Moderator: Jörg Hähniche      

Was braucht die Digitalisierung der Prozessindustrie? Von APL bis Cloud gilt: CoSyMoNoS
Michael Pelz, Colorants Solutions Deutschland GmbH, Vorstand NAMUR, IGR  
 

Die Anforderungen nach höherer Flexibilität und Effizienz in den Geschäftsprozessen, sowie nach energieoptimierteren und nachhaltigeren Produktionen, treffen auf die bekannten Rahmenbedingungen in der Prozessindustrie, mit einer langen Anlagenlebensdauer, hohen System-Verfügbarkeiten und rauen Umgebungsbedingungen in der Produktion.
Welche Voraussetzungen muss eine Digitalisierung bei diesen Anforderungen mit sich bringen und worauf müssen wir bei der Entwicklung von Digitalen-Konzepten achten, auch für Produktion und Instandhaltung.
Und nicht zuletzt, wer kann sie entwickeln, miteinander secure vernetzen und langfristig pflegen?   

(Co: Connectivity / Sy: Safety and Security / Mo: Modular / No: Normed / S: Simple)

Anwendungsmöglichkeiten der MTP Technologie in der Prozessindustrie aus Sicht eines Anwenders
Manfred Eckert, Merck KGaA

Der Vortrag befasst sich mit den Anwendungsmöglichkeiten, Erwartungen und Benefits der modularen Automatisierung auf Basis der MTP Technologie aus Anwendersicht. Dabei wird auf die Strategie beim Einsatz von modularen Anlagen bei Merck eingegangen. Sie erfahren mehr über den aktuellen Stand der Entwicklung der MTP- Technologie bei Merck und den Erfahrungen bei der praktischen Umsetzung. Weiterhin möchten wir Ihnen die aktuellen Hürden für Modulbauer und Anwender aus der Sicht von Merck vorstellen.

NAMUR Use Cases - Anforderungen an das Gerätemanagement
Sven Seintsch, Bilfinger GmbH, Obmann NAMUR AK 2.6 Digitale Prozesskommunikation
 

Der PLT Handwerker hat in der Prozessindustrie vielfältige Aufgaben. Eine davon ist, defekte Feldgeräte zu tauschen, um so die Produktion der Anlage aufrecht zu erhalten. Dafür ist eine einfache und schnelle Inbetriebnahme der Geräte notwendig. Nicht einfach bei Geräten, die mit den passenden Software-Treibern in Automatisierungssystemen und Assetmanagement Tools eingebunden werden müssen. Dieser Vortrag beschreibt die Anforderungen an das Gerätemanagement aus Anwendersicht.
 

Moderator: Jörg Hähniche     
 

Implementation of PROFINET Technology for Process Automation considering NAMUR Use Cases

Lukas Klausmann, Endress+Hauser Digital Solutions, WG-Leiter C1/WG1 Process Automation
Joachim Czech, Siemens AG, WG-Leiter C1/WG1  Process Automation
Werner Längin, AUMA Riester GmbH & Co. KG

PROFINET, der führende industrielle Ethernet-Kommunikationsstandard von PROFIBUS & PROFINET International (PI), ist in der industriellen Automatisierung und Prozessindustrie weit verbreitet. Bezogen auf die neu angeschlossenen Teilnehmer repräsentiert PROFINET einen Marktanteil von fast 30 % mit wachsendem Potenzial und ist damit die weltweit führende Ethernet-basierte Kommunikationslösung für die industrielle Automatisierung, was durch über 32 Millionen installierte Teilnehmer bestätigt wird.
Der Vortrag zeigt eine Rundreise über die Vorteile von PROFINET in der Prozessautomatisierung und geht dabei auch auf das neue, einzigartige Gesamtpaket von PROFINET über APL (den neuen Advanced Physical Layer) und das neue PA-Profil 4 ein. Vorteile für NAMUR-Anwendungsfälle, wie z. B. einfacher Gerätetausch, werden ebenso beschrieben wie die Idee für eine Implementierung des NOA-Konzepts (NAMUR Open Architecture) auf Basis von PROFINET-Technologien und Industrie 4.0-Anwendungsstudien.

