Umsetzung modularer Anlagenstrukturen im Green- und Brownfield

Die Einführung des Module Type Package (MTP) in der Prozessindustrie schreitet voran, was durch erste erfolgreiche industrielle Anwendungen belegt wird. Dennoch müssen potenzielle Anwender sich intensiv mit dem Standard auseinandersetzen, um dessen Vorteile voll auszuschöpfen. Besonders im Kontext von Brownfield-Anwendungen können die vielfältigen Szenarien zu Verwirrung führen. Dieser Überblick zeigt die verschiedenen realisierbaren Umsetzungsmöglichkeiten modularer Anlagen im Green- und Brownfield auf. 

Vorteile im Greenfield 

Im Greenfield-Bereich, bei dem Anlagen vollständig modular aufgebaut werden, bietet das MTP-Konzept zahlreiche Vorteile wie eine schnelle Markteinführung, kurze Reparaturzeiten und wirtschaftlich rentable Losgröße-1-Produktion. Solche Anlagen bestehen aus einzelnen Process Equipment Assemblies (PEAs oder Module), die durch MTP-konforme Schnittstellen maximale Flexibilität und geringen Engineering-Aufwand gewährleisten. Eine paketierte AML-Datei beschreibt alle Funktionalitäten, Steuerungselemente, Kommunikationsaspekte und die Struktur der Module. Der überlagerte Process Orchestration Layer (POL) nutzt diese Informationen, um die herstellerunabhängige Integration der Module weitgehend zu automatisieren, was ein Plug-and-Produce-Verhalten ermöglicht. Dies umfasst das Tag-Mapping und die Generierung einheitlicher Bedienoberflächen, während die Orchestrierung der Funktionalitäten manuell erfolgt.

Einsatz im Brownfield 

Das MTP-Konzept kann auch bei bestehenden Anlagen (Brownfield) eingesetzt werden. Hier wird die Funktionalität des POL häufig in bestehende SCADA- oder Leitsysteme (DCS) integriert. Ein Softwareupdate ermöglicht es bestehenden Anlagen, MTP-Module per Plug-and-Produce zu integrieren und so die Erweiterbarkeit zu verbessern. Diese Hybridarchitektur kombiniert die Vorteile beider Welten und kann schrittweise erweitert werden. Aufwendige Integration durch Mappingtabellen und zusätzliche Steuerungscodeentwicklung entfallen. Module können unabhängig vom Steuerungssystem eingebunden und schnell ausgetauscht werden, um Ausfallzeiten zu minimieren. Die Modulgröße ist variabel und kann an verschiedene Anwendungsszenarien angepasst werden, wie z. B. die Integration komplexer Analysatoren in der Prozessanalysetechnik (PAT). 

Flexibilität innerhalb der Module 

Oft wird gefordert, dass Module flexibel gestaltet sind, sodass einzelne Functional Equipment Assemblies (FEAs) ohne Neuprogrammierung der Steuerung angeschlossen oder entfernt werden können. Diese FEAs können IP67-Remote-I/O-Stationen mit Sensorik und Aktorik oder smarte Geräte sein, die direkt per Ethernet-APL an das Modul angebunden werden. Ein fest definierter Pool an kompatiblen FEAs ermöglicht deren flexible Integration auch während des Betriebs. Auf Modulebene werden verschiedene Herangehensweisen zur Unterstützung dieser Flexibilität genutzt: 

1. Maßgeschneiderte MTPs: Für jede Konfiguration gibt es ein spezifisches MTP, das die angebotenen Funktionalitäten genau abbildet. Dies ist jedoch nur für eine überschaubare Anzahl an Konfigurationen praktikabel. 
2. Bedienbilder für FEAs: FEAs werden durch dedizierte Bedienbilder dargestellt, wobei ein Hauptbedienbild und pro FEA ein zusätzliches Bedienbild enthalten sind. Diese Methode kann jedoch zu Unübersichtlichkeit führen und erfordert manuelle Bedienbildwechsel.

MTP-Gateways und Hubs 

Ein klassischer Anwendungsfall im Brownfield ist die nachträgliche MTP-Konformität eines bestehenden Prozess-Skids. Dies kann durch Integration einer zusätzlichen Steuerung als MTP-Gateway erreicht werden, die das bestehende Modul auf das MTP-Modell abbildet. Daten werden über Ethernet oder ADS-Schnittstellen ausgetauscht, sodass Controller um MTP-Funktionalität erweitert oder Geräte über serielle Schnittstellen eingebunden werden können. 

Im MTP-Hub-Ansatz werden mehrere Module auf einer Steuerung realisiert, die jeweils eine spezifische Prozesslogik MTP-konform implementieren. Diese Architektur ermöglicht eine flexible Einbindung der Module, was besonders bei vielen kleinen Modulen wirtschaftlich und technisch sinnvoll ist. Die verschiedenen SPS-Laufzeiten können im Echtzeitsystem miteinander verschaltet werden, um proprietäre Interlock- oder Safety-Logiken zwischen den Modulen zu realisieren. 

Fazit 

Durch die Kombination der verschiedenen Ansätze und die flexible Nutzung von MTP-Hubs und Gateways können sowohl Green- als auch Brownfield-Anlagen effizient und flexibel gestaltet werden. Dies ermöglicht eine schnelle Anpassung an veränderte Anforderungen und eine Minimierung von Ausfallzeiten, was die Wettbewerbsfähigkeit in der Prozessindustrie erhöht.