Session: Industrie 4.0 - 22. März 2017, 15:30 Uhr

Strategie und Status von PI zum Thema Industrie 4.0 

(Xaver Schmidt, Siemens)

Digitalisierung, das Industrial Internet of Things, Big Data oder Industrie 4.0: Die Industrie erlebt einen grundlegenden strukturellen Wandel. Die PNO hat zur Klärung der Herausforderungen und Folgen von Industrie 4.0 eine AdHoc-WG gestartet, um  eine Weiterentwicklungsstrategie, UseCases und die wichtigsten technischen Herausforderungen zu definieren.

 

Dazu gehören im Kommunikationsbereich die Themen:

  •  OPC
  • Semantik
  • IPv6
  • TSN
  • Security

 

zu denen jeweils die zugrunde gelegte Basistechnologie (z. B. Mechanismen von TSN, die angedachte Integration in PROFINET und Migrationsszenarien aufgezeigt werden. Der erzielbare Nutzen für Hersteller und Anwender dieser Technologien wird aufgezeigt.

 

 

PROFINET - The Backbone of Industrie 4.0 

(Matthias Prinzen, Festo; Mirko Funke, Siemens)

Im Umfeld der Kommunikationsmöglichkeiten von Industrie 4.0 ergeben sich für Geräte- und Technologiehersteller große Chancen und Herausforderungen. PROFINET, das die parallele Kommunikation von TCP/IP erlaubt, bietet Herstellern von Produkten viel Spielraum, um künftigen Anforderungen zu begegnen. Technologieanbieter können aufzeigen, wie dieser TCP/IP Kanal optimal genutzt werden kann, um Anforderungen von I4.0 zu erfüllen.

 

Anhand einer Zusammenarbeit  zwischen Festo (in diesem Szenario der Produkthersteller)  und Siemens (hier der Technologieanbieter) wird die Erarbeitung einer Strategie zu I4.0 dargelegt und Applikationen erklärt, die heute mit PROFINET bereits erfüllt werden.

 

Als Best Practice erläutert Festo die einfache Integration von PPROFINET sowie die Vorteile, die PROFINET mit seinen Profilen und der offenen Kommunikation mit TCP/IP. Siemens stellt die Strategie zu I4.0 mit dem Fokus PROFINET vor und erläutert aktuelle Weiterentwicklungen.

 

 

Ethernet im Feld der Prozessanlage - Technologie und Applikation   

(Michael Kessler, Pepperl+Fuchs; Dr. Jörg Hähniche, Endress+Hauser)

Im Feld der Prozessanlage gelten für die Übertragungstechnik harte Anforderungen, die von heutigen Fast-Ethernet Varianten nicht erreicht werden: Spannungsversorgung und Kommunikation soll über eine Zweidrahtleitung erfolgen und muss lange Wegstrecken von bis zu 1000 Metern überbrücken. Feldgeräte werden sehr häufig in explosionsgefährdeten Bereichen installiert. Deshalb müssen die Geräte in der Zündschutzart Eigensicherheit angeschlossen werden können.

 

Heute kommunizieren Feldgeräte in der Prozessautomation über PROFIBUS PA. Die Baudrate von 31,25 kBit/s begrenzt die Funktion der Feldgeräte auf die langsame Übertragung von Prozessdaten und einfache Konfiguration und Diagnose. Für PROFINET mit seiner erheblich größeren Bandbreite stehen inzwischen die ersten PROXY-Komponenten zur Verfügung, die in Teilen die für die Prozessautomation relevanten typischen Eigenschaften abbilden, wie etwa die Konfiguration des Fail-Safe Zustands oder Sammelalarme nach der "NAMUR Ampel" definiert in NE 107. Aber auch hier erfordert der Schritt in die Cloud zusätzliches Engineering.