Verified User Benefits of PA Profil 4 with PROFINET; Use Cases and Outlook for Availability of Field Devices
Lukas Klausmann, Endress+Hauser Digital Solutions, WG-Leiter C1/WG1  Process Automation
Stephan Obermeier, Siemens AG, Leiter TSDG

In Anlagen der Verfahrenstechnik und anderer Branchen sind Prozessgeräte verschiedener Messverfahren und Hersteller Schlüsselkomponenten für korrekten und sicheren Betrieb. Die Gerätevielfalt stellt hohe Anforderungen an das Betriebspersonal bei Engineering und Installation ebenso wie bei Austausch von Geräten.
Sehr hilfreich sind hier die PI-Geräteprofile, in welchen für Geräte eines Messverfahrens, bestimmte Eigenschaften verbindlich als gleich festgelegt sind. Das bewährte PA -Profil (für Geräte der Prozess-Automatisierung) wurde in seiner aktuellen Version 4 inhaltlich weiterentwickelt und zur Nutzung mit PROFINET befähigt. Durch Berücksichtigung relevanter NAMUR-Empfehlungen sowie von Erfahrungen mit Vorgängerversionen bietet es hohen Anwendernutzen: Verkürzte Inbetriebnahme durch Anlaufparameter, einfacher und herstellerübergreifender Gerätetausch durch Messverfahren-basierte Profil-GSDs oder leistungsfähige Gerätediagnose gemäß NE 107 sind hierfür Beispiele. Besonders wichtig für Anwender und Hersteller ist das für PA Profil 4-Geräte obligatorische ausführliche Zertifizierungsverfahren zur Gewährleitung höchstmöglicher Verfügbarkeit und herstellerübergreifende Interoperabilität.

Moderator: Jörg Hähniche  

NAMUR Open Architecture - Ein aktueller Überblick
Timo Himmelsbach, BASF SE/ NAMUR, Leiter des Arbeitskreises 2.8 Automatisierungsarchitekturen
 

NOA – NAMUR Open Architecture kombiniert die Vorteile der etablierten industriellen Automatisierungsprozesse mit den sich schnell entwickelnden Technologien der Standard-IT. Die Einführung offener und sicherer Schnittstellen zwischen der bestehenden Kern-Prozessautomatisierungs-Domäne und der neu definierten Überwachungs- und Optimierungsdomäne, wird das Potential der stetig wachsenden Anzahl von Produktionsdaten besser nutzbar machen. Mit dem Erweitern der Automatisierungspyramide um einen zweiten Kanal und den damit erschlossenen Daten, eröffnet NOA großes Potential für neue Anwendungen und Geschäftsmodelle.
In diesem Vortrag wird ein Überblick zu der industrieweiten Kooperation für das NOA Konzept gegeben. Es wird auf den aktuellen Stand der NOA Bausteine (Information Model, Security Gateway, und Verification of Request), sowie auf die zugehörigen Pilotprojekte eingegangen.

Requirements and Concepts for Industrie 4.0 Standardization
Prof. Dr.-Ing. Daniel Grossmann, TH Ingoldstadt, WG-Leiter C2/WG8 FDI Certification
 

Industrie 4.0 schafft ein Ökosystem, in dem Geräte, Anwendungen und Dienste zusammenarbeiten, um Werte zu schaffen. Die wichtigste Voraussetzung, um dieses Szenario zu erreichen, ist Interoperabilität auf semantischer Ebene. Die Informationsmodellierung ist ein wichtiger Eckpfeiler bei der Standardisierung in Richtung semantischer Interoperabilität. Der Vortrag diskutiert die Informationsmodellierung im Kontext des digitalen Zwillings, die Anforderungen auf verschiedenen Ebenen eines I40-Ökosystems, die notwendigen Standardisierungsaktivitäten und den Bezug zur Vermögensverwaltungsschale.

Information models as a key for digitalization systems
Frank Fengler, ABB Automation Products GmbH

Das Ziel ist es, Anwendern und Anbietern die Möglichkeit zu geben, die innovativen Vorteile der digitalen Transformation/IIoT durch die Standardisierung von Gerätedaten-Informationsmodellen zu nutzen. Diese Daten werden in einer Form bereitgestellt, die mit gängigen IT-Technologien und -Verfahren kompatibel ist und mit den laufenden Bemühungen um eine offene PA-Architektur übereinstimmt.
Netzwerkkomponenten für Feldgeräte, die PA-DIM (Process Automation - Device Information Model) unterstützen, lassen sich problemlos in jedes System integrieren, das OPC UA unterstützt, unabhängig vom zugrunde liegenden Kommunikationsprotokoll und ohne Kenntnisse darüber zu haben.
PA-DIM wurde entwickelt, um maschinenlesbare Informationen innerhalb von Prozessanlagen auszutauschen. Die erste Version von PA-DIM konzentriert sich auf die Anwendungsfälle der NAMUR OPEN Architecture NE175 und deckt Geräte der Prozessautomatisierung ab, die in industriellen Automatisierungssystemen der Branchen Chemie, Öl & Gas, Lebensmittel & Getränke, Energieerzeugung, Metalle, Zement, Bergbau & Mineralien, Zellstoff & Papier, Wasser & Abfall eingesetzt werden. Für die Inbetriebnahme, den Betrieb oder die Wartung über den gesamten Lebenszyklus ist ein minimaler gemeinsamer Satz von Parametern und Funktionen erforderlich, der von verschiedenen Komponenten und Werkzeugen verwendet wird.

