Information für die Energie- und Prozesstechnik, Juni 2015 ... · spiel Zulassungen zur...

DIMAINDIVIDUALITÄT AM LAUFENDEN BAND / Seite 12

direct processInformation für die Energie- und Prozesstechnik, Juni 2015

MIT LEICHTIGKEIT IN DIE LEITEBENE / Seite 04

AUTOMATISIERUNG MODULARER SYSTEME / Seite 24

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Mit Leichtigkeit in die Leitebene Seite 04

Auf einer Wellenlänge Seite 06

Vielfältig einsetzbar: Neue Relais mit Weitbereichseingang Seite 09

EPSITRON® CLASSIC Power – jetzt auch 2- und 3-phasig Seite 09

„Ich sehe WAGO als Komplettanbieter für die Prozessautomation.“ Seite 10

Individualität am laufenden Band Seite 12NAMUR und ZVEI setzen auf Lösungsansatz von WAGO Seite 13Die HMI-Integration mit DIMA Seite 14„Wir erhoffen uns eine weite Verbreitung modularer Anlagen“ Seite 15DIMA in der Fachpresse Seite 16„DIMA ist ein wertvoller erster Schritt“ Seite 18Herzstück von DIMA – das Module-Type-Package Seite 19

Automatisierung modularer Systeme Seite 24

Starke Technik für sauberes Wasser Seite 27

Schirmklemmbügel leicht montieren Seite 29

Dezentrale Automatisierung und das HART-Protokoll Seite 30

Impressum Seite 32

INHALT

DIM

A

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Liebe Leserinnen, liebe Leser,

die letzte NAMUR-Hauptsitzung stand unter einem besonderen Fokus: „Dezentrale Intelligenz – Neue Wege in der Prozessautomation“. Wir haben in den vergangenen Jahren vielfältige Diskussionen, Vorträge, Veröffentlichungen und Entwicklungsprojekte erlebt, die sich mit die-sem Thema auseinandergesetzt haben. All diese Aktivitäten hatten das Ziel, Prozessanlagen durch Modularität flexibler zu gestalten und diese dezentral zu automatisieren.WAGO konnte auf der NAMUR-Hauptsitzung erstmalig eine völlig neue Methodik zur Lösung dieser Herausforderung aufzeigen. In einem gemeinsamen Entwicklungsprojekt mit der Universität Hamburg und der Technischen Universität Dresden ist es gelungen, eine neue Softwarearchitektur vorzustellen, die den Anforderungen der moder-nen, dezentralen Prozessautomation für eine modulare Produktion ge-recht wird. Wir konnten aufzeigen, dass unser bestehendes WAGO-Automatisierungsportfolio die Performance für die Automatisierung der Anlagen in der Chemie, Spezialitätenchemie, Nahrungsmittelin-dustrie und Pharmazie mitbringt.Automatisierungskomponenten sind aber nur ein Teil der elektrotech-nischen Ausrüstung einer Anlage. Auch bei den zugehörigen Kompo-nenten wie Netzteilen, Messwertwandlern, Signaltrennern und Verbin-dungsklemmen bietet Ihnen WAGO ein vollständiges Produktportfolio für Ihre Anlagen in der Prozesstechnik. Dieses beinhaltet hochperfor-mante, nur 6 mm breite Signalwandler und -trenner mit einem innova-tiven Bedienkonzept und dazu ein umfangreiches Netzteileprogramm von 2,5 A bis 40 A. Die dazu notwendigen Zertifizierungen, zum Bei-spiel Zulassungen zur Installation in der Ex-Zone oder die anspruchs-vollen Marinezulassungen für Offshore-Anlagen, liegen vor.In der Verbindungstechnik bieten wir Ihnen als Erfinder der Feder-klemmanschlusstechnik das größte Programm zum Anschluss elektrischer Leiter von 0,08 mm² bis 185 mm². Dies verbunden mit der universellen Push-in CAGE CLAMP®-Direktstecktechnik als Universal-anschluss für alle Leiterarten und einem hochinnovativen Brückungs- und Beschriftungssystem ‒ natürlich ebenfalls zertifiziert für Anwen-dungen in der Ex-Zone. WAGO hat sich damit zum One-Stop-Shop der Elektrotechnik und Automatisierung für die Prozesstechnik entwi-ckelt. Lassen Sie sich von unserer Innovationskraft überzeugen, immer neue Anforderungen mit intelligenten Lösungen zu beantworten. Wir freuen uns auf Sie!

Herzlichst Ihr

Ulrich H. HempenLeiter Market Management Industry & Process

EDITORIAL

Mit Leichtigkeit in die Leitebene Seite 04

Auf einer Wellenlänge Seite 06

Vielfältig einsetzbar: Neue Relais mit Weitbereichseingang Seite 09

EPSITRON® CLASSIC Power – jetzt auch 2- und 3-phasig Seite 09

„Ich sehe WAGO als Komplettanbieter für die Prozessautomation.“ Seite 10

Individualität am laufenden Band Seite 12NAMUR und ZVEI setzen auf Lösungsansatz von WAGO Seite 13Die HMI-Integration mit DIMA Seite 14„Wir erhoffen uns eine weite Verbreitung modularer Anlagen“ Seite 15DIMA in der Fachpresse Seite 16„DIMA ist ein wertvoller erster Schritt“ Seite 18Herzstück von DIMA – das Module-Type-Package Seite 19

Automatisierung modularer Systeme Seite 24

Starke Technik für sauberes Wasser Seite 27

Schirmklemmbügel leicht montieren Seite 29

Dezentrale Automatisierung und das HART-Protokoll Seite 30

Impressum Seite 32

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■ Package-Units in Verbindung mit dezentralen Automatisierungs-konzepten bilden eine solide Basis, um in der Prozessindustrie auch zukünftig flexibel und handlungsfähig zu bleiben. Die Integration in sich geschlossener Module in die Leitebene ist technisch eine der drängendsten Herausforderungen. Die Vielfalt an Schnittstellen ist groß, der Bedarf an praktikablen Umsetzungsideen umso größer. Als NAMUR-Hauptsponsor hat WAGO 2014 mit einer neuen Methodik für Aufsehen gesorgt. Aber bereits heute lassen sich mit dem modu-laren Automatisierungssystem aus Minden unterschiedlichste Signale mit wenig Aufwand von der Feld- in die Leitebene überführen.

Die Automatisierung von Package-Units unterscheidet sich – nüch-tern betrachtet – nicht wesentlich von der in anderen dezentralen Umgebungen, zum Beispiel der Factory-Automation. Auch hier muss

die Automatisierungsebene im Grunde nichts weiter tun, als ihre ei-gentliche Kernaufgabe zu erfüllen: nämlich vollumfänglich mit den Komponenten der Feldebene kommunizieren und sich sauber in die übergeordnete Leitebene integrieren lassen. Die große Herausfor-derung bei solch modularisierten Anlagen liegt in der potentiellen Vielfalt der Automatisierungshersteller und der sich folglich mitunter stark unterschiedlichen Hardware: Dennoch muss sich die Automati-sierungstechnik des Anbieters A in Modul 1 ebenso nahtlos dem Pro-zessleitsystem unterordnen wie diejenige des Anbieters B in Modul 2.Im Gegensatz zu herkömmlichen und in sich geschlossenen Anlage-architekturen sind Package-Units mit eigener Intelligenz ausgestattet. Die prozesstechnischen Module, die eine I/O-Ebene und ihren Teil der Automation umfassen, übernehmen auf diese Weise verschie-dene Basisaufgaben selbst. Übergreifende Anlagenfunktionen, bei-

Mit Leichtigkeit in die LeitebeneDas WAGO-I/O-SYSTEM 750 im Package-Unit-Einsatz

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spielsweise eine Rezeptverwaltung, werden dagegen weiterhin durch die übergeordnete Leitebene ausgeführt. Der Grad heutiger Modul-automatisierung ist ausbaufähig: Derzeit werden von den Package- Units weitestgehend Nebenaufgaben ausgeführt, zum Beispiel die Überwachung von Steuerluft oder Heizkreissystemen, während für den Kernprozess die Feldgeräte mit der zentralen Steuerung oft noch direkt oder über Remote-I/O-Systeme angebunden sind.

■ Integration der Modulautomatisierung in das Prozessleit-systemAber auch hierfür ist die Grundvoraussetzung eine vollständige Integration der Modulautomatisierung in das Prozessleitsystem. Was mit PROFIBUS und PROFINET aufgrund standardisierter Ge-rätestammdaten (GSD-Datei) – bis zu einem gewissen Grad – rela-tiv problemlos funktioniert, sieht bei einfacheren Feldbusprotokollen ganz anders aus. MODBUS zum Beispiel ist aufgrund seiner Of-fenheit deutlich schwieriger zu handeln: Die Register einer spezi-fischen Anwendung sind in der Regel proprietär aufgebaut, was die spätere Einbindung auf der Programmierebene erschwert. Für den Techniker bedeutet dies dann oft Handarbeit, um die benö-tigten Werte gezielt aus den MODBUS-Registern zu fischen und im Prozessleitsystem abzubilden. Schwierigkeiten bei der Adressie-rung sind in solchen Fällen meistens gleich mitprogrammiert. Dieser Umstand betrifft zuweilen auch GSD-Dateien, da viele Funktionsbe-schreibungen, etwa für Alarme oder für die Archivierung, standard-mäßig nicht enthalten sind.Die vom Leitsystem zu integrierenden Informationen aus den un-tergelagerten Automatisierungssystemen stammen aus der noch tiefergelegenen Feldebene. Die Schnittstellenvielfalt „nach unten“ ist hierbei um einiges höher als diejenige zur Managementebene. Auch diese Anforderung müssen moderne I/O-Systeme in Packa-ge-Units erfüllen. Eine typische Applikation in der Prozessindustrie ist das sogenannte Engine-Monitoring. Das kontinuierliche Ausle-sen von Maschinenparametern elektronischer Motorsteuereinhei-ten (ECU), etwa eines Kompressors oder einer Stromversorgung, ist eine wesentliche Voraussetzung für den dauerhaften störungs-freien Anlagenbetrieb. Kommunikationsseitig kommen vielfach der CAN-Feldbus in Verbindung mit SAE J1939 sowie herkömmliche 4…20mA-Verkabelungen mit dem HART-Protokoll zum Einsatz.

■ Engine Monitoring via CAN und HART*Um diese und weitere Subbusse flexibel einbinden zu können, emp-fiehlt sich ein modulares Automatisierungskonzept, so wie es etwa das WAGO-I/O-SYSTEM 750 verfolgt. Mit I/O-Modulen für nahe-zu jedes beliebige Signal lassen sich I/O-Knoten gleichermaßen kompakt und wirtschaftlich zusammenstellen. Das lediglich 12 mm breite CAN-Modul (750-658) beispielsweise unterstützt den CAN-Layer 2 und kann damit sowohl in ein CANopen-, ein SAE-J1939-, NMEA-2000- oder ein DeviceNet-Netzwerk integriert werden. Drei Betriebsarten stehen dem Anwender zur Verfügung: Während der Sniffer-Modus durch passives Mitlesen eine detaillierte Analyse des unbeeinflussten CAN-Busses erlaubt, wird das I/O-Modul im Transparentmodus zu einem aktiven CAN-Teilnehmer, der sowohl beliebige CAN-Telegramme versenden als auch empfangen kann. Der Mapped-Modus als dritte Betriebsart ermöglicht es, direkt aus dem Prozessabbild CAN-Telegramme zu generieren oder aus empfangenen Telegrammen selektiv Prozesswerte in das Eingangs-

prozessabbild zu kopieren. Das Senden erfolgt dabei wahlweise zyklisch, manuell oder bei Änderung des Prozesswertes.Mit den entsprechenden HART-Modulen werden hingegen Sta-tus- und Diagnosedaten von HART-Feldgeräten aus dem Nicht-Ex- (750-482) aber auch aus dem Ex-i-Bereich (750-484) zum WAGO-I/O-SYSTEM übertragen. HART hat sich bei den Aus-rüstern von Prozesssensorik weitgehend durchgesetzt. Pro Kanal können bis zu vier HART-Nebenvariablen (PV, SV, TV, QV) in das zyklische Prozessabbild der Steuerung eingeblendet werden. Auf diese Weise lassen sich mit einem einzigen I/O-Modul neben der eigentlichen Hauptvariablen, zum Beispiel dem Durchfluss, zusätz-lich die Viskosität, Temperatur, Dichte und das Volumen ermitteln.