 

Die zu Standard-Ethernet in den Ebenen 1 und 2 des ISO/OSI Modells vollständig kompatible und protokollunabhängige Feldbusphysik ermöglicht die durchgängige PROFINET-Kommunikation bis zum Feldgerät. Von dieser Durchgängigkeit profitieren alle Marktteilnehmer der Prozessautomation: 

 

  • Feldgeräte werden nativ über die Standardfunktionsblöcke im Leitsystem integriert
  • Keine Proxy-Komponenten mit eigener Konfiguration.
  • Automatischer Konfigurationsdownload beim Gerätetausch durch Nachbarschaftserkennung
  • Höhere Bandbreite ermöglicht zusätzliche Funktionalitäten und kleinere Zykluszeiten
  • Direkte Einbindung von Feldgeräten in Industrie 4.0 Architekturen

 

Ziel der Entwicklung ist es, eine einheitliche und selbst für einfache Sensorik wie Drucktransmitter oder Temperaturmessumformer wirtschaftliche digitale Übertragungstechnik mit Kommunikation und Stromversorgung über eine Zweidrahtleitung zur Industriereife und Normung zu bringen. An praktischen Beispielen werden Anwendungen zur Prozessverbesserungen und Effizienzsteigerung vorgestellt, die als Diskussionsgrundlage für Hersteller, Planer, Anlagenbauer und Betreiber von Prozessanlagen dienen sollen.

Session: Lifecycle und Asset Management - 23. März 2017, 9:00 Uhr

Prozessabsicherung mittels Asset-Management

(Felix Niederbacher, AUDI; Günter Steindl, Siemens)

Sowohl während der Inbetriebsetzung als auch später im laufenden Betrieb ist die einfache Erfassung der Geräte, insbesondere der Details wie Hardware-/Firmwarestand für Abnahmen oder Updateszenarien erforderlich. Bei PROFINET-Geräten ist die Unterstützung der Identifikations- und Unterhaltsinformationen I&M 0-4,  die zur eindeutigen Identifikation der Geräte und Module und deren Versionen führen, mindestens in der Kommunikationsanschaltung eines Gerätes obligatorisch und hat sich bewährt.

 

Zur getrennten Erfassung von oft angewandten Aufsteckmodulen und Geräten, die nicht direkt im PN-Modell integriert sind, sind zusätzliche Mechanismen, z. B. manuelle Prüfung per lokalem Bedienpanel, notwendig.

 

In enger Abstimmung zwischen PI und Anwendern wurde ein Lösungskonzept für die Erfassung dieser zusätzlichen Informationen erarbeitet und in der PROFINET-Spezifikation integriert:

 

  • I&M5 für Kommunikationsmodule und PN-Geräte
  • Assetmanagement-Record für angeschlossene Geräte/Module

 

Im Vortrag werden die Hintergründe und Anforderungen dieser Funktion aus Sicht eines Anwenders und die Lösung durch den PROFINET-Standard dargestellt.

 

 

Vom Feldgerät zur Cloud - Prozessautomation & Industrie 4.0

(Steffen Ochsenreither, Endress+Hauser)

Industrie 4.0 bietet nachweislich Möglichkeiten, Prozesse neu zu definieren und zu optimieren. Anwender sehen sich grundsätzlich den Fragen "Wie kommen meine Daten von A nach B?" und "Was mache ich dann mit meinen Daten?" gegenübergestellt, wobei das  "was" der Schlüssel zum Erfolg ist. Der Nutzen liegt also nicht in den jeweilig verwendeten Kanälen der digitalen Kommunikation, sondern in der durch übergeordnete Applikationen generierten Wertschöpfung. 

 

Hier existieren schon interessante Lösungsansätze für die Industrie. Applikationen, die Prozesse optimieren, neue Lösungsansätze für bereits existierende Prozesse aufzeigen oder gar komplett neue Prozesse definieren können, sind der Schlüssel zum Erfolg von Industrie 4.0. 