Zusammenspiel von PROFINET und OPC UA
Dr. Andreas Uhl, Siemens AG, C3-Leiter + WG-Leiter C3/PG1 Host Profiles + C3/PG3 PROFIdrive and Encoder
 

OPC UA als Middleware ist eine der Säulen der I4.0 Architektur. Auch ist OPC UA heute der de-facto Standard für den interoperablen Informationsaustausch von der Feldebene in die Leitebene. Mit seinem robusten objektorientierten Informationsmodell und der Plattformunabhängigkeit ist OPC UA aktuell die effizienteste Möglichkeit semantische Informationen in einer Fabrik auszutauschen. Deshalb ist OPC UA ein perfektes Hilfsmittel für die vertikalen Integration in PROFINET Systemen. Der Vortrag stellt, systematisch aufbereitet, die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten und zugehörigen Use Cases für OPC UA in mit PROFINET automatisierten Anlagen vor. Besonderes Augenmerk ist hierbei auf der durchgehenden Modellierung von Automatisierungsanlagen als Ganzes und der flexiblen Anpassung des Informationsmodells an den jeweiligen Anwendungsfall. Vorgestellt werden insbesondere die aktuellen OPC UA Companion Spezifikationen der PI zu PROFINET und Energy Management und deren Anwendung.

Moderator: Jörg Hähniche

Open Industry 4.0 Alliance - embracing new momentum for IT/OT convergence based on the Asset Administration Shell
Rüdiger Fritz, SAP AG

Nach einer kurzen Vorstellung der Open Industry 4.0 Alliance (OI4), wird diskutiert,
warum das Konzept ""Asset Administration Shell"" (AAS) - erfunden und eingeführt von der deutschen Plattform Industrie 4.0 -  
ein Schlüsselelement der OI4-Empfehlungen und Implementierungsrichtlinien für zukünftige Softwarelösungen sein wird, die die Digitalisierung in Fabriken, Anlagen und Lagern vorantreiben.
Insbesondere die Absicht der AAS, Aspekte aller Lebenszyklusphasen eines industriellen Assets abzudecken und die Offenheit, über bestehende Standards zu spannen, wird als wesentlicher Vorteil gesehen.

Demonstration einer integrierten Fabrik am Beispiel der Prozess-Industrie
Julia Möller, SAP AG
 

Im Zuge der Demonstration werden Sie die Unterstützung des Arbeiters im Produktionsprozess durch intutive Dashboards kennenlernen. Beantworter wird auch die Frage: Wie können Ersatzteile mithilfe einer 3D-Zeichnung und dem AIN (Artifical Intelligence Network) bestellt werden, um ungeplante Stillstandszeiten zu vermeiden? Abschließend hören Sie außerdem wie Sie Einzelteile von verschiedenen Zulieferern und fertigen Produkte mit Hilfe des LBN (Logistics Business Network) nachverfolgen, um so genau zu verstehen, woher Teile kommen, bzw. wohin sie geliefert wurden.

IIoT for Plant Process Improvement (ENG)
Claudio Martinelli, Endress+Hauser Digital Solutions
 

When we talk about IIoT there are always seen hurdles. More and more companies wanting to enter into the digital space and their first motivation is to gain competitive advantages. How to overcome this hurdles? A digital ecosystem can enable the user to receive measurable values. This are mainly obtained from process improvement through adoption of digital capabilities. This can be realized without hurdles and giving real customer values in an open and scalable ecosystem. Realization is possible, showing application examples with Endress+Hauser Netilion.
*Dieser Vortrag wird auf englischer Sprache gehalten.

Thin-Edge.io: Edge-zu-Cloud Verbindungen mit Open Source
Stefan Vaillant, Software AG

In industriellen IoT-4.0-Umgebungen verlangt die Verbindung von Geräten und Gateways (""Edge"") mit der Cloud nach hoher Sicherheit und Verlässlichkeit. Die Software AG verfügt mit ihrer IoT-Plattform Cumulocity IoT über langjährige Erfahrung in diesem Bereich und stellt das Open Source Projekt thin-edge.io vor. Hersteller können damit einfach zu benutzende Softwarekomponenten in neue und bestehende Geräte integrieren und so eine Cloud-Verbindung herstellen. Weiterhin bietet thin-edge.io ein Modul zum Device-Management, das OTA (Over-The-Air)-Software und Firmware-Management umfasst. Somit entsteht ein umfassendes Ökosystem, in dessen Rahmen weitere Module angeboten werden, zum Beispiel zur Analyse von Daten.