■ Kommunikationsstärke trifft auf KonfigurationstoolsUm alle Signale aus der Feldebene empfangen und – ganz im Sinne eines modularen Konzepts – Steuer- und Regelaufgaben ei-genständig ausführen zu können, bedarf es einer Steuerung mit ausreichender Performance. Im WAGO-I/O-SYSTEM erfüllt diese Rolle der PFC200 mit Cortex-A8-Prozessorarchitektur und echtzeit-fähigem Linux-Betriebssystem. Der Einsatz von Linux als Plattform gibt Anwendern aufgrund seiner offenen Architektur maximale Ge-staltungsfreiheit bei der Programmierung. Wer das nicht möchte, greift auf die bewährte CODESYS-Entwicklungsumgebung zurück, die ebenfalls von Haus aus installiert ist. Je nach Ausbaustufe ver-fügt der PFC200 – neben zwei standardmäßigen ETHERNET-An-schlüssen – über weitere Onboard-Schnittstellen: RS-232/RS-485, CAN, CANopen oder PROFIBUS-DP-Slave.Sowohl zur Konfiguration der Kommunikation mit der Leitebene als auch der I/O-Module für die Feldsignale bietet WAGO unterstüt-zende Software-Tools an. Mit ihnen ist der Anwender in der Lage, PROFIBUS, MODBUS und Co. nicht nur fehlerfrei, sondern zudem effizient zu parametrieren. Soll heißen: Zwei digitale Kanäle bele-gen auch tatsächlich nur zwei Bit und reservieren keinen unnötig großen Adressraum für sich.Welche Sprache auf der Managementebene gesprochen und welcher Subbus in der Feldebene eingesetzt wird, spielt für das WAGO-I/O-SYSTEM keine entscheidende Rolle. Und genau das macht es für die Automatisierung von Package-Units so interessant: Aufgrund des feldbusunabhängigen Designs und des modularen Aufbaus sind die Einsatzgebiete besonders vielfältig – und unab-hängig von einem übergeordneten Leitsystem.

Text: Benjamin Böhm, WAGOFoto: WAGO,

© Sergey Nivens - Fotolia, [M]-Sahlmüller/PROCESS

• Das WAGO-I/O-SYSTEM ist feldbusunabhängig, modular aufgebaut und daher flexibel einsetzbar.

• Software-Tools unterstützen bei der Konfiguration der Kommunikation mit der Leit- und Feldebene.

• Über 500 verschiedene I/O-Module ermöglichen die Integration unterschiedlichster Signale.

* HART: Highway Addressable Remote Transducer

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Effizienter Einsatz von Absorptions- und Adsorptionsmitteln: Mit der von Dr. Buck entwickelten Spektrometrieanordnung werden die exakten Kon-zentrationen ausgewählter Schadstoffe kontinuierlich erfasst.

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■ Nicht wenig überraschend: Wenn etwas verbrannt wird, entsteht Rauch. Das Problem dabei: Je nach eingesetztem Brennmaterial ist das Rauchgas mitunter stark gesundheits- und umweltschädlich. Es gibt verschiedene technische Möglichkeiten, um diese Schadstoffkonzentra-tionen zu messen. Ein ganz neues Verfahren stammt von Dr. Christian Buck. Mit der von ihm entwickelten Spektrometrieanordnung lassen sich einzelne Schadstoffe qualitativ und quantitativ ermitteln, ohne die Mess-probe zuvor aufwendig aufbereiten zu müssen. Die dazu notwendige Automatisierungstechnik samt Visualisierung stammt vom WAGO.

In Müllverbrennungsanlagen, Kraftwerken oder in der Zementherstel-lung entstehen Rauchgase, die gesundheitsschädliche Stoffe in teilwei-se erheblichen Mengen enthalten, etwa Quecksilber, Schwefeldioxid oder Stickoxide. Insbesondere für die Emissionen von Schwermetallen gibt es Grenzwerte, die unter anderem im Bundes-Immissionsschutz-gesetz und der sich daraus ableitenden Technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft vorgeschrieben werden. Aus diesem Grund wer-den sogenannte Onlineüberwachungen eingesetzt, die nicht nur die Existenz, sondern auch die exakte Konzentration der Schadstoffe kon-tinuierlich erfassen.

■ Schadstoffe online überwachenDie Messung solcher Werte ist technisch kein Problem: Mit heutigen Detektoren lassen sich die gasförmigen und teilweise flüssigen Schad-stoffe ohne Weiteres ermitteln – beispielsweise mit der sogenann-ten Atomabsorption oder der Goldfallentechnik. Bei den gängigen Messverfahren ist es allerdings erforderlich, das Rauchgas zuvor so aufzubereiten, dass der zu ermittelnde Schadstoff von allen übrigen im Rauchgas enthaltenen Schadstoffen getrennt wird. Diese zusätzli-che Behandlung verursacht Kosten, weil sie einerseits zeitaufwendig ist und andererseits entsprechendes technisches Equipment verlangt. Hinzu kommt, dass die Messprobe in einer für die Detektion geeig-neten Form vorliegen und dazu gegebenenfalls erst noch überführt werden muss, zum Beispiel eine Quecksilberverbindung in elementa-res Quecksilber.In der Praxis sieht die Onlineüberwachung von Quecksilber mittels Atomabsorbationsspektrum dann folgendermaßen aus: Elementares Quecksilber hat eine sehr schmalbandige Absorptionslinie, die zwi-schen 253,6 nm und 253,7 nm liegt. Eine UV-Quelle sendet einen monochromatischen Lichtstrahl mit exakt eben dieser Wellenlänge aus. Quecksilberatome, insofern sie denn vorhanden sind, schwä-chen das Licht in Abhängigkeit ihrer Konzentration mehr oder weniger stark, woraus sich eine qualitative und quantitative Analyse ableiten lässt. Dieses etablierte Verfahren funktioniert allerdings erst nach voll-ständiger Entfernung aller im Bereich von 253,6 nm bis 253,7 nm befindlichen und dadurch ebenfalls lichtabsorbierenden Verunreini-

Auf einer WellenlängeSteuern, berechnen, visualisieren: Das WAGO-I/O-SYSTEM übernimmt alle Automatisierungsfunktionen bei der photometrischen Bestimmung von Schadstoffen in Rauchgasen.

gungen aus der zu messenden Probe. Hierzu wird in der Regel die aufwendige und zeitintensive Matrixentfernung angewandt.

■ Neue Messmethode für höchste Zuverlässigkeit„Eines der größten Probleme heutiger Emissionsmessverfahren ist die Zuverlässigkeit. Bei der Aufbereitung der Messproben werden Kata-lysatoren eingesetzt, deren Lebensdauer durch Alterung oder ‚Vergif-tung‘ begrenzt ist. Verabschiedet sich ein Katalysator, sind die Mess-ergebnisse nicht mehr korrekt. Da aber die Emissionsgrenzwerte unter allen Umständen eingehalten werden müssen, gehen Kraftwerksbe-treiber auf Nummer sicher und setzen dauerhaft deutlich mehr Ab-sorptions- und Adsorptionsmittel ein, als sie eigentlich müssten“, er-klärt Dr. Christian Buck. Der Darmstädter Ingenieur geht daher einen anderen Weg. Seine Forschungen und Entwicklungen konzentrieren sich auf ein neues Verfahren, das eine vorausgehende Aufbereitung der Messprobe überflüssig macht. Anstatt die Störsubstanzen aufwen-dig zu eliminieren, ermittelt seine zum Patent angemeldete Spektrome-trieanordnung ihren Einfluss auf die Probe, um sie dann entsprechend zu korrigieren.Technisch gesehen greift Buck dabei auf bewährte Messmethoden zu-rück: „Wir führen eine simultane photometrische Bestimmung des Ana-lyts durch, das aus Atomen, Ionen oder Molekülen bestehen kann. Im ersten Schritt erfolgt eine schmalbandige, monochromatische Absorp-tionsmessung, mit der wir die eigentliche Messgröße, zum Beispiel Quecksilber, samt allen darin enthaltenen Störgrößen erfassen.

Simultane photometrische Analytbestimmung: Im ersten Schritt erfolgt eine schmalbandige Absorptionsmessung, die im Falle von Quecksilber zwi-schen 253,6 nm und 253,7 nm liegt. Im zweiten Schritt wird mit derselben Probe eine breitbandige Messung im Wellenlängenbereich von 200 nm und 400 nm durchgeführt.

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Im zweiten Schritt führen wir dann mit derselben Probe eine breitban-dige Messung im Wellenlängenbereich von 200 nm und 400 nm durch, um ausschließlich die Störgrößen zu ermitteln. Mit diesen In-formationen führen wir dann die Korrektur des ersten Messvorgangs durch“, erklärt der Entwickler. Unter Verwendung entsprechender Schmalbandlichtquellen ist diese Messmethode direkt auf andere Schadstoffe anwendbar, zum Beispiel Arsen.

■ Hohe Performance für höchste PräzisionZur Steuerung des Messvorgangs, Berechnung der Messergebnis-se und anschließenden Visualisierung setzt Buck auf Interface- und Automatisierungstechnik von WAGO. Ein leistungsstarker PFC200 (750-8202) übernimmt in diesem äußerst präzisen Zusammenspiel die Rolle der zentralen Rechen- und Kommunikationseinheit. An den Controller sind digitale und analoge I/O-Module angereiht, an die wiederum alle erforderlichen Spektronomiekomponenten angebun-den sind, unter anderem die Schmal- und Breitbandlampen sowie die UV-Detektoren. Die erfassten Messwerte werden in ein 0…10V-Spannungssignal umgewandelt, an den PFC200 weitergeleitet und dort weiterverarbeitet. Ein von WAGO entwickeltes CODESYS-Pro-gramm, das auf den mathematischen Formeln Bucks basiert, berech-net die in der Messprobe enthaltenen Schadstoffkonzentrationen.Neben dieser eigentlichen Hauptaufgabe leistet das WAGO-I/O-SYSTEM 750 weitere nützliche Nebendienste: „Unser Messsystem erkennt beispielsweise unterschiedlichste Fehlfunktionen und setzt entsprechende Alarmmeldungen automatisch ab, etwa wenn eine Küvette verstopft ist oder die UV-Quellen nicht richtig arbeiten“, berichtet Buck: „Außerdem ist unsere Lösung so flexibel aufgebaut, dass wir unsere Messdaten problemlos an eine übergeordnete Leit-warte übermitteln können – ganz ohne das System vorher technisch aufbereiten zu müssen. Und damit liegen WAGO und ich ganz auf einer Wellenlänge.“

Text: Kay Miller, WAGOFoto: Peter Hermes Furian, nfrPictures, WAGO

• Spektrometrieanordnung ermittelt Schadstoffe, ohne dass die Messprobe aufbereitet werden muss.

• Das WAGO-I/O-SYSTEM übernimmt hierbei alle Automatisierungsfunktionen.

• Ein PFC200 steuert den Messvorgang, berechnet die Ergebnisse und übernimmt die Visualisierung.

Zur Steuerung des Messvorgangs, Berechnung der Messergebnisse und anschließenden Visualisierung setzt Buck auf Interface- und Automatisie-rungstechnik von WAGO.