 

Im Vortrag wird die Verbindung von digitalen Bussystemen (wie bspw. PROFIBUS) mit  Ethernet basierten Systemen (wie bspw. PROFINET) in darüber liegende Cloud-Architekturen vorgestellt. Aus der Cloud heraus werden im nächsten Schritt Applikationen erstellt, die aus den gesammelten Daten die für den Nutzer wichtigen Informationen generieren.

 

 

Industrie 4.0: Predictive Maintenance Konzepte mit FDI und OPC UA 

(Peter Arzbach, Samson; Stefan Erben, Samson; Daniel Großmann, TH Ingolstadt)

Im Industrie 4.0 Kontext spielt die Vernetzung von Komponenten in einem Industrial Internet of Things eine zentrale Rolle. Im Sinne eines Cyber-Physical-Systems werden dabei die realen Entitäten z.B. eines Automatisierungssystems der Prozessindustrie virtuell abgebildet. Aufbauend auf diesem virtuellen Zwilling lassen sich dann verschiedene Dienste und Anwendungen umsetzen.

 

Diese Struktur spiegelt sich in Field Device Integration (FDI) wider: Die realen Feldgeräte der Anlage werden in einem FDI Server virtuell repräsentiert. Über eine offene OPC UA Schnittstelle können Dienste und Anwendungen auf die virtuellen Repräsentanten zugreifen um ihre Applikationslogik auszuführen.

 

Der Vortrag zeigt ausgehend von einer Problemanalyse auf, wie sich die spezifizierten Mechanismen von FDI nutzen lassen, um Predictive Maintenance Szenarien zu realisieren. Insbesondere wird dabei auf die Verwendung von Informationen mehrerer Feldgeräte eingegangen. Anhand eines konkreten Beispiels mit Live-Demonstration (Stellungsregler für Ventile) werden im ersten Schritt die Anforderungen vorgestellt. Ausgehend davon wird dann die prinzipielle Lösung entwickelt und mit den von FDI zur Verfügung gestellten Mechanismen verglichen. 

 

 

Session: PROFIBUS und PROFINET in der Prozessautomation - 23. März 2017, 11:00 Uhr

PROFINET – Die Lösungsplattform für die Prozessautomatisierung

(Karl Büttner,  Endress+Hauser; Dr. Christian Brehm, KROHNE; Lars Mickan, Softing; Holger Grosse, ABB)

Die Prozessautomatisierung stellt gesonderte Anforderungen an eine Automatisierungslösung. Die Anlagen sind komplex und aus mehreren Teilsystemen aufgebaut, sie sind groß und meistens weit ausgedehnt und haben eine Lebensdauer von 15-40 Jahren. Die Produktionsprozesse müssen störungsfrei zum Teil über mehrere Jahre Laufen. Im Laufe des Lebenszyklus der Anlage werden häufig Modifikationen und Erweiterungen gemacht und demzufolge die Konfigurierung der Automatisierung geändert. Die in der Automatisierung zum Einsatz kommenden Kommunikationsprotokolle müssen diesen Anforderungen gerecht werden.

 

PROFINET stellt hierfür spezielle Funktionen bereit. Skalierbare Redundanzlösungen entsprechend der gestellten Automatisierungsanforderungen und das Ändern der Konfigurierung zur Laufzeit sind neue elementare Funktionen, die Einzug in die Automatisierungskomponenten finden. Unterlagerte Subsystem können nahtlos in das Automatisierungssystem eingebunden werden.

 

Im Vortrag wird gezeigt, wie mit PROFINET hochverfügbare redundante Strukturen aufgebaut werden können, wie mit Configure in Run die Konfigurierungen zur Laufzeit geändert werden können und wie mit einem Proxy ein vorhandenes Subsystem integriert werden kann.