Moderator: Prof. Frithjof Klasen

Ist Kommunikation über Bussysteme unsicher? Aus der Sicht der OT Security in der Prozessindustrie.
Erwin Kruschitz, anapur AG / NAMUR

Prozessindustrie zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass die Produktionsverfahren ein vergleichsweise hohes Gefährdungspotenzial für Mensch und Umwelt bereit halten.
Entsprechend drängt sich die Frage nach "Sicherheit" immer in den Vordergrund.
Die Digitale Transformation hält auch in der Prozessindustrie einzug. NAMUR (Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie) erarbeitet mit NOA (NAMUR Open Architecture) und MTP (Module Type Package) Konzepte für die Digitalisierung von Planung und Betrieb von automatisierten Prozessanlagen.
Bussysteme wie Profibus, Profinet, Profisafe spielen dabei eine zentrale Rolle. Auch omlox könnte sich zu einem wesentlichen Baustein zur Erhöhung der Produktivität entwickeln.
Der Vortrag beschäftigt sich mit der Frage, welche Security-Bedrohungen auf ein Bussystem wirken können und welche Gefährdungen dadurch ausgelöst werden können, sowie welche Maßnahmen diesen Risiken gegenübergestellt werden können.
Darüber hinaus werden aktuelle Entwicklungen im Zusammenhang mit dem IT-Sicherheitsgesetz 2.0 und anderen Regelwerken (z.B. Störfallverordnung) diskutiert.

PROFINET Security: Status, Anforderungen, Lösung
Joachim Koppers, WG-Leiter CB/PG10 PROFINET Security
 

Der Vortrag wird einen Überblick über den Status der Arbeiten im AK Security geben. Er wird auf dem Vortrag von PIK 2019 von Hr. Niemann aufsetzen.

Basic zu PN-Security (Zielgruppe: Anwender)
Überblick über die Dokumente die entstehen und vorhanden sind.
Überblick über die 3 Security Klassen.
Beispiele über die Anwendung der jeweiligen Klassen.

Eckpfeiler der Lösungen:

• Signierung  von GSDML Dateien
• Zugriffskontrolle (Rollen, Rechte)
• Diagnose
• Azyklische Kommunikation (IO-Controller, Supervisorzugriff)
• Frameaufbau (Aufbau, Verschlüsselung, Integritätsschutz)
• HW-Anforderungen nach Zielmärkten

Credential Management
Dr. Oliver Pfaff, Siemens AG
 

In konvergierenden Netzen - etwa IEEE 802 Time-Sensitive Networking - nutzen die Komponenten der Feldebene (Controller, Devices) multiple Middleware-Stacks; das inkludiert PROFINET, ist aber nicht darauf limitiert. Die Konvergenz produziert spezifische Herausforderungen für Security, insbesondere für das Management von kryptographischen Schlüsseln bzw. Credentials: Welche Aspekte der PROFINET-Sicherheitsarchitektur dürfen nicht auf PROFINET limitiert sein, um eine Integration zu ermöglichen? Welche Aspekte müssen hingegen PROFINET-spezifisch sein, um eine bestmögliche Fitness für PROFINET zu garantieren? Wie sind die generischen sowie spezifischen Sicherheitsaspekte aus Gesamtsicht zu orchestrieren?

Diese Präsentation skizziert die Strategie hinter PROFINET-Security im Hinblick auf die Erfordernisse von konvergierenden Netzen. Die architekturellen Elemente, die eine Integration mit den Sicherheitsfunktionen von komplementären Stacks – etwa Web (HTTP-over-TLS) – ermöglichen, werden elaboriert. Insbesondere wird das Konzept zur Bereitstellung von initialen, anlagenspezifischen kryptographischen Schlüsseln bzw. Credentials im Detail erläutert und es wird diskutiert, wie dieses die Sicherheit in konvergierenden Netzen ermöglicht.

PROFINET Security im Detail
Dirk Gebert, Siemens AG
 

Der Trend zu einer immer durchgängigeren Kommunikation in IT- und OT-Umgebungen führt dazu, dass Security-Risiken auch in der Feldebene steigen beziehungsweise durch angemessene Maßnahmen berücksichtigt werden müssen. Damit Anwender von PROFINET zukünftig mehr Möglichkeiten zum Schutz ihrer Maschinen beziehungsweise Anlagen haben, werden derzeit neue PROFINET Security Funktionen definiert.  
Diese Präsentation wird dazu einen detaillierten Einblick insbesondere in die erste der drei Security Klassen geben. Diese sogenannte Class „Robustness“ dient dazu, einen besseren Schutz gegen Störeinflüsse bereitzustellen und somit die Verfügbarkeit zu erhöhen. Die Spezifikation ist bereits verfügbar und stellt den ersten Baustein zur Erhöhung der PROFINET Security dar.