Entwickelt mit großer Unterstützung vom WAGO-„Solution and Support Center“: Das auf den mathematischen Formeln Bucks basierende CODE-SYS-Programm berechnet die in der Messprobe enthaltenen Schadstoff-konzentrationen.

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6 mm Baubreite, 6 A Grenzdauerstrom, -40 °C …+70 °C Tempera-turbereich – und zudem ein Weitbereichseingang von 24 V … 230 V: Der neue Stecksockel mit Kleinschaltrelais (857-359) ist für verschie-denste Anwendungen geeignet, zum Beispiel für die Leittechnik von Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen, für Antriebssteuerun-gen oder die Bahn- und Fernmeldetechnik. Weil mit einer einzigen Stecksockelvariante nahezu alle gängigen Spannungen abgedeckt werden können, lassen sich sowohl die Lagerhaltungs- als auch die Servicekosten deutlich reduzieren.Der Stecksockel mit Kleinschaltrelais und Weitbereichseingang ist auch als Variante mit Goldkontakten erhältlich (857-369). Bei-de Komponenten der Serie 857 haben eine Baubreite von 6 mm und sind für die Montage auf Tragschine DIN 35 vorgesehen. Auf-grund des einheitlichen Konturendesigns kann jeder Stecksockel an jeder Klemmstelle gebrückt werden. Die Push-in CAGE CLAMP®-

VIELFÄLTIG EINSETZBAR:RELAIS MIT WEITBEREICHSEINGANGMit einem Weitbereichseingang von 24 V … 230 V eignen sich die neuen Stecksockel mit Kleinschaltrelais für vielfältige Anwendungen.

Weitbereichseingang von 24 V … 230 V, Grenzdauer-strom von 6 A, Temperatur-bereich von -40 °C … +70 °C: die neuen Stecksockel mit Kleinschaltrelais sind für vielfäl-tige Anwendungen geeignet.

Anschlusstechnik gewährleistet darüber hinaus eine einfache Hand-habung und zuverlässige elektrische Verbindung.Zum Einsatz kommen Relais und Optokoppler überall dort, wo eine Weitergabe elektrischer Signale, verbunden mit galvanischer Tren-nung, Anpassung von Pegeln oder auch Verstärkung, gefordert wird. Typische Anwendungsbeispiele sind alle Bereiche der Industrie, Pro-zesstechnik und Energietechnik, der Einsatz in Schienenfahrzeugen oder im Schiffbau sowie der allgemeine Schaltschrankbau.

Zusätzlich zu den 1-phasigen Stromversorgungen bietet WAGO die EPSITRON®CLASSIC-Power-Netzgeräte nun auch 2- und 3-phasig an. Wie ihre kleineren Schwestern zeichnen sich auch die 2- und 3-phasigen Stromversorgungen durch eine schlanke Bauform aus, die nur wenig Platz im Schaltschrank benötigen. Ihr integrierter TopBoost liefert im Falle eines sekundärseitigen Kurzschlusses einen kurzen Stromstoß, sodass Anwender als sekundärseitige Absicherung deut-lich preisgünstigere Leitungsschutzschalter nutzen können. Neben ihrem weiten Eingangsspannungsbereich von 320 bis 575 Volt verfügen die EPSITRON®CLASSIC-Power-Stromversorgungen auch über einen erhöhten Transientenschutzpegel: sie sind eingangsseitig bis 4 kV überspannungsfest. Dadurch – und mit ihrer Zu-

EPSITRON® CLASSIC POWER – JETZT AUCH 2- UND 3-PHASIG WAGO vervollständigt die Familie ihrer universellen EPSITRON®CLASSIC-Power-Netzgeräte

lassung gemäß UL – eignen sich die Geräte für unterschiedlichste Versorgungsnetze und Applikationen weltweit. Und das ab dem vierten Quartal 2015 nicht nur an Land, sondern dank GL-Zulas-sung auch auf dem Wasser. Die insgesamt 18 Netzgeräte der EPSITRON®CLASSIC-Power-Familie können unter Umgebungstempe-raturen von -25 °C bis +70 °C eingesetzt werden, erlauben einen Kaltstart bei -40 °C und reduzieren die Ausgangslast erst ab einer Temperatur von +55 °C. Sie eignen sich damit unter anderem zur Energieversorgung von industriellen elektrischen und elektronischen Verbrauchern oder für den Einsatz in der Informations- und Automati-

sierungstechnik, im Anlagenbau sowie der Gebäudeautomation.

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■ Zur 77. Hauptsitzung der NAMUR im November 2014 hatte WAGO mit DIMA – Dezentrale Intelligenz für Modulare Anlagen – eine rich-tungsweisende Lösung für die dezentrale, modulare Automatisierung von Prozessanlagen präsentiert. Nun, ein halbes Jahr später, spricht Ul-rich Hempen, Leiter Market Management Industry & Process, über die Strategie, die WAGO in der Prozessindustrie einzuschlagen gedenkt und die Rolle, die DIMA dabei spielen wird.

■ Herr Hempen, mit DIMA hat WAGO zur NAMUR-Hauptsitzung eine Methodik zur Automatisierung modularerer Prozessanlagen prä-sentiert, die innerhalb der Branche einige Beachtung gefunden hat. Nun sind sechs Monate ins Land gegangen – wie ist der Status quo in Sachen DIMA heute?Hempen: Was die Methodik betrifft, hat sich die Interessengemein-schaft NAMUR im Frühjahr dazu entschieden, den DIMA-Ansatz zu übernehmen und zusammen mit dem ZVEI weiterzuentwickeln. Zur nächsten Hauptsitzung der NAMUR im November 2015 planen NAMUR und ZVEI, ihre Projektergebnisse zu präsentieren.Für WAGO war die Präsentation von DIMA ganz sicher ein Meilen-stein, der dazu beigetragen hat, uns in der Prozessindustrie bekann-ter zu machen als wir es bisher waren. Für uns steht darum derzeit im Fokus, unsere Position in der Prozessindustrie zu verstetigen und weiter auszubauen.

„Ich sehe WAGO als Komplett- anbieter für die Prozessautomation.“

■ Wo genau sehen Sie denn WAGO innerhalb der Prozessindustrie?Hempen: Ich sehe WAGO als Komplettanbieter.

■ Als Komplettanbieter? Was meinen Sie damit? Wird uns WAGO nach DIMA zur nächsten NAMUR-Hauptsitzung im November 2015 mit einer kompletten verfahrenstechnischen Anlage überra-schen?Hempen: Nein, das nun ganz sicher nicht. Wir haben nicht die Ab-sicht, unser Metier zu verlassen und in den Anlagenbau zu wechseln. Mit Komplettanbieter meine ich ganz konkret „WAGO als Komplett-anbieter für die Prozessautomation“. Das heißt, Komplettanbieter in der Feldebene zwischen Sensorik/Aktorik und der überlagerten Prozessleitebene.

■ Das bedeutet konkret?Hempen: Betrachten wir zunächst die Automation. Für uns war und ist DIMA auch der Nachweis dafür, dass wir von WAGO be-reits heute über die Komponenten und Werkzeuge verfügen, derer es bedarf, um die Anforderungen der NAMUR-Empfehlung 148 in Gänze zu realisieren. Unser WAGO-I/O-SYSTEM 750 und un-ser Engineering-Tool e!COCKPIT haben dabei eine ganz zentrale Rolle eingenommen.

Ulrich Hempen, Leiter Market Management Industry & Process, über die WAGO-Strategie in der Prozessindustrie

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Nicht von ungefähr: Das WAGO-I/O-SYSTEM eignet sich in besonderer Weise für den Einsatz in der Prozesstechnik, weil seine Koppler und Controller feldbusunabhängig sind und sich durch mehr als 500 verschiedene I/O-Module er-gänzen lassen, sodass für jedes übliche Signal ein passen-des I/O-Modul verfügbar ist. Zusammen mit unseren Netz-teilen, Messwertwandlern und Signaltrennern liefern wir dadurch heute schon ein umfangreiches Produktprogramm für Anlagen in der Prozesstechnik.

■ Wenn Sie das heute schon liefern – wohin soll die Reise für WAGO dann noch gehen?Hempen: Wir arbeiten daran, unser Portfolio der Automation und elektrotechnischer Komponenten in der Feldebene konse-quent für die Prozessindustrie weiterzuentwickeln.

■ An welchem Portfolio für die Prozessindustrie müssen Sie denn dann eifrig arbeiten, wenn Sie heute schon ein komplet-tes Automatisierungsprogramm für die Prozesstechnik anbie-ten?Hempen: Für uns gilt es, vor allem mit aktuellen oder künfti-gen Innovationen am Ball zu bleiben, also unsere Neu- und Weiterentwicklungen konsequent entsprechend der beson-deren Herausforderungen der Prozessindustrie anzupassen. Als Komplettanbieter elektrotechnischer Komponenten für die Feldebene der Prozesstechnik bezieht sich dies auf unser ge-samtes Produktportfolio, beginnend mit der Reihenklemme, unserer Stromversorgungsfamilie EPSITRON®, unserer Mess-wertwandlerfamilie JUMPFLEX® bis hin zur Automation.

■ Das klingt ein bisschen nach „business as usual“ – wo wird dabei DIMA bleiben? Spielt die Methodik für WAGO überhaupt noch eine Rolle oder war sie lediglich Mittel zum Zweck?Hempen: DIMA ist für uns nach wie vor ein ganz wichtiges Thema – auch wenn wir die Methodik zur weiteren gemeinsa-men Entwicklung offengelegt haben. Wer DIMA kennt, weiß allerdings, dass der Erfolg dieses Ansatzes ganz entschei-dend von einer Lösungen zur vertikalen Integration in beste-hende Leitsysteme abhängt.

■ Denken Sie denn daran, das Produktportfolio von WAGO in dieser Richtung zu vervollständigen?Hempen: Grundsätzlich kämen dafür ja Integrationslösun-gen ebenso in Frage wie reine Softwareleitsysteme. Über et-was Eigenes in diesem Bereich denken wir nicht nach – aber, wir sind in Gesprächen mit möglichen Kooperationspartnern, die diese Lücke schließen könnten.

■ Herr Hempen, vielen Dank für das Gespräch.

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Individualität am laufenden BandVerfahrenstechnische Anlagenmodule ohne Programmieraufwand integrieren■ Bereits vor Jahren hat der NAMUR-Vorstand die Entscheidung ge-fällt, das Thema dezentrale Intelligenz – neue Wege in der Prozess- automation ‒ auf die Agenda der NAMUR-Hauptsitzung 2014 zu setzen. Er hat es nicht gewählt, um über noch leistungsfähigere Pro-zessleitsysteme zu sprechen, sondern, um auf Marktgegebenheiten zu reagieren, die die Entwicklung der Prozessindustrie charakterisieren. Nämlich die, Produkte der Losgröße 1 ebenso zeit- und kostenoptimiert zu fertigen wie große Chargen. Der Sponsor der letzten NAMUR-Hauptsitzung, die Firma WAGO, hat dazu mit der Methodik DIMA – Dezentrale Intelligenz für Modulare Anlagen, eine richtungsweisende Idee vorgestellt.