 

 

Sichere Prozesse & stabiler PROFIBUS - ein stahlhartes Duo 

(Andreas Rubel, Salzgitter Flachstahl; Marcel Rohn, Indu-Sol)

Eine dauerhaft zuverlässige Maschinen- und Anlagenfunktion ist die Grundlage jeder wettbewerbsfähigen Produktion. Um diese sicherzustellen, ist eine effiziente Instandhaltung notwendig und eine Anlagentechnik, die diese ermöglicht und unterstützt.

 

PROFIBUS hat sich im industriellen Umfeld als zuverlässige Technologie bewährt. Neben dem bloßen Betrieb an sich beeinträchtigen Faktoren der anspruchsvollen Produktionsumgebung im Hochofenbetrieb die Verfügbarkeitsreserve der Technik. Aus diesem Grund bedarf es einer Lösung, die bereits frühzeitig Qualitätsverschlechterungen erkennt und meldet, um die Anlagen sicher in der Produktion zu halten.

 

Der Vortrag zeigt am Beispiel der Salzgitter AG auf, wie im Zuge von qualitätsfördernden Maßnahmen von der Planung bis zur Inbetriebsetzung der Kohlestaub-Einblas-Anlage (KEA) ein System zur permanenten Netzwerküberwachung für PROFIBUS DP installiert wurde und wie dieses die Instandhaltung mit qualitätsrelevanten Informationen über die Datenkommunikation im Bereich der Roheisenproduktion unterstützt.

 

Beim Neubau der Kohlestaub-Einblas-Anlage in Salzgitter wurde ein neuer Standard für den Einsatz von PROFIBUS DP geschrieben. Er gilt von der Ausschreibung bis zur Abnahme und definiert für jede Projektphase die einzuhaltenden Qualitätsparameter. Mit diesen Maßnahmen sind Vorkehrungen für eine effiziente Instandhaltung in Salzgitter getroffen, die eine qualitativ hochwertige Stahlproduktion "Made in Germany" bis zum Ende der Anlagenbetriebszeit sicherstellen sollen.

 

Die Rapsölproduktion: Mit PROFIBUS PA stets am optimalen Arbeitspunkt

(Thorsten Bille, ELCON; Andreas Hennecke, Pepperl+Fuchs)

Als Tochterunternehmen eines großen Rohstoffhändlers verarbeitet Glencore Magdeburg GmbH Rapsöl zu verschiedenen Produkten für die Marktsegmente Treibstoff, Futtermittel, Lebensmittel und Kosmetik. Die Pressung von Rapssaat erfolgt in einem kontinuierlichen Prozess, über dessen Effizienz der Restölgehalt Aufschluss gibt.  In einem Marktumfeld geprägt durch Verdrängungswettbewerb und niedrige Energiepreise liegen Produktausbeute und Performanz der Betriebe im besonderen Fokus des Managements. 

 

Werk 3 wurde auf Anregung des Planungsunternehmens ELCON mit PROFIBUS PA für die Instrumentierung und Remote I/O für Signale mit höherer Leistung ausgerüstet. Mit dieser technischen Entscheidung ist die Erwartung und Zielsetzung verbunden, die Inbetriebnahme, Anlagenverfügbarkeit, Anlageneffizienz und die Instandhaltung zu optimieren und über die mit der bisherigen Technik in den Werken 1 und 2 erreichbaren Ergebnisse signifikant zu übertreffen.

 

Über den PROFIBUS PA werden Signale an und von Instrumenten mit höchster Auflösung und driftfrei übertragen. Durch eine frühzeitige Involvierung und Schulung haben sich Montage-, Betriebs und Wartungsteams bereitwillig auf die digitale Übertragungstechnik im Feld der Prozessanlage eingelassen. 

 

Die für die Inbetriebnahme benötigte Zeit fällt messbar kürzer aus. Messwerte mit digitaler Signalübertragung ermöglichen eine hochwertige Betriebsführung. Detaillierte Diagnosen aus den Feldgeräten und die einfache, standardisierte Anschlusstechnik unterstützen bei der Instandhaltung der Instrumentierung. PROFIBUS PA ermöglicht eine präzise Summenzählung, die zur statistischen Erfassung und internen Verrechnung verwendet wird. Zur Verbindung mit der Leittechnik aus dem explosionsgefährdeten Bereich kommen Feldbarrieren und Segmentkoppler zum Einsatz.

