazugeschaltet, ob Filtersystem oder weitere Verfahrensschritte: Numbering-up statt aufwendiges Scale-up.

Intelligenz auf Feldebene

In der Regel verlaufen Design und Engineering von verfahrenstechnischen Anlagen bisher so: Man definiert eine Produktionsmenge in einer vorgegebenen Zeiteinheit und richtet dafür einen verfahrenstechnischen Prozess ein. Das Ganze wird durch ein zentrales Leitsystem gesteuert und überwacht. Das funktioniert gut – solange die erforderliche Produktionsmenge gleich bleibt.

Genau das tut sie aber bei Ihnen nicht. Oder es treten Qualitätsschwankungen im Rohwasser auf. Dann in eine solche zentrale Automation einzugreifen, ist extrem aufwendig, weil sie eine Änderung der gesamten Verfahrens- und Automatisierungstechnik erfordert. Dazu brauchen Sie außerdem jemanden, der genau diese spezielle Konstruktion und ihre Programmierung beherrscht. Weniger Durchsatz kann überdies Auswirkungen auf die Produktqualität haben und die Rentabilität der Anlage gefährden. Nicht zuletzt sind Wartung und Instandhaltung mühsam und teuer, weil man stets das gesamte System herunter- und wieder anfahren muss.

Vergleich: modular contra zentral

 

Vergleich: modular contra zentral

Vergleich: modular contra zentral

Mit dem Konzept der modularen Automation steht nun eine echte Alternative für alle Branchen, die Wasser aufbereiten und nutzen zur Verfügung: Jedes vernetzte Anlagen-Modul ist eine eigene funktionale Einheit, arbeitet autark und enthält in sich die vollständige Steuerung von Festo. Das bedeutet: Sie können es nach Bedarf einfach an- und abkoppeln, schnell und kostengünstig. Dadurch werden Änderungen der Produktionsmenge flexibel umsetzbar. Neuprogrammierung und -konfiguration der Applikationssoftware ist nicht notwendig. Auch die Wartungskosten sinken deutlich.

Ihr Weg zur modularen Automation

Hier zeigen wir Ihnen am Beispiel einer Wasserfiltration, wie Sie in nur vier Schritten aus einer konventionellen verfahrenstechnischen Large-Scale-Anlage mit zentraler Automation eine modularisierte, dezentral automatisierte Lösung machen. Wir nehmen dazu eine typische Wasseraufbereitungsanlage, die genau auf die einst definierten Anforderungen ausgelegt wurde und jetzt nur schwer zu verändern ist (Scale-down oder Scale-up). Modulare Automation macht daraus eine flexible Anlage, bei der Sie die Produktionsmenge einfach und schnell anpassen, indem Sie Module entfernen (Numbering-down) oder hinzufügen (Numbering-up).

Ausgangslage: Herkömmliche Wasserfiltrationsanlage
Ausgangslage: Herkömmliche Wasserfiltrationsanlage

Als Beispiel nehmen wir die bisher übliche Ausführung einer Wasserfiltrationsanlage mit zentraler Steuerung und Leitsystem. Daran ist die Ventilinsel als Remote-IO-System mit integriertem Pneumatikteil per Feldbus angebunden. Im Schaltschrank sind die Komponenten zur Ansteuerung der Feldgeräte montiert.

Schritt 1: Mechanische und funktionale Modularisierung

 

Schritt 1: Mechanische und funktionale Modularisierung

Schritt 1: Mechanische und funktionale Modularisierung

Schritt 1: In Teilprozesse gliedern

Derartige konventionelle Anlagen zur Wasseraufbereitung kann man auf einfache Art und Weise modularisieren. Dazu zerlegt man den verfahrenstechnischen Prozess zunächst in Teilprozesse. Für jeden Teilprozess wird ein Modul definiert, das alle mechanischen und automatisierungstechnischen Komponenten enthält, die für einen autarken Betrieb erforderlich sind.

Modularisierung der Automation

 

Modularisierung der Automation

Modularisierung der Automation

Schritt 2: Automation modularisieren

In gleicher Weise wird die Automation modularisiert: Die Schaltschrankkomponenten und die zentrale Steuerung (die verfahrenstechnische Applikationssoftware) werden so aufgeteilt, dass jedes Modul mit eigenen Controllern, Remote-IO-Komponenten und Pneumatikansteuerungen ausgestattet ist.