Die Prozessindustrie ist eine der größten Industrien der Welt und ihre ak-tuelle Entwicklung wird ganz wesentlich von zwei Faktoren bestimmt: der Globalisierung und der Individualisierung. Die Globalisierung erlaubt es heutzutage, an jedem Ort der Welt Güter von überall auf der Welt zu beziehen. Ein Klick im Internet und das Produkt aus Übersee liegt schon morgen in unserem Briefkasten. Die Individualisierung von Konsumgütern unterschiedlichster Art erleben wir derzeit in der Lebensmittelindustrie eben-so wie in der Modebranche oder der Medizin. Bekannt ist beispielsweise das Start-up „mein müsli.de“. Inzwischen über 5 Billlionen Varianten von Müsli stehen in England, Frank-reich und Deutschland zur Verfügung. Weiter auf Seite 14

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NAMUR und ZVEI setzen auf Lösungsansatz von WAGO

Mit DIMA – Dezentrale Intelligenz für Modulare Anlagen – hatte WAGO zur 77. Hauptsitzung der NAMUR im November 2014 eine richtungsweisende Lösung für die dezentrale, modulare Automatisierung von Prozessanlagen präsentiert. Im Frühjahr 2015 hatte sich die Interessengemeinschaft NAMUR dazu entschieden, den DIMA-Ansatz von WAGO zu übernehmen und weiterzuentwickeln. Nun hat sich die NAMUR, mit Integration des ZVEI, auf ein gemeinsames Vorgehen zur Weiterentwicklung des DIMA-Konzeptes verständigt. Ziel ist es, den von WAGO vorgestellten prototypischen Ansatz in den Bereichen Pro-zedursteuerung/Batch, Visualisierung und Diagnose zu spezifizieren, sodass zum Ende 2015 Produktentwicklungen gestartet werden können. Zur nächsten Hauptsitzung der NAMUR im November 2015 planen NAMUR und ZVEI, ihre Projektergebnisse gemeinsam zu präsentieren.

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Für die Prozessindustrie stellen diese Trends eine enorme Herausforde-rung dar. Denn individuelle Produkte lassen sich mit Blick auf ihre Her-stellung nicht so einfach planen wie Massenprodukte. Kürzere Produktle-benszyklen erschweren die Planung zusätzlich und verkürzen die Zeit bis zur Marktreife. War in der Prozessindustrie früher eine hohe Verfüg-barkeit der Produktionsanlagen gefragt, wird darum heute die Flexibilität der Produktion zum immer entscheidenderen Kriterium. Dieser Gedanke ist nicht neu. Der Wunsch nach einer flexibleren Produktion, die modular aufgebaut ist, ist bereits 2009 laut geworden; im Rahmen des Tutzing-Symposiums haben sich 100 Wissenschaftler darüber Gedanken ge-macht, wie die Zeit zwischen Produktfreigabe und Marktverfügbarkeit

5 %des Weltmarktanteils am Chemieumsatz werden in Deutschland gemacht. 31 % sind es in China, 16 % in den USA.

Das Bedienbild eines Moduls wird durch den Modulherstel-ler angefertigt. Dieser kennt die Bedienbildbibliothek des übergeordneten (SCADA-)Systems zu diesem Zeitpunkt jedoch noch nicht. Das modul-spezifische Bedienbild, das im übergeordneten System der Gesamtanlage erscheint, kann somit erst während des Gesamtanlagenengineerings erzeugt werden. Damit die modulspezifischen Bilder in Bedienbilder mit projekt-einheitlichen Bedienbildele-menten übersetzt werden können und auch bei der Integration von Modulen un-terschiedlicher Hersteller eine einheitliche Darstellung der Bedienelemente gewährleis-tet ist, setzt DIMA auf eine rollenbasierte und darstel-lungsunabhängige Beschreibung der einzelnen Bedienelemente. Die Layout- und die Rolleninformation sind dabei durch einen Algo-rithmus zugänglich, der die projektabhängigen Bedienbildelemente in der gewünschter Darstellung und Lage auf das Bedienbild setzt und mit den Kommunikationsvariablen der Module verknüpft. Um das Bedienbildelement mit den Variablen des Softwarecodes der

um die Hälfte verkürzt werden kann. Ergebnis dieser Arbeit war: Anla-gen müssen modular aufgebaut werden, weil das Herstellern die Flexi-bilität gibt, schneller zu agieren und reagieren. Diese Gedanken, die in der Verfahrenstechnik ihre Ursprünge hatten, haben sich in der Automati-sierungstechnik fortgesetzt und mündeten 2013 in der NAMUR-Empfeh-lung NE 148. Sie beschreibt in Gänze die Anforderungen, die für die Automatisierung modularer verfahrenstechnischer Anlagen existieren. Die NE 148 war darum die Grundlage, auf die Hersteller von Auto-matisierungslösungen reagieren müssen. WAGO hat das mit der Me-thodik DIMA – Dezentrale Intelligenz für Modulare Anlagen getan. Weiter auf Seite 19

Modulsteuerung datentechnisch verknüpfen zu können, muss ein In-formationsraum abgestimmt sein. Dazu arbeitet der NAMUR-Arbeits-kreis 2.9.1 aktuell an einer Bibliothek. Ziel ist, die darzustellende Information durch eine harmonisierte eindeutige Merkmalskennung zu beschreiben, um so in allen beteiligten Automatisierungssystemen die gleichen Bedienbildinformationen darzustellen.

HMI der Anlage

DIMA — HMI ENGINEERING

Einheitliche Bedienbilder trotz unterschiedlicher Module — die HMI-Integration mit DIMA

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Verfahrenstechnische Produktionsanlagen sind, oder waren zumin-dest bisher, meistens Anlagen „aus einem Guss“. Entworfen von Planern nach dem Top-down-Vorgehen, optimiert unter den Ge-sichtspunkten optimaler Ausbeute, geringen Rohstoffeinsatzes und minimalen Energieverlusts. In Kauf genommen wurde dabei eine vergleichsweise lange Planungszeit und eine komplizierte Konstruk-tion der Anlage mit verschlungenen Stoffflüssen. Wie anders sehen hingegen Produktionsanlagen der Fertigungstechnik aus: einzelne Maschinen, durchaus von verschiedenen Herstellern, sind vergleichs-weise lose über Fördertechnik gekoppelt. Mit diesem Konzept ist die Fertigungsindustrie in der Lage, zahlreiche Produktvarianten auf der-selben Produktionslinie herzustellen, einzelne Maschinen bei Bedarf zu tauschen oder zu ergänzen oder deren Kapazität zu erhöhen, ohne dadurch die restliche Anlage zu tangieren. Damit kann auf zunehmend volatile Absatzmärkte reagiert werden. Vor diese Her-ausforderung sieht sich auch die Prozessindustrie bei der Herstellung von Endprodukten, insbesondere für den privaten Endverbraucher, gestellt. Innovative Anlagenkonzepte, bestehend aus Modulen für verfah-renstechnische Grundfunktionen, die auftragsbezogen gekoppelt werden können, sind eine mögliche Antwort auf diese Herausfor-derung. Die verfahrenstechnische Machbarkeit modularer Anlagen wurde beispielsweise im F3-Projekt bereits unter Beweis gestellt. Dabei zeigte sich, dass das Engineering der Prozessleittechnik den „Flaschenhals“ bei Aufbau und Umrüstung darstellt: mechanisch und elektrisch waren die Module verbunden und einsatzbereit, aber das Engineering der übergeordneten Steuerung und Regelung verzöger-te die Inbetriebnahme. Da das effiziente Engineering von Automa-tisierungssystemen den Schwerpunkt der Forschung am Institut für Automatisierungstechnik der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg bildet, war ich als dessen Leiter sehr daran interessiert, gemeinsam mit WAGO eine Lösung zu erforschen und zu entwickeln, mit der sich der Aufwand der Integration von verfahrenstechnischen Modu-len in eine Anlage und deren Prozessleitsystem deutlich reduzieren lässt. Das gemeinsam mit der TU Dresden entwickelte DIMA-Kon-zept ist inspiriert von der Integration intelligenter Feldgeräte über ein neutrales Beschreibungsmittel und erfüllt alle Anforderungen der

Prof. Dr.-Ing. Alexander Fay

In den letzten sechs Jahren haben die deutschen Chemie-unternehmen ihre jährlichen Aufwendungen für Forschung

und Entwicklung um

2,5 Mrd. auf 10,5 Milliarden

Euro pro Jahr gesteigert.

„Wir erhoffen uns eine weite Verbreitung modularer Anlagen“ NAMUR-Empfehlung 148 für Module mit eigener Steuerung. Wir er-hoffen uns von der weiteren gemeinsamen Forschung die Etablierung eines herstellerneutralen Standards zur effizienten und einfachen In-tegration von Modulen in verfahrenstechnische Anlagen und damit zu einer weiten Verbreitung wettbewerbsfähiger modularer Anlagen in der Prozessindustrie.

Prof. Dr.-Ing. Alexander Fay, Leiter des Institus für Automatisierungstechnik der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg, über DIMA

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Nach Ansicht von Branchenexperten werden chemische Massenprodukte in Zukunft an Be-deutung verlieren. Bis 2020 wird ihr Anteil um

4 %zurückgehen.

DIMA in der FachpresseKaum der Öffentlichkeit präsentiert hat das DIMA-Konzept noch während der NAMUR-Hauptsitzung den Weg in die Fachmedien gefunden. Erste Fachjournalisten haben direkt von der NAMUR über DIMA berichtet.

17direct process

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Die Volatilität vieler Märkte und Produkte der Prozessindustrie ist in den letzten Jahrzehnten spürbar gewachsen und erfordert neue Anlagenkonzepte, die eine deutlich höhere Flexibilität aufweisen, ohne Abstriche bei Produktivität und Sicherheit. Wir müssen deutlich schneller auf veränderte Anforderungen an die Menge, den Ort, die Qualität und die Funktion der Produkte reagieren können. Wir an der Professur für Prozessleittechnik der TU Dresden beschäftigen uns mit den Potentialen, die eine durchgängige Digitalisierung für die Wertschöpfungsprozesse der Prozessindustrie bedeutet. Mit dem Ziel einer förderlichen Gestaltung von Arbeitsprozessen untersuchen und entwickeln wir Beschreibungsmittel, Methoden und Werkzeu-

Prof. Dr.-Ing. habil. Leon Urbas

* VDI/VDE Gesellschaft für Mess- und Automatisierungstechnik*Bei TuLAUT (Theorie und Lehre der Automatisierungstechnik) handelt es sich um eine Initiative von Universitätspro-fessoren in Deutschland, die auf dem Gebiet der Automatisierungstechnik forschen und lehren.

Prof. Dr.-Ing. Leon Urbas, Inhaber der Professur für Prozessleittechnik der TU Dresden, über DIMA

ge für die digitale Anlage (als ein Netzwerk von zweckdienlichen Modellen der realen Anlage) als Basis für zukünftige Prozessfüh-rungssysteme. Ein konkretes Beispiel, das ohne Digitalisierung nicht wirtschaftlich denkbar wäre, ist der modulare Anlagenbau: Mit den Fortschritten in der Informations- und Kommunikationstechnologie können wir uns heute äußerst flexible modulare Anlagenkonzepte und hochverteilte Prozessführungskonzepte vorstellen, die noch vor wenigen Jahren als nicht realisierbar angesehen wurden. Dafür brauchen wir drei elementare Bausteine: Erstens hochautomatisierte, prozessintensivierte Module, zweitens eine von digitalen Planungs- und Prozessführungssystemen verstehbare Beschreibung dieser Mo-dule und drittens schließlich stofflich/energetische und informatische Integrationsarchitekturen für die Orchestrierung und den Betrieb mo-dularer Anlagen.DIMA ist ein wertvoller erster Schritt in diese Richtung. DIMA zeigt konzeptionell auf, wie und auf welcher Informationsbasis sich Engi-neeringprozesse ändern müssen, damit der Geschwindigkeitsvorteil von Modularisierung auch gehoben werden kann. Der DIMA-De-monstrator belegt, dass bereits heute grundlegende Methoden und Werkzeuge für eine Realisierung der Anforderungen der NAMUR-Empfehlung 148 zur Verfügung stehen. Schließlich zeigt DIMA aber auch sehr deutlich auf, was im Schulterschluss von Verfahrenstech-nik und Automation sowie von Anwendern und Herstellern noch an Standardisierungsarbeit zu leisten ist.An der Kooperation im Rahmen des DIMA-Projekts hat mich gereizt, dass WAGO ein familiengeführtes, hoch innovatives Unternehmen ist, das sich durch eine klare Digitalisierungsstrategie auszeichnet. Gleichzeitig ist Prof. Alexander Fay von der Helmut-Schmidt-Univer-sität Hamburg ein international ausgewiesener Experte für Beschrei-bungsmittel und formale Methoden in der Automatisierungstechnik, mit dem wir in GMA* und TuLAuT* bereits in der Vergangenheit sehr gut zusammengearbeitet haben. Die gemeinsame Arbeit in dem Kooperationsprojekt hat sich in vielerlei Hinsicht als äußerst frucht-bar erwiesen: Technisch liegt mit DIMA nun zum ersten Mal ein in-dustrieller Machbarkeitsnachweis vor. Aus wissenschaftlicher Sicht ist die für uns reichste Ernte wohl die Vielzahl spannender, neuer Fragen, die das Projekt im Hinblick auf die Potentiale der Digitalisie-rung in der Prozessindustrie aufgeworfen hat.