Session: IO-Link - 23. März 2017, 13:30 Uhr

IO-Link im Einsatz

(Julian Schill, WEISS ROBOTICS)

 

Depending on customer needs, WEISS ROBOTICS products like grippers, force/torque sensors, tactile sensors, need to get connected to different fieldbusses. In addition to that, those products contain not only On/Off - information but a plenty of more data, which are useful to increase diagnostics and installation possibilities.

 

IO-Link provides a lot of advantages:

 

  • Products only need a point to point connection, no different fieldbus integration needed
  • Products become independent of the special fieldbus system
  • Compatibility to many PLC manufacturers is provided
  • Easy replacement of the module
  • Shortened time for commissioning and shorter downtimes
  • Easy to integrate in the device

 

 

IO-Link, IT-Durchgängigkeit und Architektur für Industrie 4.0

(Armin Pühringer, Hilscher; Frank Moritz, SICK)

 

Im Industrie 4.0 Umfeld ist die Durchgängigkeit und Transparenz von Sensor- und Aktordaten eine unumstößliche Forderung. Beispielsweise benötigen heutige Intelligente Sensoren aufgrund z.T. komplexen Daten und Konfigurationen ein "Device Engineering", welches weit über den  Funktionsumfang gängiger Gerätebeschreibungen hinausgeht. Typischerweise sind diese Daten nicht für die zentrale Steuerung bestimmt und sollen nahtlos in eine webbasierte Welt (wie z.B. Tablets ) fließen. Hierbei müssen heute verschieden Systemübergänge mit spezifischen Grenzen mit Zusatzaufwand überwunden werden.

 

Alle Daten eines z.B. IO-Link Sensors werden von einem SPS Programm angefordert und verwaltet und müssen über einen zusätzlichen Service an die verwertende Stelle transportiert werden.  Je nach Steuerungsumfeld und Empfänger der Daten müssen diese individuell mit zusätzlichem Softwareaufwand behandelt und transportiert werden. Ist der Empfänger der Daten z.B. ein Tablet basiertes "Device Engineering Tool", so müssen Daten aus der Automatisierungswelt in eine IT konforme Kommunikation individuell übersetzt und überführt werden.  Dies bedeutet i.A. einen zusätzlichen Programmieraufwand in der Steuerung als auch in dem genannten "Device Engineering Tool"

 

Durch eine standardisierte Kommunikationstechnologie, welche schlank, webbasiert, in Protokoll und Semantik beschrieben ist, können IO-Link Daten ohne Aufwand über Systemgrenzen hinweg transparent dargestellt werden. Hiermit wird eine Systemdurchgängigkeit im Sinne der vertikalen Integration ermöglicht.

 

Es wird eine Architektur vorgestellt, mit der eine durchgängige und offene Einbindung von der Sensor / Aktor Ebene bis in die IT Ebene am Beispiel des Asset Intelligence Networks von SAP und der Mindsphere von Siemens ermöglicht wird.

 

 

Funktionale Sicherheit und IO-Link Safety

(Frank Moritz, SICK)

Einfache Sensoren besitzen bezüglich der funktionale Sicherheit nur OSSD Pulse (Output Signal Switching Devices), welche nur eine einfache Ja-Nein-Aussage zulassen. Eine Integration von sicheren Feldbusprotokollen verbietet sich aufgrund des Aufwandes und der Kosten. Somit ist es nicht möglich, eine sichere Konfiguration oder Diagnose der Sensoren direkt aus der Automatisierungsumgebung vorzunehmen.