Moderator: Jörg Hähniche
 

Ein Paar ist genug – Überblick Single Pair Ethernet Protokolle und mögliche Stromversorgungskonzepte
Matthias Fritsche, HARTING Technologiegruppe

Wie in den letzten Jahren vielfach in der Fachpresse diskutiert, steht mit Single Pair Ethernet ein neuer Physical Layer bereit der statt 2- oder 4-Adernpaaren nur ein Datenpaar benötigt.

Dieser Vortrag führt in das Thema SPE ein und stellt die unterschiedlichen IEEE802.3 Protokolle inklusive der möglichen Stromversorgungskonzepte wie Power over Date Line (PoDL) vor.

Dabei werden alle SPE Protokolle von 10Mbit/s bis 10Gbit/s mit ihren wesentlichen Eigenschaften vorgestellt. SPE wird auch bei der PNO als Weg gesehen PROFINET bis in die Feldebene zu bringen. In diesem Sinne spielt nicht nur die Datenübertragung sondern auch die Stromversorgung mit kompakten und günstigen „Einkabellösungen“ eine Rolle. Dementsprechend werden auch clevere Kombinationen von Fernspeiselösungen mit passenden SPE Protokollen vorgestellt. Zum Abschluss erfolgt ein Ausblick auf die laufenden weiteren SPE Projekte bei IEEE802.3.

Ethernet-APL: Ethernet to the Field of Process Plants

Benedikt Spielmann, Endress+Hauser Digital Solutions
Stefan Lüder, Siemens AG

Ethernet ist der De-facto-Standard für die drahtgebundene digitale Kommunikation. In verfahrenstechnischen Anlagen wird Ethernet hauptsächlich in den höheren Ebenen der Automatisierungspyramide eingesetzt, kaum in der Feldebene. Dabei bietet Ethernet mit seiner Top-Performance viele Vorteile im Rahmen der Digitalisierung und Industrie 4.0 für einen umfassenden Datenzugriff. Was sind also die Hürden für den Einsatz von Ethernet im Bereich der Prozessanlagen? Wie sieht eine Lösung für integrierte Netzwerktechnik aus?
Dieser Vortrag gibt Antworten auf diese Fragen und zeigt, wie die Ethernet-Technologie mit dem Advanced Physical Layer for Ethernet für den Bereich der Prozessanlagen genutzt werden kann, der den Anforderungen von Prozessanlagen entspricht.
Zusätzlich wird ein Überblick über das internationale APL-Projekt gegeben, das die Ethernet-APL-Technologie spezifiziert.

Moderator: Jörg Hähniche
 

Ethernet-APL, Design Aspects of Infrastructure Products
Gunther Rogoll, Pepperl+Fuchs SE
 

In der Vergangenheit wurde Ethernet überwiegend in Anwendungen eingesetzt, bei denen der Ex-Schutz nicht im Vordergrund stand. Aus Sicht des Produktdesigns basieren Ethernet- und Ex-Lösungen auf bewährter Technik mit meist standardisierten Hardware-Konzepten. Leider sind diese Konzepte teilweise widersprüchlich und erfordern daher neue Designkonzepte. Industrielle Ethernet-Switches sind meist verwaltet und unterstützen viele Protokolle und Funktionen, während die Feldinstrumentierung in der Prozessindustrie relativ einfach zu verstehen und zu verwalten ist.

Design aspects of field device products and future bandwidth extension
Harald Müller, Endress+Hauser Temperature + System Products
 

Dieser Vortrag diskutiert einige der Probleme, mit denen Produktdesigner während der Spezifikations- und Implementierungsphase von Ethernet-APL-Infrastrukturprodukten konfrontiert sind.

2-wire Ethernet Implementierung für Geräte - ein PHY macht noch kein APL
Volker Goller, Analog Devices GmbH

Mit der Verfügbarkeit von PHY-Bausteinen für den APL zugrunde liegenden Standard 10BASET1L wird eine konkrete Implementation von APL erst ökonomisch und praktisch möglich. Allerdings ist der PHY eben auch nur ein, wenn auch essenzieller, Baustein einer APL-Lösung. Neben der speziellen analogen Anschaltung ist hier besonders das Systemdesign, das Zusammenspiel von Hard- und Software zu betrachten. Welche Eigenschaften von PROFINET werden gebraucht? Welche Protokolle sind neben PROFINET noch relevant? Wie kann die notwendige Netload-Klasse erreicht werden? Wie sieht die System-Architektur aus? Nach welchen Kriterien kann ein Prozessor ausgewählt werden? Welche Freiheitsgrade habe ich als Geräteentwickler?
Der Vortrag führt in das „APL Gerätedesign“ ein und gibt Anregungen für zukünftige Entwicklungen.