444.500 Menschen haben 2014 in Deutschland in der chemisch-pharmazeutischen Industrie gearbeitet.

„DIMA ist ein wertvoller erster Schritt“

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■ DIMA – Dezentrale Intelligenz für Modulare AnlagenZur NAMUR-Hauptsitzung im vergangenen November hat WAGO DIMA erstmalig präsentiert. Sechs Anforderungen waren bei der Ent-wicklung der Methodik die wesentlichen Grundpfeiler:1. Das intelligente ModulUm die Vorteile der modularen Automation vollständig nutzen zu kön-nen, müssen Module eingesetzt werden, die eine eigene Integrität und eine eigene Automation besitzen. Zum einen, damit sie sich selbst vor Bedienverweisen schützen können. Zum zweiten, damit sie schnell in Betrieb genommen werden können und zum dritten damit sie so unab-hängig sind wie eben möglich. 2. SchnittstelleUm keine Abhängigkeiten von Anbietern oder Herstellern zu schaffen, ist die DIMA-Methodik herstellerunabhängig und nutzt bestehende Stan-dards. 3. Know-how-SchutzIn einer modularen Anlagen liefert der Modulhersteller das Modul, das in die übergeordnete Intelligenz des Anlagenbetreibers integriert werden muss. Damit der Modulhersteller das Know-how seines Moduls schützen kann und der Anlagenbetreiber sein Wissen um sein Steue-

rungsrezept oder seine Prozedursteuerung, gibt es zwischen beiden Ebenen eine neutrale Schnittstelle. 4. ProzedursteuerungVorbild für die modulare, dezentrale Automatisierung von verfahrens-technischen Anlagen mittels DIMA ist die IT-Welt, in der Komponenten relativ einfach in ein bestehendes System integriert werden können. Ein Drucker kann beispielsweise angeschlossen und genutzt werden, ohne dass sein Bediensystem programmiert werden muss. Ebenso einfach las-sen sich Anlagenmodule mittels DIMA in die Anlagenarchitektur integrie-ren und in Betrieb nehmen.5. VisualisierungWird eine Anlage aus dezentralen Modulen unterschiedlicher Herstel-ler aufgebaut, dann bringen die Module eine jeweils eigene Visuali-sierung mit. Der Anlagenbetreiber möchte allerdings keine kunterbunte Darstellung in der Leitebene, sondern ein einheitliches Look-and-feel der Module. DIMA löst das mittels einer Datenbank, auf die während des Anlagenengineerings referenziert wird.6. SicherheitBei aller Herstellerunabhängigkeit und Offenheit ist die DIMA-Methodik maximal sicher gegenüber Zugriffen von extern.Weiter auf Seite 20

80 %der sehr diversifizierten Chemie-Branche in Deutschland sind mittelständische Unternehmen.

Prof. Dr.-Ing. Leon Urbas, Inhaber der Professur für Prozessleittechnik der TU Dresden, über DIMA

Das Module-Type-Package ist eine neue Definition für die Beschrei-bung von verfahrenstechnischen Anlagenmodulen. In diesem Mo-dulbeschreibungsmodell wird die Information abgelegt, die zur an-wenderunabhängigen Integration in das SCADA- und Batch-System einer Anlage notwendig ist. Es umfasst bei Nutzung der OPC-Tech-nologie folgende Informationen:• Generische und zielsystemunabhängige Beschreibung des Mo-

dulbedienbildes• Bedienbildelemente mit vereinheitlichter Schnittstelle und Be-

schreibung des darzustellenden Informationsumfangs• OPC-Tag-Bezeichnungen der Bedienbildelemente und veröffent-

lichten Dienste mit vereinheitlichter Schnittstelle gemäß des Zu-standsmodells der DIN EN 61512

• OPC-Server-Bezeichnungen und OPC-Tag-Bezeichnungen der Dienstparameter

Im jetzigen Ausbau ist das MTP als Zipformat realisiert. An der MTP-Wurzel ist eine Manifestdatei angelegt. Diese XML-Datei enthält die für das MTP relevanten Metadaten. Diese geben Auskunft über die Version der zugrundegelegten MTP-Spezifikation sowie über die ein-deutige Seriennummer des MTP und beschreiben die funktionalen Aspekte des MTP. Die Information, die in der Manifestdatei zu den Aspekten abgelegt ist, beinhaltet Typ, Pfad zur entsprechenden Da-tei, Version und ein Flag, das anzeigt, ob der enthaltene Aspekt aktiv ist. Weiterhin enthält das Manifest vordefinierte Einträge für häufig genutzte Dateiarten, beispielsweise Bilder, Zertifikate, Hilfedateien und Handbücher. Eine weitere wichtige Informationsklasse sind An-gaben zur Kommunikation mit der dezentralen Recheneinheit des Moduls (SPS oder Embedded Controller).

„DIMA ist ein wertvoller erster Schritt“

Herzstück von DIMA – das Module-Type-Package

20

2

60 %der Entwicklungszeit einer verfah-

renstechnischen Anlage können durch einen modularen Anlagen-

bau eingespart werden.

… MIT DEZENTRALER INTELLIGENZ

MODULHERSTELLERANLAGENHERSTELLER


MODULARE VERFAHRENSTECHNISCHE ANLAGE — AUFGABENTEILUNGMODULARE VERFAHRENSTECHNISCHE ANLAGE

DIENSTEORIENTIERTE ARCHITEKTUR

DIENSTNUTZER

DIENSTANBIETER

■ Technische Umsetzung von DIMA – Auswirkungen auf die AnlagenstrukturKlassische verfahrenstechnische Anlagen werden von einem Prozess-leitsystem gesteuert, das Prozedursteuerung, HMI und Engineering umfasst. Diese Architektur ist bekannt und wird auch in Zukunft ihre Be-rechtigung haben, beispielsweise in der Petrochemie. Im Gegensatz zu klassischen verfahrenstechnischen Anlagen bestehen teilmodularisierte verfahrenstechnische Anlagen häufig aus einer Restanlage und zusätz-lichen, einzelnen Modulen. Remote-I/O-Systeme ersetzen in diesem Fall dicke Kabelstränge durch dünne Feldbusleitungen. Während die ver-fahrenstechnische Architektur der Anlage bereits modularisiert ist, sind Kommunikations- und Automatisierungsarchitektur dieses Anlagenkon-zepts noch zentral gelöst, sodass weiter von einer zentralen Intelligenz gesprochen werden muss. Beispiele für teilmodularisierte Anlagenarchi-tekturen finden wir bei Zentrifugen, Rührwerken, Abfüllanlagen, Tempe-rierern oder Fermentern. Modulfunktionalität und Komplexität sind auf Basis dieser Struktur nicht gekapselt. Das bedeutet, dass sich der Anla-genprojektierer mit jedem einzelnen Ventil auseinandersetzen muss und

durch diese Teilmodularisierung keine Erleichterung beim Engineering erfährt – allenfalls eine räumliche Optimierung (Abbildung 1).Von einem echten Modul oder einer Package-Unit, die ein eigenes Le-ben hat, kann dann gesprochen werden, wenn in das Anlagenmodul ein Steuermodul eingesetzt wird, das als dezentrale Intelligenz mit der Prozedursteuerung und dem HMI-System der Anlage kommuniziert. Hier liegt in der Regel bereits eine diensteorientierte Architektur vor: Im Modul werden Dienste hinterlegt, die von der Anlage aufgerufen werden. In diesem Fall ist die Herausforderung für den Anlagenprojektierer, gegen die proprietären Modulspezifikationen programmieren zu müssen. Das kann aufwendig und fehleranfällig sein (Abbildung 2).Bei vollständig modularisierten Anlagenarchitekturen verfügt das An-lagenmodul hingegen über eine eigene Steuerung, Bedienung und ein eigenes Engineering, sodass sich die Aufgabe des Engineerings auf Anlagenhersteller und Modulhersteller verteilt und voneinander getrennt erfolgt. Das heißt, das Engineering erfolgt im Allgemeinen innerhalb un-terschiedlicher Entwicklungsumgebungen, zu unterschiedlichen Zeiten und an unterschiedlichen Orten (Abbildung 3).

21direct process

1

3 4

Beispiele:• Zentrifuge• Rührwerk• Abfüllanlage• Fermenter• Temperierer

… MIT ZENTRALER INTELLIGENZ

DAS MODUL WURDE AUSGEWÄHLT!




MODULARE VERFAHRENSTECHNISCHE ANLAGE — AUFGABENTEILUNG DAS INTEGRATIONSENGINEERING

MODULARE VERFAHRENSTECHNISCHE ANLAGE

Woher weiß der Anlagenprojektierer:• Welche Aufgaben das Modul übernehmen kann?• Wie er die Aufgaben aus seinem Batch System aufrufen kann?• Wie er das HMI integrieren kann?

Getrenntes Engineering:• Unterschiedliche Entwicklungsum- gebungen• Projektierer kennen sich nicht • Unterschiedliche Orte• Unterschiedliches Herstellungs- datum

Das hat zur Konsequenz, dass die Inte-gration des Moduls in die Anlage nicht mit Unterstützung des Modulherstellers erfolgen kann, sondern ohne Support möglich sein muss. In der Vergangenheit hat der Anlagenprojektierer eine extrem umfangreiche Modulspezifikation benö-tigt, um die Integration des Moduls in die Anlagen bewerkstelligen zu können. Häufig musste gegen die Spezifikation des Moduls programmiert werden, wenn die Kommunikation zum Modul fehlersi-cher aufgebaut, die Dienste des Moduls in das Anlagenengineering integriert und das Modul-HMI eingebettet wurden, da-mit der Betreiber aus der Anlage heraus sehen konnte, was im Modul passiert (Abbildung 4). Weiter auf Seite 22

€

22

193 Mrd. Euro hat die chemisch-pharmazeutische Industrie in

Deutschland 2013 erwirtschaftet. Ein höheres Marktvolu-men haben in Deutschland lediglich die Automobilindustrie

und der Maschinenbau.

