DHBW Mannheim Automatisierungssysteme Engineering Erich Kleiner Sept.. 2017 1. Phasen, Anforderungen

ASA_Eng.doc 1

Engineering Diese Unterlage beschreibt Umfang und heute an-gewandte Methoden des Anlagen - Engineerings in der Prozess- Automation und zeigt knftige Aspekte auf. Sie basiert auf Normen und aktuellen Verffent-lichungen in der Zeitschrift "Automatisierungstechni-sche Praxis" (atp), siehe Literaturhinweise am Ende.

Inhalt: Seite: 1 Engineeringphasen und - Anforderungen 1 2 Verfahrenstechnische Planung 3 3 Anlagenplanung 3.1 Maschinentechnische Planung 4 3.2 Elektrotechnische Planung (Energietechnik) 7 3.3 Leittechnische Planung 8 4 Entwurfsstrategien in der Leitt. Planung 9 5 Objekt- orientierte Leittechnik- Planung 11 6.1 Agenten- basierte Leittechnik 13 6.2 Industrie 4.0 15 7 Handhabung der Wiederholtechnik 19 8 Modularisierung, OPC UA 21 9 Feldbusgerte - Integration 23 GSD, EDD, DTM / FDT, FDI, PACTware FIM (Field Information Manager) fr FDI 26 Literaturhinweise 28

1. Engineeringphasen und Anforderungen Der Begriff "Engineering" wird im Zusammenhang mit der Erstellung und dem Betrieb grerer tech-nischer Anlagen verwendet. Er umfasst die verschie-

denen beteiligten Fachgebiete und alle Phasen der Erstellung und des Betriebs einer Anlage (Bild 1.1).

Die Verfahrenstechnik liefert die Aufgabenstellung, danach knnen Gebude sowie mechanische, elektrische und leittechnische Komponenten geplant werden. In der Leittechnik wird sinnvollerweise zunchst die Funktionalitt geplant, meist in Form von Funktions-baustein Diagrammen (auch Funktionsplne ge-nannt), bevor die Programme fr die Controller erstellt werden (Codierung). Nur bei kleinen An-wendungen erfolgt dies sofort.

Die Engineering Ttigkeiten knnen aus Termin-grnden meist nicht nur seriell abgewickelt werden sondern mssen sich berlappen, wobei der Gesamt - Datenbestand konsistent zu halten ist. Material - technische Abwicklung der Wartung und des Betriebs der Anlage (Asset Management) in Daten und Tools des Engineering mit einbezogen.

Tabelle 1 listet heutige Anforderungen an das Engi-neering auf. Besonders wichtig ist dabei die Kosten-reduzierung, die insbesondere durch die Verwen-dung bereits erprobter Lsungen oder Teillsungen erreicht werden kann. Dazu sind Hilfsmittel wie die vergleichbare Beschreibung von Lsungen in mg-lichst nicht auf bestimmte Produkte begrenzten Modellen ntig, um die geeignete Lsung zu finden.

Anlagen - Phasen

Fachgebiete

Anlagen - Engineering umfasst:

Verfahrenstechnik

Gebude

mechanische Anlage

(Rohre, Pumpen, ..)

elektrische Anlage

(Abzweige, Kabel, ..)

Leitanlage

(MSR, Kommunikation)Funktionaler

Entwurf

Codierung

(Masch.Progr.)

Aufgabenstellung Grob-Planung Detail-Planung Errichtung Betrieb (Demontage)

Montage,

Inbetr.n.

Wartung,

Res.Halt.

Heutige Anforderungen: Realisierung durch: Hilfsmittel:

Kostenreduzierung - Anwendung von Standards - Anwender-spezifische Funktions-Bausteine

- Wiederholtechnik - Modelle, Modell - Sprachen zum Finden

geeigneter ausgefhrter Lsungen,

- Tools zum Finden und Verbinden von Objekten

- Auslagerung, Kunden-Eigenplanung - wenige Standardtools

Flexibilitt, Schnelligkeit - iterative Planung, - Vernetzung der Fachgebiete

- parallele Abwicklung mit Datenaustausch - Simulation als Vorbereitung der Inbetriebnahme

Datenkonsistenz

- whrend allen Phasen - interaktive Datenbasis - Standard - Schnittstellen!

- zwischen Fachgebieten - gemeinsame Datenbasis

Asset Management - Zugriff auf Engineeringdaten - Vernetzung Engineering - Asset Man.-Tool

durch Asset Management Tool - Integration des Asset Man. Tools

Tabelle 1: Anforderungen an das Engineering

Bild 1.1: Anlagen Engineering

Engineering Automatisierungssysteme DHBW Mannheim 1. Phasen, Anforderungen Erich Kleiner, Sept. 2017

2 ASA_Eng.doc

Nach Auffassung der Anwender (z.B. NAMUR,1999) fllt der Automatisierungstechnik die "Organisation des Informationshaushalts der Produktion" zu. Da-her mssen moderne Prozessleitsysteme Infor-mations-Drehscheibe sein fr alle die Anlage be-treffenden Informationen, von der Messung bis zum Prozesseingriff, und von der ersten Spezifikation bis zum Betrieb.

Fr die verschiedenen Fachgebiete (auch Gewerke) werden verschiedene, meist Hersteller- bzw. Produkt spezifische Hilfsmittel verwendet. In Verfahrenstechnik und Gebudetechnik sind dies meist CAD Programme, da es hier hauptschlich um die Erstellung von Zeichnungen geht. In der Anlagenplanung und vor allem in der Leittechnik werden CAE Programme eingesetzt, die auch die Daten der eingesetzten Objekte bearbeiten.

