Anlagen nach dem Lego-Prinzip

Anlagen nach dem Lego-Prinzip
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26.10.2015 | Kleinere Chargen und unterschiedliche Produktarten auf einer Anlage – auf diese Markterfordernisse müssen sich jetzt immer mehr Hersteller in den Prozessindustrien einstellen. Anlagen nach dem „Lego-Prinzip“ sind darauf die richtige Antwort. Je nach Bedarf fügen Anwender Module hinzu oder klemmen sie ab. Die Automatisierungsplattform CPX von Festo ist dafür der zentrale Baustein.

Flexible und modulare Produktionsanlagen erfordern autarke intelligente Units. Hier führt der Weg von Prozessindustrie und Fertigungsindustrie zusammen – und damit auch die Ansätze der Industrie 4.0, der vierten industriellen Revolution. Die Digitalisierung und Vernetzung ermöglicht es, automatisierte Module auf der Feldebene einfach und zuverlässig mit einem übergeordneten Leitsystem zu verbinden und gleichermaßen die Kommunikation untereinander herzustellen – genauso wie Lego-Steine einfach ineinander geklickt ein festes, aber dennoch flexibles Gefüge ergeben.

Industrie 4.0 als Lösung
Denn um die Wettbewerbsfähigkeit der Prozessindustrien in immer volatileren Märkten zu erhalten, werden flexible Produktionsprozesse benötigt, wie sie im Leitbild „Industrie 4.0“ beschrieben sind. Voraussetzung dafür sind adaptive, sich selbst konfigurierende und selbstorganisierende flexible Produktionsanlagen mit einem hohen Vernetzungsgrad. Ein notwendiger Schritt dafür ist – zumindest bei Mehrprodukt- und Batchanlagen – die verfahrenstechnische und funktionale Modularisierung von Teilanlagen.
Bestehende Leitsysteme sind für die Automatisierung modularer Anlagen nicht vorbereitet. Die Kommunikation zwischen Bedien- und Beobachtungssystemen sowie Controllern erfolgt meist über herstellerspezifische Protokolle.

Modular und intelligent
Zukünftige Anlagen werden in Modulen aufgebaut sein. Jedes Modul trägt in sich die vollständige Automation, die es für die Abarbeitung seines eigenen Prozesses benötigt. Die Automation könnte auch ein zentrales Leitsystem übernehmen. Ein Leitsystem ist jedoch für modulare Anlagen mit der Forderung des einfachen Austausches einzelner Module nicht ausgelegt. Verfahrenstechnische Module benötigen aber eine kleine, anpassbare und autarke Automatisierung.
Durch die Umsetzung dezentraler, intelligenter Lösungen in den einzelnen Modulen entfällt die Neuprogrammierung und -konfiguration der Applikationssoftware. Die Module können mit niedrigstem Aufwand in die automatisierungstechnische Gesamtlösung der Produktion integriert werden. Damit kann man eine Vielzahl automatisierter Module der Anlage beifügen, ohne die Automatisierungstechnik der Gesamtanlage ausbauen zu müssen. „Es geht darum, Anlagen einfach erweitern oder modifizieren zu können, um nicht sofort in großtechnische Anlagen gehen zu müssen, eben Numbering-up statt Scale-up“, erklärt Dr. Eckhard Roos, Leiter Key Account und Industry Segment Management Process Automation bei Festo.

Automatisierungsplattform CPX
Als zentraler Baustein einer modularen Automation erweist sich einmal mehr die Automatisierungsplattform CPX von Festo. Sie kann neben dem pneumatischen Teil mit ihren Ausführungen in IP65/67 auch unterschiedliche Controller sowie Remote-IOs für viele Sensoren wie etwa Drucküberwachung oder Temperaturmessung modular auf ihrer Plattform aufnehmen.
Damit lassen sich beispielsweise in der Wasseraufbereitung Skids in unterschiedlichen Ausprägungen – je nach gewünschtem Anwendungsfall – aufbauen. Diese voll transportablen Filtersysteme sind besonders interessant für geringen Wasserbedarf, bei denen täglich bis zu 1.000 m³ Wasser aufbereitet werden müssen. Die transportablen Filtersysteme ermöglichen es, die Wasserproduktion sehr schnell in Betrieb zu nehmen.

Varianten von Skids
Kommen beispielsweise Pumpen-Skids aufgrund ihrer geringen Komplexität mit wenigen Ventilscheiben im pneumatischen Teil der CPX/MPA aus, so benötigen etwa Filtermodule-Skids analoge Ein- und Ausgänge für die Drucküberwachung. Komplexere Module wie ein CIP-Skid, das Anlagenteile und Behälter für Reinigungsmedien und zum Anmischen der Reinigungslösungen umfasst, erfordern auf der CPX/MPA noch zusätzliche Automatisierungsmodule wie analoge Eingänge zur Temperaturmessung oder Controller für die Proportionaltechnik.
Die Skids müssen autonom funktionieren und extrem zuverlässig sein. Sie kommunizieren kontinuierlich mit einer Master-Steuerung, die das Management des Gesamtsystems organisiert. Vorteilhaft an den Skids ist auch, dass die Kosten für Verkabelung und Verdrahtung vergleichsweise niedrig sind.

Vorteile fürs Engineering
Das sind aber nicht die einzigen Vorteile der modularen Automation. Für eine komplette prozesstechnische Anlage ermöglicht der Einsatz von Modulen, das Engineering zu beschleunigen und kostengünstiger zu gestalten, da man nicht das gesamte Automatisierungskonzept bei Erweiterungen der Gesamtanlage anpassen muss, sondern nur die automatisierten Module an das Managementsystem anschließt. Damit ist eine reibungslose Kommunikation zwischen den verschiedenen Ebenen der Automatisierungspyramide gewährleistet.
Für OEMs bedeutet das modulare Konzept aber auch, Kleinserien von einheitlichen Modulen oder Skids schon auf Lager fertigen zu können. Damit erzielen sie Skalenerträge in Produktion sowie Montage und senken ihre Kosten. Zusätzlich erhöhen sie ihre Lieferfähigkeit und ermöglichen den Endkunden, mit den richtigen Produktionsmengen neuer Produkte früher am Markt auftreten zu können. „Gelingt dann noch die Bedienung der prozesstechnischen Anlagen über mobile Endgeräte, ist ein weiterer Brückenschlag zu Industrie 4.0 realisiert“, ergänzt Automatisierungsexperte Roos.

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