DIMA — DAS ENGINEERING OHNE MTP-INTERFACE AM ANLAGENGINEERING

5

DIMA — DAS GRUNDPRINZIP

Module-Typ-Package enthält:• Kommunikationsparameter• Dienste • Diagnose• HMI • Historie• Statusinfos • Archivierung

■ Modulintegration ohne ProgrammieraufwandDiese Komplexität, Aufwendungen und vor allem die Fehleranfälligkeit im Rahmen des Engineerings deutlich zu reduzieren, ist die Idee, der die WAGO-Methodik DIMA folgt: DIMA kapselt die Komplexität und Funk-tionalität des Moduls und erspart dem Anlagenhersteller, sich mit diesen Themen auseinandersetzen zu müssen. Dazu wird das Modul durch ein Module-Type-Package (MTP) beschrieben – eine elektronische Beschrei-bung seiner sämtlichen Eigenschaften. In diesem MTP liegen bestimmte Informationen vor: Kommunikationsparameter, damit das Modul einfach angebunden werden kann, die Dienste, also die Beschreibung dessen, was das Modul verfahrenstechnisch leisten kann, die Informationen zum Bedienen und Beobachten, das heißt grafische Informationen und darü-ber hinaus: Statusinformationen, Diagnoseinformationen, Historieninfor-mationen und Archivierungsinformationen. Alles, was benötigt wird, um das Modul zu beschreiben, ist im MTP hinterlegt. Zum Engineering der Anlage wird dann lediglich das MTP in das Engineeringsystem geladen. Dort werden die Dienste ausgewählt, die das Modul zur Verfügung stellt, und die in die Schrittketten des Produktionsprozesses eingebaut werden sollen. Anschließend erfolgt die verfahrenstechnische Anbindung des Moduls, sodass Prozedursteuerung, HMI und Modul miteinander kom-munizieren können (Abbildung 5). Mit dem MTP befindet sich die Beschreibung aller Moduleigenschaf-ten in einem definierten und offenen Format. Die Festlegung der Mo-duleigenschaften und der Dienste liegt in der Verantwortung des Mo-dulherstellers. Dabei ist es nicht erforderlich, Modulherstellern einen

standardisierten Dienstekatalog vorzugeben, weil das Modul dem Pro-zessleitsystem seine spezifischen Dienste anbietet. So unterschiedlich die Module und die Anforderungen an die Module sind, so sehr dürfen die Module unterschiedlicher Hersteller über unterschiedliche Dienste verfügen.

■ Engineering ohne MTP-InterfaceAuch wenn das bestehende Engineeringsystem über kein Interface für das MTP verfügt, kann ein MTP in das Engineeringsystem geladen wer-den. Das MTP wird dazu in das WAGO-Engineeringsystem e!COCKPIT geladen und das bildet auf die unterschiedlichen Engineeringsysteme ab, die es geben kann – SCADA-System, HMI-System, eine Prozedur-steuerung, ein MES-System oder ein Batch-System. Alles, was benötigt wird, um das MTP einlesen zu können, ist entsprechend eine offene Schnittstelle, an die angebunden werden kann. Das Engineeringsystem e!COCKPIT dient dann lediglich als Übersetzungstool, das ebenso von jedermann nachgebaut werden könnte, weil die Beschreibung des MTP offengelegt ist (Abbildung 6).

■ Eigenschaften, die sich aus DIMA ergeben Im Rahmen von DIMA sind Module und Dienste Oberbegriffe. Dienste können Prozeduren, Operationen oder Funktionen sein. Ob ein Dienst ein komplexes Zwischenprodukt in einem komplexen Modul erstellt oder ob ein Dienst zwei Ventile und eine Pumpe schaltet, liegt in der Verantwortung des Modulherstellers. Die Methodik macht keine Vorga-

direct process 23

■ FazitDIMA ist eine Methodik, mit der die Wettbewerbsfähigkeit in der Pro-zessindustrie verbessert werden kann. Die Methodik erfüllt alle Anfor-derungen der modularen Automation auch jene, die in der NE 148 der NAMUR gefordert sind. Zusammen mit der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg und der Technischen Universität Dresden hat WAGO die Methodik prototypisch umgesetzt und damit den Beweis angetreten, dass DIMA praktikabel ist. Und das, ohne einen weiteren proprietären Ansatz. DIMA nutzt bestehende Kommunikationsprotokolle, damit ist es nicht mehr zwingend erforderlich Normungs- oder Standardisierungs-arbeit zu leisten. Es ist ausreichend, wenn sich die Hersteller der Auto-matisierungstechnik in einer sehr begrenzten Weise öffnen, ohne dabei eigenes Kern-Know-how zu verlieren.

Text: Dr. Thomas Albers und Ulrich Hempen, WAGOFoto: WAGO

76... MIT ZENTRALER INTELLIGENZ

DIMA — DAS ENGINEERING OHNE MTP-INTERFACE AM ANLAGENGINEERING DIMA — FLEXIBILITÄT DES INTEGRATIONSLEVELS

Module können sein:• Teilanlagen• Apparate• Ausrüstungsgruppen

Dienste können sein:• Prozeduren• Operationen• Funktionen

DIENSTNUTZER

DIENSTANBIETER

... MIT ZENTRALER INTELLIGENZ

ben über den Level der Integration oder über den sogenannten Modul-schnitt, sondern unterstützt die Anlagenarchitekturen gemäß IEC 61512 (Abbildung 7). Jedes Modul, das es in eine Anlage zu integrieren gilt, bringt eine an-dere Darstellung seiner Dienste oder Parameter mit. Lädt man diese un-terschiedlichen Darstellungen in das übergeordnete Leitsystem, resultiert daraus eine sehr uneinheitliche Darstellung. Das sieht unordentlich aus und wirkt sich kritisch auf die Bediensicherheit der Anlage aus, weil glei-che inhaltliche Informationen mit unterschiedlichen grafischen Informa-tionen verbunden werden. Explizit in kritischen Situationen ist dadurch keine intuitive Bedienung mehr gegeben. Im Rahmen von DIMA erhalten die MTP keinerlei grafische Daten, sondern lediglich die Information, dass etwas dargestellt werden muss – beispielsweise eine Temperatur. Diese Information wird in das Anlagenengineering geladen. Das Anla-genengineering wiederum verfügt über eine eigene Datenbank in der hinterlegt ist, wie Temperaturen dargestellt werden. Durch das Referen-zieren auf Anlagendaten werden verschiedene Module einheitlich dar-gestellt und dadurch ein einheitliches Look-and-feel erzeugt. Durch die Wahl der gewünschten Diensteebene können alle Ansätze von Whitebox bis Blackbox realisiert werden: Beispielsweise könnte die Bedienung als Blackbox umgesetzt sein – also lediglich einen Start- und Stoppknopf – während die Visualisierung als Whitebox realisiert ist, so-dass alle Daten und Parameter eingesehen werden können.

2424

Automatisierung modularer SystemeProzessautomation und Energietechnik schaffen Lösungen für modulare Anlagen

Im virtuellen Kraftwerk werden dezentrale Stromerzeuger und -verbraucher intelligent mit-einander verknüpft. Die Smart-Grid-Landschaft zeigt die möglichen Teilnehmer eines virtu-ellen Kraftwerks: Erzeuger regenerativer Energie (Wind-, Solar- und Wasserkraftanlagen) sowie konventionelle Energieerzeuger, Umspannwerke und Wohnhäuser sowie Industrie-gebäude als klassische Verbraucher

25direct process

■ In der Energietechnik ist der Umbau von zentral gesteuerten Strom-netzen auf dezentrale, intelligente Netze – sogenannte Smart-Grids – angekommen. Bereits seit zwei Jahren nehmen virtuelle Kraftwerke sicher am Regelenergiemarkt teil. In der Prozessindustrie indes führt der Wunsch der Anlagenbetreiber, ihre Anlagen modular aufzubauen, immer wieder zu hitzigen Diskussion – explizit darüber, wie die Auto-matisierung einer modularen Anlagenarchitektur aussehen kann. In der Energietechnik hat man dafür bereits Lösungen gefunden – warum also nicht adaptieren, was dort funktioniert?

Im Zuge der Energiewende vollzieht sich derzeit nicht weniger als der Umbau des gesamten Energiesystems in Deutschland. Weil re-generative Quellen wie Sonne und Wind zunehmend konventionelle Energiequellen ersetzen sollen, ist die Integration inhomogener, kleiner Energielieferanten in das bestehende Stromnetz notwendig. Das stellt vor allem mit Blick auf eine stabile und sichere Energieversorgung eine echte Herausforderung dar: Denn anstelle einer zentralen Versorgung auf Basis großer Kraftwerke muss ein Netzwerk mit einer Vielzahl de-zentraler Anlagen gesteuert werden. Das Stromnetz muss also über die Intelligenz verfügen, Energieerzeuger so zu vernetzen und zu steu-ern, dass Stromproduktion und -verbrauch optimal aufeinander abge-stimmt sind. Weil mit der Anzahl der Erzeuger, die innerhalb eines Netzwerks gesteuert werden müssen, jedoch die Systemkomplexität gestiegen ist, sind zentrale Steuerungen hier schnell an ihre Grenzen gekommen – ein Manko, das den Anwendern verfahrenstechnischer Anlagen bestens bekannt und ein echter Dorn im Auge ist.

■ Bekannte HerausforderungIn der Prozessindustrie erfolgen von der Aufbereitung eines Rohstoffs bis hin zur Verpackung des Endprodukts diverse Produktionsschritte ‒ und viele Produktionsschritte sind heute bereits in einzelnen Anla-genmodulen gekapselt. Prozessanlagen bestehen dadurch, ebenso wie Stromnetze, aus einer Vielzahl dezentraler Einheiten. Für den An-lagenbetreiber hat eine solch modulare Architektur den Vorteil, eine Anlage aus hochspezialisierten Einheiten aufzubauen und sie später durch den Austausch oder die Erweiterung mit Modulen um- oder nachrüsten zu können. Auch hier geht es also darum, Einheiten eines Verbundes flexibel zu- oder abzuschalten oder vollständig auszutau-schen. Anlagenbetreiber hätten so die Möglichkeit, schnell auf sich ändernde Marktbedürfnisse reagieren zu können. Jedoch werden die Module verfahrenstechnischer Anlagen heute mittels einer zentralen Intelligenz automatisiert – dem überlagerten Prozessleitsystem. In letzteres muss die Integration der Anlagenmodule aufwendig manuell erfolgen; das kostet Zeit und führt den grundsätzlichen Vorteil modu-larer Anlagen ad absurdum, weil die Module selbst ohne Intelligenz bleiben und damit nicht autark arbeiten. Für Netze, in die eine Vielzahl von Modulen integriert ist, die flexibel eingesetzt und genutzt werden sollen, sind zentrale Steuerungen darum eine unzureichende Lösung. Notwendige Voraussetzung ist vielmehr eine intelligente Automatisie-rungsarchitektur, die auf einer neutralen Kommunikationsebene indivi-duelle Module umfassen kann — in der Prozessindustrie ebenso wie innerhalb von Stromnetzen.

Automatisierung modularer Systeme

2626

• Prozessanlagen bestehen wie moderne Stromnetze aus einer Vielzahl dezentraler Einheiten.

• Für Netze, in denen viele Module integriert sind, sind zentrale Steuerungen eine unzureichende Lösung.

• DIMA stattet Anlagenmodule mit eigener Intelligenz aus und erleichtert deren Einbindung.

formationen zur prozessleittechnischen Einbindung, zu den Funktio-nen des Bedienens und Beobachtens und zu Batch-Funktionen. Der Modullieferant projektiert sein Modul, der Anlagenbetreiber nutzt das jeweilige MTP im Integrationsengineering und projektiert seine Gesamtanlage. Die Kommunikation zwischen Leitebene und Modul erfolgt diensteorientiert (SOA, Service Oriented Architecture). Die mit eigener Intelligenz ausgestatteten Module können dann – wie beim LEGO®-Prinzip – einfach in die Anlage integriert und später flexibel ausgetauscht werden, ebenso wie die BKHW je nach Bedarf im Stromnetz zu- oder abgeschaltet werden.