Die Norm DIN IEC 61131-3 beschreibt dabei nur die Programmiersprachen, also in Bild 1.1 einen Teil des funktionalen Entwurfs und die "Codierung", sowie die interne Arbeitsweise der leittechnischen Einrichtung, also nur einen kleinen Teil des gesamten Engineerings. Ein alle Planungsttigkeiten umfassendes gemein-sames Tool gibt es nicht und ist wohl auch nicht sinnvoll. Daher bleiben nur die in den nebenstehenden Bildern aufgezeigten zwei Mglichkeiten: - Datenaustausch (Bild 1.2) oder - gemeinsame Informationsplattform (Bild 1.3) mit ihren Vor und Nachteilen.

Moderne Engineeringsysteme arbeiten Objekt orientiert (siehe folgende Kapitel) und erlauben eine Verwaltung der Daten auch der Verfahrenstechnik und der Anlagenplanung im Rahmen der leittech-nischen Objekte, z.B. als spezielle Aspekte dieser Objekte. So erstellen sie die Basis auch fr Asset Management Systeme. Allerdings gibt es am heutigen Markt fast nur proprietre Systeme, also Produkt spezifische, und bei Mischung von Produkten oder sogar Familien des gleichen Herstellers unterschiedliche Tools, z.B. COMOS (Siemens), ProDok (Rsberg), PrePlanning (EPLAN)

Daneben gibt es Entwicklungen, eine allgemein gltige Modell Beschreibungs Sprache (UML: Unified Modeling Language, Kap. 6) bereits ab dem funktionalen Entwurf einzusetzen und daraus die weiteren Schritte mglichst automatisch zu gene-rieren, z.B. den Code fr einen Controller.

Die neue Norm DIN EN 62424 (2010-01) beschreibt die Darstellung von Leittechnik- Aufgaben und Funktionen fr einen Datenaustausch. Auf dieser Basis gibt es inzwischen ein Datentransfermodell (Kommentare in Bild 1.3). Und der NAMUR-Datencontainer (2017) beschreibt eine PLT-Stelle.

Das Engineering der Feldbus Gerte ber EDDL (Electronic Device Description Language) oder DTM (Device Type Manager) / FDT oder FDI kann integriert werden (siehe Kap. 5).

Bild 1.2: Zusammenspiel verschiedener Tools per Datenaustausch Bild 1.3: Integration verschiedener Tools durch Objekt orientierte Informationsplattform

Um zu erlutern, um welche Daten und Vorgnge es geht, werden nachfolgend die verfahrenstechnische, die anlagenbezogene und die leittechnische Pla-nung gezeigt, und zwar fr PLS (Prozess Leit Systeme), die hauptschlich in der Prozessautomati-sierung angewandt werden.

PLS besitzen blicherweise komfortablere Tools mit groem Datenbestand und automatisch ablaufenden Vorgngen, die Planung wird meist mit Hilfe von Funktionsplnen graphisch durchgefhrt.

SPS erlauben alle (oder einen Teil der) Sprachen, die in der SPS Norm DIN IEC 61131 festgelegt sind, ihre Engineering Tools sind aus Kosten-grnden jedoch weniger komfortabel.

Tools fr

Verfahr.-

technik -

Planung

Tools fr

Anlagen -

Planung Anz.

und

Be-

dieng.

Proz.-

nahe

Komp.

nenten

Feld-

bus,

Feld-

gerte

Asset

Man-

age-

ment

Tools fr Leittechnik - Planung

und - Betrieb:

oftmals

getrennt!

Datenaustausch

Anlagendokumentation

- Eingeschrnkte Datenkonsistenz durch Datenaustausch

zwischen verschiedenen, proprietren Tools fr

Verfahrenstechnik, Anlagenplanung und Leittechnik,

insbesondere nach Errichtung der Anlage

- Oftmals noch getrennte Tools fr Feldbusgerte und

Asset Management

- Probleme mit Schnittstellen (erste Versuche mit XML)

DHBW Mannheim Automatisierungssysteme Engineering Erich Kleiner August 2016 2. Verfahrenstechnische Planung

ASA_Eng.doc 3

2. Verfahrenstechnische Planung In der Prozessautomation wird das einer Anlage zugrunde liegende Verfahren nach DIN EN 10628-1 durch ein Grundflieschema dargestellt. Dieses ist die Umsetzung der Laborerkenntnisse in grotechnische Vorgnge. Anlagenteile und Stoffe werden als Rechtecke dargestellt (Bild 2.1).

Es muss enthalten (Grundinformationen): - Benennung der Rechtecke, - Benennung der Ein- und Ausgangsstoffe, - Flierichtung der Hauptstoffe zwischen den Rechtecken.

Zustzlich kann es enthalten (Zusatzinformation) - Benennung der Hauptstoffe, - Durchflsse / Mengen der Ein- und Ausgangsstoffe, - Durchflsse / Mengen von Energie / Energietrgern, - charakteristische Betriebsbedingungen. In der Fertigungsautomation wird mit einer verbalen Beschreibung begonnen, danach folgt als Anlagenplanung die CAD-Konstruktion der Ferti-gungseinrichtung und die Verifikation der Daten. Der nchste Schritt in der Prozessautomation ist das Verfahrens- Flieschema, in dem die Anlage dargestellt wird. Zunchst grob mit Grundinformati-onen wie in Bild 2.2 fr die Reindestillation: - Art und Bezeichnung von Apparaten, Maschinen, - Fliewege, -Richtungen, - Art und Durchflsse von Ein- und Ausgangsstoffen, - Energie / Energietrger, - charakteristische Betriebsbedingungen.