Moderator: Jörg Hähniche

FDI – A Model for Multi Organization Standards Development Cooperation; Status and Outlook
Achim Laubenstein, FieldComm Group und C4-Leiter

In einigen Bereichen entwickelte und entwickelt die Prozessautomatisierungsbranche parallel verschiedene Standards, die gleiche oder ähnliche Zwecke abdecken, was zu unnötigem Aufwand und Interoperabilitätsproblemen führt. Dies war und ist immer noch der Fall bei der Integration von Feldgeräten in Asset-Management-Tools und Leitsysteme. Das FDI-Standardentwicklungsprojekt hat jedoch gezeigt, dass ein harmonisierter Ansatz über die Industrie und Standardisierungsorganisationen hinweg, einschließlich direkter Beiträge von Endanwendern wie der NAMUR, möglich ist. Die FDI-Technologie, die Spezifikationen und eine Reihe von Entwicklungswerkzeugen umfasst, wurde 2015 veröffentlicht und gewinnt an Marktakzeptanz. Die Spezifikationen wurden als IEC-Norm veröffentlicht. Seitdem wurde sie weiterentwickelt und verbessert, um aufkommende offene Architekturen wie NOA oder OPAS zu unterstützen sowie modernste Benutzeroberflächentechnologien (HTML5) anzuwenden und Plattformabhängigkeiten zu überwinden. FDI Technology bietet heute alles, was Geräte- und Systemanbieter benötigen, um eine offene Geräteintegrationslösung für Konfiguration/Parametrierung, Diagnose, Asset Management und Mapping von Geräteinformationen in die IIoT-Welt zu implementieren. Konformitätstest-Spezifikationen und Test-Tools helfen, die Interoperabilität sicherzustellen.
FieldComm Group und PNO arbeiten eng zusammen, um die Pflege und Weiterentwicklung der Spezifikationen und Tools sicherzustellen. 

Qualitätssicherung bei PROFINET: von der Schnittstelle bis zur Integration mit FDI
Matthias Riedl, Institut f. Automation und Kommunikation e.V.
Mathias Monse, AUMA Riester GmbH & Co. KG
 

Als führender Kommunikationsstandard in der Fertigung wird PROFINET auch für die Prozessindustrie immer interessanter, da es mehr Flexibilität und Performance bietet. Tatsächlich wurde PROFINET bereits frühzeitig als Profil in der Gerätebeschreibungssprache EDDL verankert, so dass die Migration zu FDI keine zusätzlichen Spezifikationserweiterungen bedeutet. Diese Kombination ermöglicht es Geräteherstellern daher, bei der Integration von industriellen Kommunikationsschnittstellen in ihre Geräte auf markterprobte Spezifikationen zurückzugreifen. Der Vortrag zeigt anhand praktischer Erfahrungen, welche Schritte ein Gerätehersteller unternehmen muss, um seine Geräte in FDI-unterstützende Asset-Management-Tools oder Leitsysteme zu integrieren, und wie sehr ihn die verfügbaren Entwicklungswerkzeuge dabei unterstützen. Neben der funktionalen Integration werden Qualitätsanforderungen, die die Integrität von Softwarekomponenten sicherstellen, immer wichtiger. PI unterstützt solche Anforderungen mit bewährten Zertifizierungsverfahren.

Moderator: Prof. Frithjof Klasen

5G on the way to Industrial 5G
Sander Rotmensen, Siemens AG

Industrial Wireless Communication ist oder kann der entscheidende Faktor für alle sein, die die Chancen der Digitalisierung oder des Industrial Internet of Things in Zukunft voll ausschöpfen wollen. Sind neue Technologien wie 5G und auch WiFi 6 eine Option für drahtlose digitale Konnektivität oder industrielle Anwendungsfälle? Wird Industrial 5G die Art und Weise verändern, wie wir Entscheidungen treffen, Produkte herstellen und Fabriken warten? Was sind die Vorteile von 5G? Was ist der Unterschied zwischen öffentlichen und privaten 5G-Netzen? Was ist der Unterschied zwischen nicht-autonomen und autonomen 5G-Netzwerken? Was macht 5G zu "industriellem" 5G? Welche industriellen Anwendungen werden von 5G profitieren? Oder ist WiFi 6 auch eine gute Option für industrielle Anwendungsfälle?

Die Architekturen privater 5G Netze
Tim Simon Leßmann, PHOENIX CONTACT Electronics GmbH

5G verspricht viele Neuerungen für den Einsatz im industriellen Umfeld. Es wird jedoch noch dauern bis alle Neuerungen spezifiziert und in Form von industriellen Produkten verfügbar sind. Schon heute gibt es erste industrielle 5G Router und andere Endgeräte, die auf 3GPP Release 15 basieren und hohe Breitbandverbindungen ermöglichen. Auch private 5G Netze sind verfügbar, können aufgebaut und getestet werden. Allerdings gibt es verschiedene Arten und Architekturen private Netze aufzubauen und zu betreiben. Hinzu kommt die Wahl des passenden Anbieters für Ihr Unternehmen. Welches Modell passt zu Ihnen? Welche Vorteile hat es schon heute ein privates 5G Netz zu betreiben? Und kann ich überhaupt ein privates Mobilfunknetz betreiben? Dieser Vortrag wird Ihnen eine Grundlage verschaffen diese Fragen zu beantworten und Ihnen einen Ausblick geben, wie Sie neue Konzepte für die Kommunikation in industriellen Anlagen für Ihr Unternehmen entwickeln können.