■ Standards oder Offenheit machen es möglichBei der Automatisierung der virtuellen Kraftwerke hat der Steue-rungsstandard VHP-Ready (Virtual Heat and Power Ready) eine Schlüsselrolle gespielt. Denn die Überwachung und Steuerung dezentraler, heterogener Energiesysteme erfordert Kommunikati-onsstandards und – abhängig von den Aufgaben der dezentralen Systeme – domain-spezifische Festlegungen, wie Vorgaben zum Betriebsverhalten und zu Reaktionszeiten. Da hierbei das kommu-nikations- und energietechnische Zusammenspiel von Komponenten unterschiedlichster Hersteller erforderlich ist, wird auf Initiative des Fraunhofer-Instituts FOKUS seit Ende 2013 eine offene Industriealli-anz zum Thema virtuelle Kraftwerke aufgebaut. Mit der Gründung des Industrieforums VHPready e.V. haben im Februar 2014 fünfzehn namhafte Unternehmen den Grundstein zur branchen- und hersteller-übergreifenden Entwicklung von virtuellen Kraftwerken gelegt. Im Industrieforum VHPready e.V. arbeiten inzwischen 23 Mitgliedsun-ternehmen (Stand Oktober 2014) gemeinsam an Spezifikationen zur kommunikationstechnischen Vernetzung und energietechnischen Steuerung dezentraler Energieanlagen sowie an den zugehörigen Prüf- und Testverfahren zur Zertifizierung und Unterstützung der Präqualifikation.Um in der Prozessindustrie zu erreichen, was in der Energietechnik bereits gesetzt ist – nämlich modulare Architekturen mit dezentraler Intelligenz – wäre nun eine ähnliche Allianz gefragt. Zwar benötigt DIMA keine neuen Standards, um jedoch an bestehende, teils pro-prietäre Lösungen andocken zu können, müssten die Schnittstellen bestehender Leit- und SCADA-Systeme offengelegt und dokumentiert werden. Nur so kann DIMA die Beschreibungen der Module (MTP) zur Verwendung in den bestehenden Leit- und SCADA-Systemen übersetzen. Die Firma WAGO hat der Branche ihre Methodik da-rum zur weiteren Diskussion und gemeinsamen Entwicklung zur Ver-fügung gestellt.

Text: Hanno Balzer, Vattenfall Europe Warme,und Ulrich Hempen, WAGO

Foto: WAGO

■ Dezentrale Automatisierung steigert Flexibilität/Anlagen-verfügbarkeitEin Lösungsansatz, den die Automation in der Energietechnik und auch die Verfahrenstechnik in der Prozessindustrie dazu bereits ge-funden hat: die klassische zentrale Automation in zwei Ebenen zu zerlegen. Die Steuerung auf übergeordneter Ebene reduziert sich auf die Koordination der Teilsysteme und übergeordnete Funktio-nalitäten wie Bedienen und Beobachten des gesamten Prozesses. Die untergeordneten, dezentralen Teilsysteme verfügen über aus-reichend automatisierungstechnische Intelligenz, um sich weitestge-hend autark zu steuern.Diesen dezentralen Ansatz hat die Vattenfall Europe Wärme AG in der Entwicklung ihrer virtuellen Kraftwerke aufgegriffen. Das im Ok-tober 2010 gestartete virtuelle Kraftwerk von Vattenfall verknüpft dezentrale Energieanlagen intelligent miteinander und gleicht durch flexible Stromerzeuger und -verbraucher das schwankende Angebot an Wind- und Solarstrom im Netz aus. Gibt es ein Überangebot an Windstrom, steuert das virtuelle Kraftwerk Stromverbraucher an. Bei Flaute erzeugen flexibel zuschaltbare dezentrale Blockheizkraft-werke (BHKW) den für die Netzstabilität notwendigen Strom. Um mit dezentralen BHKW über das virtuelle Kraftwerk effizient den Regelenergiemarkt zu erschließen, müssen zahlreiche technische Herausforderungen gemeistert werden: Die Anlagen müssen mit der zentralen Vattenfall-Wärmeleitwarte Betriebszustände abgleichen und Leistungsabgaben steuern. Informationen über Regelleistungs-anforderungen müssen in Echtzeit vom Übertragungsnetzbetreiber zur Verfügung gestellt werden. Das Regelsignal des Übertragungs-netzbetreibers wird über die Wärmeleitwarte auf die einzelnen An-lagen verteilt und seine Umsetzung in Echtzeit überwacht. Um diese Anforderungen zu erfüllen, investierte Vattenfall insgesamt knapp vier Millionen Euro in die Entwicklung einer passenden Steuerungs-technologie. Sein Erfolg gab dem Unternehmen recht: Seit Novem-ber 2012 kann Vattenfall mit seinen virtuellen Kraftwerken sicher am Regelenergiemarkt teilnehmen.

■ Quantensprung in der ProzessindustrieEinen ähnlichen Quantensprung könnte nun auch die Prozessindus-trie erleben – und das in der Adaption der Lösung, die in der Ener-gietechnik bereits erfolgreich eingesetzt wird: „Eigene Intelligenz für das dezentrale Modul“ heißt auch hier die Zauberformel. Von der Firma WAGO ist sie in eine Lösung mit dem Namen DIMA (Dezen-trale Intelligenz für Modulare Anlagen) gegossen worden. Entgegen herkömmlicher und in sich geschlossener Anlagenarchitekturen, die über klassische Prozessleitsysteme verfügen, setzt DIMA ebenso wie die virtuellen Kraftwerke darauf, die Module mit eigener Intelligenz auszustatten. Dazu wird die Architektur verfahrenstechnischer Anla-gen ebenso wie das Stromnetzwerk in zwei Bereiche aufgeteilt: Die Leitebene, die lediglich die Funktion der gesamten Prozessüberwa-chung sowie Prozedursteuerung übernimmt, und einzelne prozess-technische Module, die eine I/O-Ebene und ihren Teil der Automa-tion umfassen. Übergreifende Anlagenfunktionen – beispielsweise eine Rezeptverwaltung – werden durch die übergeordnete Automa-tisierungsebene ausgeführt, während die Automation innerhalb der Module sämtliche Basisfunktionen selbst übernimmt.Auf Basis von DIMA erfolgt die Beschreibung der Module über sogenannte „Module Type Packages (MTP)“. Das MTP enthält In-

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Starke Technik für sauberes WasserAutomatisierungstechnisches Rückgrat: Das WAGO-I/O-SYSTEM 750 übernimmt die Steuerungsfunktionen des kompakten Wasserfiltrierungs-systems Water-POD.

■ Milwaukee wird auch als das Silicon-Valley der Wassertechnolo-gie bezeichnet. Dieses hohe Ansehen fußt auf dem dort einzigartigen Zusammenwirken von Wirtschaftsunternehmen, Bildungseinrichtungen und Regierungsbehörden im sogenannten „Global Water Center“. Das in diesem Wassertechnologiezentrum ansässige Unternehmen Stonehouse Water Technologies hat sich auf die lösungsorientierte Ent-wicklung von Systemen zur Beschaffung, Speicherung, Aufbereitung und Verteilung von Wasser für eine Vielzahl von Anwendungen sowohl im Inland als auch in Entwicklungsländern spezialisiert.

Zur Sicherstellung des derzeitigen und zukünftigen globalen Trinkwas-serzugangs hat Stonehouse Water Technologies ein kosteneffektives, modulares und kompaktes Wasserfiltrierungssystem entwickelt. Das Vor-zeigeprodukt von Stonehouse, das Water-POD, kann an einem Tag aus verschiedensten Süßwasserquellen mehr als 11.350 Liter (3.000 Gal-

lonen) sauberes Trinkwasser produzieren. Ein Water-POD kann somit bis zu 1.000 Menschen mit Wasser versorgen – und da diese Lösung skalierbar ist, auch größere Bevölkerungsgruppen. In Gebieten, in de-nen verunreinigtes Wasser der Normalfall ist, kann also das Water-POD dabei helfen, die Not der Menschen zu lindern.Das Water-POD wird zum Teil durch ein vom Milwaukee Water Council gefördertes Pilotprojekt finanziert. Das Programm soll als Impulsgeber für junge Unternehmen mit skalierbaren und kostengünstigen Techno-logien dienen, die das Potential haben, echte soziale und ökologische Verbesserungen zu bewirken. „Wir haben es dem Water-Council und dem Global-Water-Center zu verdanken, dass Milwaukee zu einem in-ternationalen Zentrum für Wassertechnologie geworden ist. Durch ihre Unterstützung können innovative Ideen wie das Water-POD verwirklicht werden“, sagt Hensley Foster, President bei Stonehouse Water Techno-logies.

Lässt sich mühelos einrichten und betreiben: Das Water-POD nutzt verschiedene Verfahren zum Entfernen von Krankheitserregern, Viren, üblem Geruch und Ge-schmack. Auch Schwermetalle wie Arsen werden reduziert.

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■ Ein Umdenken im WassersektorDie Mehrheit der Unternehmen auf dem Wassersektor konzentriert sich auf Hochdruckanwendungen. Ganz gleich, ob es um Abwasseraufbe-reitung oder Trinkwasserbereitstellung geht, der Schwerpunkt liegt zu-meist auf dem Einsatz von hohen Drücken, um große Wassermengen zu bewegen. Foster war bewusst, dass Stonehouse für den Einsatz in Entwicklungsländern oder unterversorgten Gebieten innerhalb der USA einen anderen Ansatz verfolgen muss. „Bei der Entwicklung des Water- POD mussten wir die traditionellen technologischen Lösungsansätze neu durchdenken und zukünftige Bedingungen und Wartungsanforderungen für die Gebiete berücksichtigen, in denen das Water-POD eingesetzt werden wird“, erläutert Foster.Foster und sein Team arbeiteten unabhängig von den größeren Betrei-bern auf dem Wassersektor und konnten schließlich ein System entwi-ckeln, das sich mühelos einrichten und betreiben lässt. Das Water-POD nutzt verschiedene Verfahren zum Entfernen von Krankheitserregern, Viren, üblem Geruch und Geschmack. Auch Schwermetalle wie Arsen werden reduziert. „Stonehouse ist ein Aggregator für viele unterschiedli-che Technologien. Wir prüfen so lange verschiedene Optionen, bis wir die besten Lösungen gefunden haben, die zu dem von uns entwickelten Niedrigdruck- und Niedrigenergiemodell passen. Unsere Auswahl tech-nologischer Lösungen muss effizient und energiesparend sein, da unser Water-POD ausschließlich mit Solarenergie betrieben werden soll“, so Foster.

■ Technologische Lösungen unterstützt durch Anwendungs-fachwissenMit seinen größten technologischen Herausforderungen wandte sich Foster an WAGO North America. In Zusammenarbeit mit dem Team von

WAGO entwickelte Stonehouse ein einfach zu skalierendes, modulares Steuerungssystem. Die zentrale Steuerungseinheit des Water-POD ist ein ETHERNET-Controller (750-881) von WAGO, der die nötige Flexibilität zur Erweiterung oder Modifikation der Systemfunktionalität ermöglicht. Aufgrund der über 500 verschiedenen I/O-Module war das Team in der Lage, den Basisprototyp schnell anzupassen. So konnten etwa zu-sätzliche Funktionen, zum Beispiel Pumpen, um das Wasser durch wei-tere Filtermedien zu befördern, realisiert werden. Einen weiteren Vorteil bot das kompakte Profil des ETHERNET-Controllers, da für Versand und Einrichtung des Water-POD ebenfalls kleine Abmessungen von entschei-dender Bedeutung waren. Der WAGO-Controller ist rund 60 % kleiner als die meisten anderen verfügbaren Steuerungen und bot dem Design-team dadurch einen deutlichen Vorteil.Zudem konnte auf zusätzliche Hardware verzichtet werden: Der im Controller integrierte ETHERNET-Switch ermöglichte den Aufbau einer Linientopologie für die Verdrahtung des ETHERNET-Netzwerks. Mit 1 MB Programmspeicher und 512 kB Datenspeicher sowie der schnel-len Verarbeitungsgeschwindigkeit lassen sich Betriebsdaten speichern und zu dezentralen Überwachungsanwendungen übertragen.

