Wenn es um die Digitalisierung der Feldebene von Prozessanlagen geht, werden Betreiber meistens vor besonderen Herausforderungen gestellt. Sie müssen Daten zu Informationen verdichten, während sich gleichzeitig mehrere Generationen von Geräten und Kommunikationstechnologien in Betrieb befinden. Dieser Artikel beschreibt Lösungsansätze zur Standardisierung und Implementierung der Datenintegration unterschiedlicher Technologien.

Offene und zugängliche Standards 

Die Semantik definiert eine einheitliche Darstellung ähnlicher Daten. Die NAMUR Open Architecture (NOA) und Open Process Automation definieren Rahmenwerke. Ein Hauptmerkmal der NOA ist die Definition unabhängig von grundlegenden Prozesssteuerungsarchitekturen, die bei der Implementierung der Digitalisierung unberührt bleiben können, um modernste Instandhaltungs- und Betriebsverfahren mit älteren und vorhandenen Feldinstrumenten zu ermöglichen. Cloud-Protokolle mit Komponenten wie REST-API, MQTT, Schlüsseln, Zertifikaten und so weiter sind IT-Standards, die Dashboards auf Grundlage großer Datenbanken ermöglichen, die aus den Instrumenten abgeleitet wurden. 

Mit Ethernet als physisches Übertragungsmedium daheim, in Büros und Fertigung hat der Bereich der Prozessanlagen nun seine standardisierte Variante für die physikalische Schicht: Ethernet-APL. Es handelt sich um eine robuste Form von Ethernet, die die Anforderungen aus dem Bereich der Prozessanlagen mit großen Kabellängen, robuster Installationstechnik, Stromversorgung und Kommunikation über ein Kabel und integriertem und einfachem Explosionsschutz mit Eigensicherheit erfüllt. Schließlich bieten die Konformitätstests, die von den vier großen Normungsorganisationen für die Prozessindustrie gemeinsam entwickelt, vereinbart und akzeptiert wurden, den Anwendern sichere Kompatibilität und damit einen zuverlässigen Betrieb von Hardware und Software. Als Spezialist für Infrastruktur, Sensorik und Kommunikation engagiert sich Pepperl+Fuchs in allen Bereichen und treibt damit die Standardisierung aktiv voran. Nur eine stabile Grundlage, die auf offenen und zugänglichen Standards beruht, wird allen Marktteilnehmern Vorteile bringen.

Für jede Generation und jedes Alter

Ethernet als Übertragungsmedium bildet die Grundlage für die industrielle IT über die Steuerung hinaus. Es bietet parallelen Zugriff auf standardisierte Kommunikationsprotokolle mit Semantik. Die im Feld erfassten Daten stammen von klassischen 4 – 20-Milliampere-Signalen, Feldgeräten mit Feldbus und bald nativer, Ethernet-basierter Kommunikation. Um die Vorteile der Datenanalyse nutzen zu können, muss der Anwender diese Daten mit einem Minimum an Schnittstellen sammeln und für die Übertragung an jedes System konvertieren.

Das Remote I/O, das im Feld installiert ist, löst anspruchsvolle Aufgaben in dem sie Informationen von den installierten Feldgeräten für M+O-Aufgaben anpasst und so die Investitionen schützt. Es ist für anspruchsvolle Umgebungsbedingungen ausgelegt und versorgt Geräte, die einen eigensicheren Explosionsschutz und die damit verbundene Leistungsbegrenzung erfordern. Das Remote I/O ist ideal geeignet, alle M+O-Daten von den Feldgeräten über Ethernet bereitzustellen. Edge-Gateways und andere IIOT-Komponenten können diese Daten dann weiterverarbeiten und zum Beispiel über OPC UA an Anwendungen in der Cloud weitergeben. Auf diese Weise können Anwender das NOA-Informationsmodell und die NOA-Diode im Feld für ältere Geräte einsetzen.

Cloud-Infrastrukturen bieten sowohl skalierbare Speicherkapazität als auch skalierbare Rechenleistung. Nun müssen geeignete Verfahren und Architekturen vereinbart werden, um die M+O-Daten strukturiert und einheitlich für die Verarbeitung auf Datenplattformen bereitzustellen. Die Referenzarchitektur der Open Industry 4.0 Alliance stellt dafür eine herstellerunabhängige Lösung zur Verfügung, die einer einfachen Implementierung einer durchgängigen Kommunikation vom Feldgerät bis in die Cloud auch in heterogenen Umgebungen dient.

Schließlich hat Ethernet-APL das Potenzial, sich als eine neue nachhaltige und richtungsweisende Infrastruktur für Neuanlagen und Erweiterungen zu etablieren. Feldbus- und Ethernet-basierte Kommunikationsprotokolle können über eine gemeinsame Infrastruktur mit dem Ethernet-APL Field Switch der Produktfamilie FieldConnex kommunizieren: Neben Ethernet-APL beherrscht der Field Switch auch den Manchester Bus-powered Physical Layer (MBP) und kann so ganz flexibel für die installierte Basis von PROFIBUS-PA-Geräten konfiguriert werden. Er ermöglicht damit den gleichzeitigen Betrieb neuer APL- und existierender Feldbusfeldgeräte mit einer gemeinsamen Infrastruktur.

Pepperl+Fuchs bietet Komplettlösungen zur Integration von Bestandsgeräten, Migrationen und Anlagenerweiterungen auf neueste Technik und Neuanlagen – alle mit Anschluss an die industrielle IT über Ethernet. Mit Komplettlösungen, auch für explosionsgefährdete Bereiche, können Anwender problemlos in die Digitalisierung der Prozessanlage investieren. Die Lebensdauer der Prozessanlagen gibt somit die Richtung vor: Für die nächsten 20 Jahre wird der richtige Technologiemix den Erfolg der Digitalisierung bestimmen.