Erste Erfahrungen und Messungen von Profisafe über 5G Campusnetze
Thomas Schildknecht, Schildknecht AG

Im Rahmen des Forschungsprojekts 5GANG (5G Anwendungen in der Industrie) beschäftigte sich die Schildknecht AG mit der Aufgabe zu untersuchen wie sich Profisafe über ein 5G Campusnetz übertragen lässt. Teil der Projekts war es u.a. erste Messungen der Latenz und des Jitters durchzuführen. Diese Messungen wurden am 5G Campus der RWTH Aachen zusammen mit den Projektpartnern WZL und Ericsson durchgeführt. Der Vortrag zeigt die Messergebnisse und den Vergleich zu WLAN und Bluetooth Übertagungen von Profisafe. Anwendungen von Profisafe via 5G ist der Einsatz z.B. in AGV (Fahrerlose Transportfahrzeuge).

Moderator: Prof. Frithjof Klasen

5G in der Produktion, Vision und erste Applikationen
Arjen Kreis, AUDI AG
Dr. Henning Loeser, AUDI AG
 

In der Präsentation wird es um das Thema 5G im industriellen Umfeld gehen.
Den Konferenzteilnehmern wird die Vision der Audi AG für dieses Thema näher gebracht. Er erhält mittels einer animierten Darstellung einen Einblick in die Produktionssysteme der Zukunft. Er erfährt aber auch etwas über die Herausforderungen, die der Einsatz der 5G Technologie mit sich bringt. Schlussendlich wird er interessante Informationen über aktuelle Entwicklungen innerhalb der Audi AG erhalten.

Use Cases and Challenges for 5G in Process Automation (ENG)
Dr.-Ing. Pietro Valsecchi, Covestro Deutschland AG, Leiter des Arbeitskreises 4.15 "mobile automation"

Durch eine wachsende Zahl von Test- und Showcases in Fertigung macht sich 5G auf den Weg in die Produktionshalle. Neben den traditionellen industriellen Anwendungsfällen für drahtlose Konnektivität wie "mobile Arbeiter", "Remote Assistance" und "dynamische Sensorik" machen die von 5G versprochene zusätzlichen Funktionen die Tür zu neuartigen industriellen Anwendungen auf. "Slicing" kann beispielsweise in Kombination mit der erweiterten Sicherheit mehrere Netzwerkebenen (ERP, MES, DCS) auf demselben physischen Netzwerk hosten. Ein weiteres Beispiel: Die massive Erhöhung der Bandbreite und der Anzahl der angeschlossenen Geräte ermöglicht die Erweiterung des IoT auf der Produktionsfläche, aber auch die Verlagerung von komplexen Berechnungen von einem zentralen HPC auf "distributed Edge computing".
Neben der begrenzten Reife der 5G-Technologie ist jedoch zu bemerken, dass die Zurückhaltung der Branche, diese Technologie über Tests und Showcases hinaus zu nutzen, auf den Mangel an überzeugenden ROI zurückzuführen ist. Die größte Herausforderung der Digitalisierung in Produktionsanlagen ist heute Kosteneffizienz und kurzfristige Einsparungen. Während die von 5G versprochene Verbesserungen die Fertigung langfristig verbessern werden, ist es bisher nicht gelungen, beispielsweise die Herausforderung der Minimierung von Investitionen in die Digitalisierung oder die Festlegung eines "Minimum Viable Product" anzugehen.
Und gerade die Versprechen der 5G-Technologie heben auch strukturelle Herausforderungen der Digitalisierung hervor. Obwohl es sich um eine weltweit neuartige Technologie handelt, wird der Einsatz von 5G-Frequenzen in jedem Land unterschiedlich gehandhabt, was die Entwicklung einer langfristigen Vision für seine industrielle Anwendung behindert. Die Anzahl der kritischen Services, die mit 5G ausgeführt werden können, hängt von der Kontrolle ab, die ein Unternehmen über seine Infrastruktur hat. Das 5G-Protokoll wird noch entwickelt und die wichtigsten Eigenschaften für industrielle Anwendungen sind nach wie vor nur Vorschläge. Die derzeit begrenzt verfügbare Hardware erlaubt daher keine vollständige Evaluierung innovativer Anwendungsfälle.