■ Web-Based Management und VisualisierungFoster und dem Team von Stonehouse war von Anfang an klar, dass sie den Menschen in unterversorgten Gebieten das Water-POD nicht ein-fach hinstellen und das Projekt damit als abgeschlossen betrachten kön-nen. „Bei der bloßen Bereitstellung neuer Technologien kann es schnell zu Missverständnissen kommen. Aber: Mit dem Controller von WAGO haben wir die Möglichkeit, das System dezentral zu überwachen, was von wesentlicher Bedeutung ist, weil wir den laufenden Betrieb nach der Inbetriebnahme weiterhin verfolgen möchten. Wenn also einmal eine

Das WAGO-I/O-SYSTEM 750 steuert die Ventile und Pumpen im Water-POD und bildet damit das Rückgrat des kompakten Wasserfiltrierungssystems, das sich auch dezentral überwachen und betreiben lässt.

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Spannen, einrasten, aufsetzen, entspannen – so einfach lassen sich die neuen Schirmklemmbügel von WAGO auf der Sammelschiene platzieren. Ihre einfache Handhabung verdankt die neue Generation der Schirmklemmbügel vor allem dem einzigartigen Rastmechanis-mus. Dadurch erfolgt die Montage kraftfrei auf verschiedenen Befes-tigungsvarianten. Auch die großen Griffmulden erleichtern die Hand-habung, da sie ein komfortables Spannen der Feder ermöglichen. Basierend auf einer Federlösung sitzt der Schirmklemmbügel fest auf der Sammelschiene und das mit exakt dem Anpressdruck, der für die optimale Auflage und Schirmwirkung benötigt wird. Gleichzeitig kompensiert die Feder mögliche Setzerscheinungen des Leiters. Die großflächige Schirmauflage sorgt für eine gute Ableitwirkung. Die neuen Schirmklemmbügel der Serie 790 sind für Schirmdurch-messer von 3 mm bis 20 mm verfügbar: 3 bis 8 mm (790-208), 6 bis 16 mm (790-216) und 6 bis 20 mm (790-220). Alle drei Varianten lassen sich mit Beschriftungsstreifen oder WMB-Beschriftungsschil-dern eindeutig kennzeichnen. Weiterhin kann vorhandenes Zubehör, wie die spezialgelochte Tragschiene oder der Sammelschienenbügel, verwendet werden.

SCHIRMKLEMMBÜGEL LEICHT MONTIEREN Einzigartiger Rastmechanismus: Die neue Generation der Schirmklemmbügel von WAGO lässt sich besonders einfach handhaben und kraftfrei montieren.

Durch das Drücken der zwei seitlichen Betätigungselemente wird die Feder gelöst, sodass der Schirmklemmbügel fest auf der Schiene sitzt.

Pumpe ausfällt, kann uns die dezentrale Überwachung bei der Fehler-suche helfen, sodass wir den Menschen vor Ort geeignete Lösungen anbieten können“, erklärt Foster.Mithilfe des Web-Based-Managements und der Visualisierungsfunk-tion des ETHERNET-Controllers konnte das Team von Stonehouse den Status des Water-POD mit einem Webbrowser oder Smartphone über das Internet dezentral überwachen. Durch diese zusätzlichen Fernwirk-funktionen des Water-POD wird für die Anwender ein zuverlässiger Zu-gang zu Trinkwasser sichergestellt, das zu 99,99 % frei von Bakterien, Schwermetallen und üblem Geruch oder Geschmack ist. Foster fügt hin-zu: „Wenn ich mich auf eine Sache hundertprozentig verlassen kann, dann die, dass WAGO ein hohes Maß an Fachwissen zu diesem Projekt beisteuert. WAGO wird mit uns weiter zusammenarbeiten und uns bei allen möglichen Herausforderungen unterstützen, wenn die Produktion des Water-POD richtig anläuft.“

■ Erster Einsatz: Dominikanische RepublikDie Mitarbeiter von Stonehouse werden schon sehr bald die Gelegen-heit erhalten, ihre Ideen in der Praxis zu testen. Das erste Water-POD wird an die Dominikanischen Republik ausgeliefert und dort den Men-schen Zugang zu klarem, sauberem Wasser ermöglichen. Anne Wick, Director of Communication bei Stonehouse Water Technology, fasst die Vision von Stonehouse treffend zusammen: „Es ist einfach, es für

selbstverständlich zu halten, dass man nur den Wasserhahn aufdrehen braucht, um an sauberes Trinkwasser zu gelangen. Aber es ist wichtig zu bedenken, dass es im Jahr 2050 fünf Milliarden Menschen geben wird, die in Gebieten mit Wassermangel leben werden. Weltweit gesehen stirbt alle 20 Sekunden ein Kind, weil es verunreinigtes Wasser getrun-ken hat. Wir bei Stonehouse möchten ein Teil der Lösung sein, die dabei hilft, dass sich diese erschütternde Statistik verbessert. Und wir wissen, dass wir genau hier in Milwaukee einen Technologiepartner haben, der uns dabei unterstützt.“

Text: Jennifer Joseph, WAGO USAFoto: WAGO

• Das Water-POD produziert an einem Tag mehr als 11.350 Liter sauberes Trinkwasser.

• Das WAGO-I/O-SYSTEM 750 steuert die Ventile und Pumpen und ermöglicht die Fernüberwachung.

• Der ETHERNET-Controller ist rund 60 % kleiner als die meisten anderen verfügbaren Steuerungen.

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■ Modulare Konzepte und eine dezentrale Automatisierung sind in der Prozessindustrie im Trend – vor allem, weil schwankende Absatzmärkte, kürzere Produktlebenszyklen und eine individualisierte Fertigung deut-lich mehr Flexibilität erfordern. Automationsspezialist WAGO verstärkt deshalb bei seinen Kommunikationsbausteinen die Verbindung von Mo-dularität, offenen Standards und HART-Protokoll.

System- und herstellerspezifische Busprotokolle sind für die Kommu-nikation in der Verfahrenstechnik ein grundlegendes Hemmnis. „Um den Marktanforderungen nach Schnelligkeit, Flexibilität und wirt-schaftlicher Größenanpassung gerecht zu werden, bedarf es modula-rer Automatisierungssysteme mit offenen, standardisierten Schnittstel-len. Nur so kann die Automatisierung der steigenden Flexibilität von zunehmend modular aufgebauten Prozessanlagen gerecht werden“, formuliert die Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie in der Einladung zur NAMUR-Hauptsitzung im No-vember 2014.

■ Der HART-KommunikationsstandardDer Trend hin zu modularen Prozessanlagen erfordert mehr dezentrale Intelligenz und Signalverarbeitung. Autarke Teilanlagen ersetzen zentrale monolithische Systeme und lassen sich schrittweise zu einer Gesamtanlage zusammenschalten. Sie enthalten für die Steuerung und Kommunikation flexible, dezentrale Komponenten.Eigenständig arbeitende Einheiten erhöhen die Anlagensicherheit und Verfügbarkeit. Damit Anlagen vollständig autark arbeiten, müs-sen Feldsignale dezentral erfasst und verarbeitet sowie anlagenspezi-fische Applikationen ausgeführt werden können. Bediener und auch weitere Anwendergruppen wie Wartungspersonal müssen außerdem über anlagennahe Visualisierungen Zugang zu den Anlagendaten er-halten. Zusätzlich gilt es, zentrale Leitsysteme mit Informationen zu ver-sorgen, um beispielsweise ein übergeordnetes Asset-Management zu betreiben. Für diese Kombination aus dezentralen Automatisierungs- und zentralen Kommunikationsfunktionen setzt WAGO verstärkt auf das HART-Protokoll.Der HART-Kommunikationsstandard (Highway Addressable Remote Transducer) ermöglicht die Kommunikation von Sensorsignalen über eine herkömmliche 4…20mA-Verkabelung zu einem übergeordneten Leitsystem. Dabei lassen sich neben den Messwerten des Sensors wei-tere Informationen wie die Betriebsdauer des Gerätes übermitteln. Bei den Ausrüstern von Prozesssensorik hat sich HART weitgehend durch-gesetzt. So ist das WAGO-I/O-SYSTEM einsetzbar, um die Status- und Diagnosedaten von HART-Busklemmen über HART-Klemmen aus

Dezentrale Automatisierung und das HART-ProtokollMit HART lassen sich Sensorsignale über eine herkömmliche 4…20mA-Verkabelung zu einem übergeordneten Leitsystem übertragen.

dem Nicht-Ex- (750-482) aber auch aus dem Ex-i-Bereich (750-484) an ein übergeordnetes System zu übertragen. Soll beispielsweise in einer bereits bestehenden Anlage mit HART-Geräten ein Asset-Ma-nagement-System nachgerüstet werden, ist die erforderliche Kommu-nikationsinfrastruktur bereits vorhanden.Das I/O-System nimmt als Remote-I/O-Datensammler neben den HART-Geräten auch die Signale unterschiedlicher Sensoren und Aktoren auf. Dafür verfügt das I/O-System über eine breite Vielfalt von über 500 verschiedenen Funktionsklemmen mit 1-, 2-, 4-, 8- und 16-Kanälen. Mit ihnen lassen sich etwa Temperaturfühler, Thermoele-mente oder Endlagenschalter sowie Stellantriebe oder einfache Ven-tile einbinden.

HART-Klemmen für den Nicht-Ex- (750-482) und den Ex-i-Bereich (750-484) sammeln die Status- und Diagnosedaten von HART-Feldgerä-ten ein.

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■ Frei programmierbare SPS-FunktionalitätZur Funktionalität dezentraler Anlagen gehört auch die Realisierung anlagenspezifischer Applikationen durch frei programmierbare SPS-Funktionen. Hier hat sich die Entwicklungsumgebung CODESYS durchgesetzt. Die CODESYS-Anwendungen reichen von einfachen Schaltfunktionen bis zur Programmierung umfangreicher Dosier- und Reinigungsprozesse.

Der HART-Kommunikationsstandard (Highway Addressable Remote Trans-ducer) ermöglicht die Kommunikation von Sensorsignalen über eine her-kömmliche 4...20mA--Verkabelung zu einem übergeordneten Leitsystem.

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WAGO bietet für das Engineering solcher Applikationen eine große Palette an fertig entwickelten Funktionsbausteinen an. Sie sind frei ver-fügbar und sofort einsetzbar. Für die Anzeige und die Bedienung der dezentralen Anlagen sind in WAGO-Controllern außerdem Visualisie-rungsfunktionen integriert. Anlagenbediener oder Wartungspersonal greifen dabei über ein einfaches Touchpanel oder per Browser über die integrierte Webvisualisierung direkt auf die WAGO-Controller zu.Ein solcher dezentraler Automatisierungsansatz hat zudem deutliche Kostenvorteile. Dazu zählen gegenüber zentralen Konzepten der geringere Verkabelungsaufwand, die wirtschaftliche Einbindung der Sensorsignale durch das modulare I/O-System sowie die Verfügbar-keit kostenloser CODESYS-Bibliotheken. Ein weiterer Aspekt ist der ge-ringere Platzbedarf des modularen Systems. Das I/O-System ist sehr kompakt und die HART-Busklemmen für die Erfassung der feldseitigen Messwerte sind nur 12 mm beziehungsweise 24 mm breit. Die ge-ringen Abmaße ermöglichen die Installation in jedem Schaltschrank oder auch in kleinen prozessnahen Systemverteilern.

Text: Wolfgang Laufmann, WAGOFoto: WAGO

• Das HART-Protokoll ermöglicht die Signalübertra-gung über herkömmliche 4…20mA-Verkabelung.

• Status- und Diagnosedaten von HART-Feldgeräten werden mit WAGO zuverlässig erfasst.

• Mit Baubreiten von 12 mm bzw. 24 mm finden die WAGO-I/O-Module Platz in jedem Schaltschrank.

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WAGOdirect process Juni 2015

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Information für die Energie- und Prozesstechnik, Juni 2015 ... · spiel Zulassungen zur...

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