 

IO-Link safety schafft ein schlankes neutrales sicheres Protokoll, welches zudem noch rückwärtskompatibel zu schaltenden OSSD ist. Hiermit ist es möglich, mit einem schlanken "Foot Print" einfache Sensoren funktional sicher in die Steuerungswelten zu integrieren.

Session: PROFIsafe - 23. März 2017, 15:30 Uhr

Anforderungen der Funktionalen Sicherheit an Produkthersteller

(Peter Bernhardt, MESCO)

Produkthersteller aus der Industrieautomation müssen immer häufiger neue oder im Markt etablierte Produkte mit funktional sicheren Elementen aus- bzw. aufrüsten. Das erfordert eine Einarbeitung in die Normen- und Rechtslage, die – je nach Zielmärkten und Gerät – stark voneinander abweichen kann. Ebenso sind – abhängig vom SIL (Sicherheitsintegritätslevel) – Entwicklungsaufwand und Realisierungs-Varianten entsprechend hoch.

 

Die IEC 61508 kann als Leitnorm Anregungen für die Entwicklung der sicherheitsgerichteten Elektronik geben. Häufig fehlen aber klare Aussagen zur Umsetzung,  die praxistauglich sind und den Aufwand minimieren. Zwar kann ein unabhängiger Dritter, wie z.B. der TÜV, ein Konzept oder ein Entwicklungsergebnis beurteilen. Über das „wie“ darf er jedoch keine Auskunft geben.

 

MESCO greift im Vortrag die Grundlagen der funktionalen Sicherheit auf und leitet von der Risikobetrachtung auf die Anforderungen an die Entwicklung sicherheitsgerichteter Elektronik über. Anforderungen, die sich für das produzierende Unternehmen aus dem Safety Lifecycle Model der IEC 61508 ergeben, werden vorgestellt genauso wie praktische Lösungsansätze in Bezug auf Herangehensweise und Umsetzung zur Safety Elektronik.

 

 

Performance Level und Reaktionszeiten im PROFIsafe-System 

(Hendrik Borgmann, PHOENIX CONTACT)

 

Anwendern und Betreibern fehlt häufig das Verständnis für die technischen Zusammenhänge in Applikationen mit funktionaler Sicherheit. Dies betrifft sowohl die Ermittlung der Reaktionszeiten als auch die Ermittlung des Performance Levels. Aus Sicht der Reaktionszeiten herrscht oft Verwirrung zwischen typischen Zeiten, Worst-case Zeiten und messtechnisch ermittelten Zeiten.

 

Ort wird versucht, das fehlende Hintergrundwissen durch Tools wie z.B. SISTEMA oder Nachlaufmessgeräte auszugleichen. Die erfolgreiche Anwendung der Tools setzt aber genau auf dieses Hintergrundwissen voraus.

 

 

Im Vortrag werden Lösungsansätze für die transparente Darstellung der Performance Level-Ermittlung sowie eine transparente Darstellung des PROFIsafe Zeitverhaltens vorgestellt.

 

 

IT-Security in PROFIsafe-Sicherheitsapplikation mit Wireless

(Stefan Sattler, Siemens; Markus Kempf, Siemens)

 

Wireless Kommunikation in automatisierungstechnischen Einrichtungen ist inzwischen weit verbreitet. Dies gilt auch für sicherheitsgerichtete Applikationen, wobei jedoch die  Zusammenhänge zwischen IT Security, funktionaler Sicherheit und den zugehörigen Kommunikationsmechanismen nicht immer leicht zu verstehen sind. 

 

Welche Aspekte sind bei Projektierung und Nutzung einer Wireless PROFIsafe Stecke zu beachten? Welche Reaktionszeiten vs. Verfügbarkeit sind in diesen Konfigurationen zu betrachten? Der Vortrag erläutert die transparente Darstellung der Kommunikationsstrukturen und ihrer Mechanismen sowie die Unterschiede zwischen kabelgebundener  und drahtloser PROFIsafe  Kommunikation.