Moderator: Jörg Hähniche

Ethernet APL: Topologien für die Prozessindustrie und funktionale Sicherheit
Dr.-Ing. Kai Krüning, BASF SE

Der Vortrag beschreibt die Erwartungen aus Sicht der Anwender aus der chemischen Prozessindustrie an den neuen Ethernetstandard Advanced Physical Layer (APL).
Zunächst werden dazu die Anforderungen und besonderen Gegebenheiten in der chemischen Prozessindustrie geschildert. Im Anschluss werden daraus einige Empfehlungen abgeleitet, die in der NAMUR erarbeitet wurden: Die NAMUR Standardtopologien für Ethernet im Level 1.
Aufbauend auf diesen Topologien wird mit der Nutzung von Ethernet APL im Safetybereich ein Konzept für einen neuen Anwendungsbereich vorgestellt, in dem bisherige Feldbussysteme nicht eingesetzt wurden.
Zuletzt werden die Anforderungen an das Protokoll auf Anwendungsebene, z.B. PROFINET, bzw. die Hersteller der Automatisierungstechnik und Standardisierungsgremien formuliert.
Die wichtigsten Anforderungen sind hierbei:

• Einfacher Feldgerätetausch (vgl. mit 4...20mA) ohne weitere Systemkenntnis auch bei unterschiedlichen Feldgeräteversionen und Herstellern.
• Unterstützung der Digitalisierung und der NAMUR Open Architecture durch einfache Integration und Nutzung der Parameter der Ethernetteilnehmer im Feld durch konsequente Nutzung von FDI, Profil 4.0 und OPC UA.

APL im Anwendertest - erste Erfahrungen und Ergebnisse
Ronny Becker, Bilfinger Engineering & Maintenance

Im Jahr 2019 starteten Pepperl&Fuchs und das Prüflabor einen ersten Test von Ethernet APL. Ziel des Tests war, die Technologie selbst, aber auch den damit verbundenen Technologiesprung, an den Anforderungen der Anwender speziell in der Prozessindustrie zu spiegeln. Die verfügbaren APL-Infrastrukturprototypen von Pepperl&Fuchs wurden dazu an ein aktuelles PLS per Profinet konektiert. An diesem Testaufbau wurden verschiedene Anwendungsfälle aus dem gesamten Lifecycle eines Automatisierungssystems durchgespielt. Beispiele dafür sind u.A. Montage, Geräteinbetriebnahme aber auch Robustheit der Kommunikation bei Störungen auf dem APL-Layer. Außerdem das generelle Handling der verschiedenen neuen Infrastrukturkomponenten wie Field- und Powerswitches oder dem bekannten Kabeltyp an einem neuen Physical Layer.
Die dabei gewonnenen Erkenntnisse und zukünftigen Anforderungen an Ethernet-APL sollen hier präsentiert werden.

Anwendungsfälle für Single Pair Ethernet: Die Vorteile von SPE in der industriellen Kommunikation
Simon Seereiner, Weidmüller Interface GmbH & Co. KG

Der zunehmende Digitalisierungsgrad industrieller Anlagen und Fertigungsprozesse erfordert die Weiterentwicklung bestehender Ethernet Kommunikation. Single Pair Ethernet bietet deutliche Miniaturisierung bei gleichzeitiger Kostenminimierung für Einsatzgebiete in komplexen, industriellen Anwendungen und zukünftigen IIoT-Lösungen. Dies geht einher mit einem Paradigmenwechsel in der Erzeugung, Verteilung und Handling von digitalen Daten bis hin zur Optimierung von Prozessen und Abläufen. In diesem Vortrag werden die Vorteile der Single Pair Ethernet Technologie anhand von Anwendungsbeispielen aus dem Bereich der Maschinenverkabelung, der Feldgerätekommunikation, der Gebäudeautomatisierung und von Multidrop-Anwendungen aufgezeigt.

Moderator: Jörg Hähniche

Process Automation im Spannungsfeld neuer Technologien und installierter Basis
Mirko Brcic, Endress+Hauser Digital Solutions, CA-Leiter
Dr. Jörg Hähniche, Endress+Hauser Digital Solutions, Vorstand der PROFIBUS Nutzerorganisation e.V.
 

Die Prozessautomatisierung steht vor einem Umbruch im Zuge von Industrie 4.0. Viele neue Technologien werden in der PI Konferenz vorgestellt, die die Digitalisierung weiter vorantreiben. Hierbei steht die Prozessautomatisierung in dem Spannungsfeld einer breiten installierten Basis und der Notwendigkeit, die Digitalisierung weiter voranzutreiben.
Der Beitrag gibt einen Überblick, wie neue Technologien auch bei der installierten Basis zur Anwendung kommen können und zeigt auch auf, welche weiteren Technologien bereits am Horizont zu erkennen sind, die zukünftig ihren Einsatz in der Prozessautomatisierung finden könnten.