Modularisierte Wasserfiltration

 

Modularisierte Wasserfiltration

Modularisierte Wasserfiltration

Schritt 3: Das Gesamtsystem koordinieren

Nach Zusammenschaltung der Module zu einer verfahrenstechnischen Anlage stellt jedes Modul seine spezifische Funktionalität gekapselt über eine Datenschnittstelle zur Verfügung. So können Betriebsart, Status, Prozessmesswerte, Alarme etc. ausgelesen bzw. geschrieben werden, damit die Anlage funktioniert.

Dazu brauchen Sie außerdem ein Prozessmanagementsystem, das die Modulfunktionalitäten im Gesamtsystem koordiniert und erst die Führung des verfahrenstechnischen Prozesses ermöglicht. Das kann allerdings deutlich schlanker ausfallen als bei zentralen Steuerungen. Wie gesagt: Die prozessnahen Steuerungsfunktionen stecken bereits in den Modulen selbst.

Anlagenerweiterung durch Numbering-Up

 

Anlagenerweiterung durch Numbering-Up

Anlagenerweiterung durch Numbering-Up

Schritt 4: Modulare Anlagen flexibel anpassen

Mit den beschriebenen Modulen bauen Sie Anlagen in beliebigen Ausprägungen genau nach Wunsch und aktuellen Anforderungen – einfach durch Hinzufügen von bau- und funktionsidentischen Modulen. Das ist flexibel von Anfang an, und es bleibt flexibel: Numbering-up statt Scale-up.

Modulare Automation ist relativ einfach. Es geht mit Festo sogar noch leichter: Unsere Fachleute beraten Sie gerne.

Argumente für modulare Automation

Die geschilderte Modularisierung einer zuvor zentral gesteuerten Anlage beruht auf dem Beispiel einer Wasserfiltration. Das Prinzip ist aber grundsätzlich auch auf andere Industriesegmente übertragbar. Und nicht nur Anlagenbetreiber profitieren von der Flexibilität, die modulare Prozessautomation von Festo bietet. Auch Anlagenhersteller können mit einem modularen Konzept nur gewinnen.

Vorteile für Betreiber und OEMs

  • Numbering-up/-down: Modulare Automation macht Änderungen an der Gesamtanlage sehr viel leichter. Das Engineering geschieht dadurch schneller und kostengünstiger.
  • Transparenz: Die einzelnen Module von Festo sind exakt definierte Einheiten mit gut überschaubarer Funktionalität.
  • Flexibilität: Die Module sind deshalb auch einfach anzupassen. Das erleichtert und beschleunigt die Integration zusätzlicher Verfahrensschritte.
  • Einfachheit: Die Module tragen ihre spezifische Applikationssoftware in sich. Das reduziert die Komplexität der Gesamt-IT.
  • Unabhängigkeit: Die Module von Festo werden mit Codesys gemäß IEC 61131 programmiert. Dadurch fallen keine Lizenzkosten an, und Sie bleiben frei in der Auswahl der Automatisierungshardware.
  • Synergie: OEMs können einheitliche Module auch in Kleinserien fertigen und vor Auslieferung komplett testen. Auf diese Weise nehmen Sie Skalenerträge bei Produktion und Montage mit, senken Ihre Kosten und können den Markt zur rechten Zeit bearbeiten.

Wassertechnik ist erst der Anfang

Es ist abzusehen, dass sich Design und Engineering von verfahrenstechnischen Anlagen grundlegend verändern werden. Die Namur-Empfehlung NE 148 hat mit Blick auf die Industrie 4.0 bereits „Anforderungen an die Automatisierungstechnik durch die Modularisierung verfahrenstechnischer Anlagen“ formuliert. Mit anderen Worten: In der gesamten Prozessindustrie sollten Anlagenbetreiber und -hersteller unbedingt prüfen, ob modulare Konzepte auch bei ihrer Anlage bereits möglich sind.

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Den Umstieg auf modulare Automation bei verfahrenstechnischen Anlagen erklären wir am Beispiel der Wasserfiltration in einem übersichtlichen Whitepaper.

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