Damit ist der Weg frei für das einfache Sammeln großer Datenmengen aus dem Feld, was sowohl Anlagenoptimierungen als auch die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle in der Verfahrenstechnik ermöglicht. Doch wie können hunderte bis tausende Parameter aus komplexen Feldgeräten an die richtigen Stellen kommuniziert werden? Und wie lassen wir diese Daten für uns arbeiten?

Das Potenzial ist groß: Daten aus PA-Anlagen können durch erfahrene Spezialisten oder in Zukunft unter Zuhilfenahme von künstlicher Intelligenz (KI) interpretiert werden und als Basis für Entscheidungen zur Optimierung dienen. Das können Prozessanpassungen zu einer energie- oder ressourcenschonenden Produktion sein oder Maßnahmen zur Optimierung der Produktqualität. Zusätzlich kann die Verfügbarkeit von Anlagen durch vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) erhöht werden. Basierend auf Datenmodellen und Wahrscheinlichkeiten lassen sich Geräte proaktiv warten oder ersetzen anstelle von reaktivem Troubleshooting.

Der Status Quo reicht nicht mehr

Angesichts der Vision von optimierter Produktion auf Basis effektiver Datensammlung bis ins Feld, drängt sich die Frage nach der aktuellen Situation in der Prozessindustrie auf. Auch heute noch finden sich im größten Teil verfahrenstechnischer Anlagen analoge 4 – 20 mA Leitungen.

Erste digitale Ansätze entstanden in den 90er Jahren mit dem HART-Protokoll, das dem analogen Stromsignal überlagert wird. Damit wurde zusätzlich zur analogen Signalauswertung auch eine digitale Kommunikation mit 1,2 KB/s möglich. Dazu kamen dann die ersten digitalen Feldbusse mit intrinsischer Sicherheit wie Profibus PA und Foundation Fieldbus (FF). Diese vervielfachten den theo­retischen Durchsatz zu und vom Feldgerät auf 31,2 KB/s. Dennoch bieten auch die Feldbusse nur eine begrenzte Geschwindigkeit; zusätzlich erfordern Netzwerkübergänge (z. B. Profinet zu Profibus PA) den Einsatz eines Proxy, was einen hohen Aufwand bei Geräteintegration, Installation und Wartung zur Folge hat. So haben sich dann die Feldbusse nicht mit ausreichend hoher Marktakzeptanz etabliert und auch heute noch finden sich im größten Teil verfahrenstechnischer Anlagen analoge 4 – 20 mA Leitungen. Ethernet-APL bietet sich hier als der logische und zukunftsträchtige Nachfolger an.

Technologie-Stack-Integration

Ethernet-APL wurde speziell für den Markt der Prozessautomatisierung entwickelt, mit einem starken Fokus auf der eigensicheren Stromversorgung von Geräten in den Ex-Zonen und mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von10 MB/s. Die Kommunikation erfolgt nahtlos über Level 2 Ethernet-APL Switches vom Feldgerät bis zur Anwendung, ohne dass zusätzliche Gateways erforderlich sind. Die oben beschriebene Proxy-Funktionalität bei diesen Feldbussen wird jedoch auch beim Übergang zu Ethernet-APL als Migrationspfad noch benötigt werden – vor allem bei Brownfield-Anwendungen, die Profibus PA verwenden.

Der aplSwitch Field PA von Softing hat diese Proxy-Funktionalität integriert; Anwender können somit Profibus-PA-Geräte mühelos mit Ethernet-APL-Feldgeräten im Netzwerk kombinieren. Das ist dann wichtig, wenn die benötigten APL-Geräte für die vollständige Funktionalität der Anlage noch nicht verfügbar sind oder wenn bereits vorhandene In­frastruktur wiederverwendet werden soll. Für die reine Ethernet-APL Anbindung ist der Switch auch ohne die Proxy-Funktionalität erhältlich.

Die physikalischen Eigenschaften von Ethernet-APL stellen die notwendige Übertragungsbasis dar. Die umfassende Integration des gesamten Technologie-Stacks, wie etwa die Unterstützung für höhere Protokolle wie Profinet und Ethernet/IP sowie die FDI-Unterstützung, ist jedoch erforderlich, um die gesamte Bandbreite der Vorteile von Ethernet-APL vollständig zu nutzen:

• schnelle Installation und Parametrierung
• umfangreiche Diagnosemöglichkeiten
• schnelle Reaktion auf unvorhersehbare Ereignisse
• zuverlässige und automatisierte Dokumentation
• einfacher Austausch von Feldgeräten
• schneller Zugriff auf alle Feldgerätedaten
• Langzeitverfügbarkeit von Equipment.

Innovation und Effizienzsteigerung

Plug-Feste und Konformitätstest sowie Pilotprojekte mit zahlreichen Endanwendern in den letzten Jahren haben gezeigt, dass die Infrastruktur- und Feldgeräteelemente verschiedener Anbieter verfügbar sind und gut zusammenarbeiten. Anwender können auf eine breite Produktauswahl mit Second-Source-­Optionen zugreifen und sich auf die Interoperabilität der Komponenten verlassen. Anhand von aktuellen Anwendungsfällen kann eine realistische Einschätzung der kommerziellen Vorteile und damit der Mehrwert von Ethernet APL transparent gemacht werden.

Generell gilt: Die Möglichkeit, alle relevanten Feldgerätedaten mit hoher Geschwindigkeit an übergeordnete Anwendungen oder die Cloud zu übertragen, schafft die Grundlage für eine effektive Optimierung von Prozessanlagen. Die große Anzahl an verfügbaren Daten und das schnelle Kommunizieren zwischen Feld und Anwendungen bis zur Cloud schafft neue Geschäftsmodelle wie Predictive Maintenance und bildet die Grundlage für neue Lernmodelle mittels KI in der Zukunft. Dafür bietet Ethernet-APL eine hervorragende Basis. In Kombination mit einem Technologie -Stack eröffnen sich damit heute und in Zukunft messbare Vorteile für alle Beteiligten in der Prozess­automatisierung.

Autor: Christoph Adam, Head of Product Management München, Softing Industrial Automation GmbH, Haar

„Infrastruktur- und Feldgeräteelemente verschiedener Anbieter sind verfügbar und arbeiten gut zusammen.“