Verfahrenstechnik 7-8/2021

MESSEN, REGELN,

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN UNIVERSELLES INDUSTRIENETZWERK Quelle: VDI (2013), MDPI (2019) External World Management Level L4 Planning Level L3 Supervisory Level L2 Control Level L1 Field Level L0 Semantische Interoperabilität vom Feld bis zur Cloud Smarte Automatisierungsgeräte Netzwerksegmente Funktion IT-bezogen OT-bezogen OPC UA ist kein Protokoll! Es ist eine Sammlung von Technologien, die einen sicheren Austausch von standardisierten Informationen vom Sensor zur Cloud (und zurück) gewährleisten. OPC UA over ... TCP, UDP, MQTT, ... APL, SPE, 5G, TSN, ... 03 Von der Automatisierungspyramide zum Informations netzwerk len, um somit einen sicheren Austausch von standardisierten Informationen skalierbar vom Feld bis in die Cloud (und zurück) zu ermöglichen – inklusive Geräteerkennung, Onboarding und mehr. Es gibt eben nicht das eine Protokoll, das perfekt für Echtzeitmechanismen im Feld ist, aber auch Cloud-Anforderungen erfüllt: OPC UA liefert daher verschiedene Basismechanismen zur Verteilung von Informationen und nutzt dazu verschiedene unterlagerte Transportwege wie TCP, UDP, HTTPS, MQTT, REST-API...APL, SPE, 5G, TSN etc. Als Beispiel wird „OPC UA over MQTT“ vertikal in die Cloud und „OPC UA via REST“ für die Interaktion mit Webapplikationen genutzt. Die Erweiterung mit weiteren Industrie-relevanten Transportlayern In der Prozessautomatisierung wird sich (mit langem Atem) „OPC UA over APL“ als Nachfolger des heutigen De-facto-Standards Hart etablieren und sich nach und nach als neue Lösung durchsetzen – zunächst für den „North Port“ für den „zweiten Kanal“ der NOA-Diagnose, später dann auch für den „South Port als Datenkanal“. Stefan Hoppe ermöglicht erweiterte Einsatzszenarien, bietet aber auch Investitionsschutz: Mit Ethernet-APL wächst OPC UA beispielsweise in der Prozessindustrie von der Edge in die Feldebene, andere Erweiterungen sind zum Beispiel 5G für mobile Anwendungen. Der eigentliche Mehrwert oberhalb der Transportschichten sind aber viele zusätzliche OPC UA Dienste wie z. B. automatisches Puffern der Informationen bei Ausfall der Kommunikationsstrecke, Redundanz- oder Auditfunktionen. Wege zur IT-Sicherheit OPC UA bietet integrierte „by design“ Security auf verschiedenen Ebenen für das Transport-, Applikations- und Benutzerlevel. Spezifikation und Sourcecode wurde von internationalen Security Experten, z. B. dem BSI aus Deutschland analysiert, Open Source hilft zusätzlich, Vertrauen zu schaffen. Wichtig: Die Sicherheit geht über verschiedene Transportwege hinweg vom Sender bis zum Empfänger. Standardisierte Daten und deren Kontext (kurz: Semantik) zu übertragen, ist ein wesentlicher Schlüssel zum schnelleren Engineering und Verständnis von Daten. Die OPC Foundation organisiert und harmonisiert derzeit in mehr als 63 Initiativen mit anderen Organisationen: Nur durch die Kombination der OPC UA Informationstransport-Sicherheitstechnologie (das „Wie“) mit den standardisierten Datenmodellen der Partner (das „Was“) ist sichere industrielle Interoperabilität gewährleistet. Aus der Prozessindustrie haben sich Verbände wie „The Open Group“ mit dem Standard OPA-S ebenso für OPC UA als integriertem Standard entschlossen wie NOA (für den Diagosekanal), MTP und MDIS. Weitere UA-basierende Informationsmodelle sind DEXPI, PA-DIM aber auch 31 UA-Beschreibungen vom VDMA für z. B. Pumpen, Motoren, Wägetechnik und weitere Komponenten. Schutz der Anwender Die OPC Foundation könnte man (gemeint im besten Sinne) als die „Vereinten Nationen der Automation“ bezeichnen. Jede der Mitgliedsfirmen, ob groß oder klein, hat nur eine Stimme. Über die IPR Policy der OPC Foundation gewähren die über 820 Firmen einen Patentschutz zur Nutzung der OPC UA Technologie (quasi einen Nicht-Angriffs-Schutz) – nicht nur gegenseitig, sondern auch für Nicht-OPC- Mitglieder, die OPC UA implementieren oder einfach nur nutzen. Offene Spezifikationen, Open Source und ein OPC-Labor, das auch für nicht zahlende OPC-Mitglieder offen ist, bieten eine gute Grundlage zur Verbreitung der Technologie. Die OPC Foundation Field-Level-Initiative (FLC) stellt das weltweite Gravitationszentrum für die Erweiterung von OPC UA in der Feldebene dar: 320 Experten aus mehr als 65 Unternehmen arbeiten an dem gemeinsamen Ziel, den Anwendungsbereich von OPC UA auf die Feldebene zu erweitern und dabei alle Anforderungen der Feldkommunikation wie optionalen Determinismus, funktionale Sicherheit und Motion abzudecken. OPC UA wird damit als einheitlicher und durchgängig sicherer Kommunikationsstandard in der Fabrikund Prozessautomatisierung etabliert werden. Die Harmonisierung der Anforderungen aus der Prozess- und Fabrikautomation wird zu gemeinsamen Gerätediensten führen – die ersten Live-Demos werden auf der SPS im November 2021 zu sehen sein. Ausblick Ethernet-APL ist der Enabler für die nahtlose und transparente Kommunikation vom Unternehmen bis in das Feld der Anlage. Die Technologie basiert auf bekannten Installationstechniken und erschließt sich damit Veteranen und Berufsanfängern gleichermaßen. Die Kombination Ethernet-APL mit OPC UA liefert ein starkes Angebot eines durchgängigen Informationsflusses vom Feld bis in die Cloud, einschließlich End-to-End-Sicherheit über verschiedene verkettete Transportschichten. Diese Kombination wird die digitale Transformation in den nächsten Jahrzehnten gestalten. Fotos: Pexels/www.pixabay.com, Pepperl+Fuchs, OPC Foundation www.ethernet-apl.org www.pepperl-fuchs.com/apl www.opcfoundation.org/apl 34 VERFAHRENSTECHNIK 07-08/2021 www.verfahrenstechnik.de

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN Komplette HMI-Systeme Der Trend zu individualisierten Produkten und immer kürzeren Fertigungszeiten treibt die Automatisierung vieler Branchen voran. Ein Hersteller bietet seinen Kunden jetzt komplette HMI-Lösungen aus einer Hand und hat mit der Übernahme des Automatisierungsspezialisten CRE Rösler Electronic sein Produktprogramm noch einmal deutlich erweitert. CRE fertigt Industrie Panel-PCs, Industrie-Monitore und Embedded PCs für zahlreiche Branchen. Speziell für hygienekritische Bereiche wie die Lebensmittel-, Pharma- und Chemieindustrie sind Edelstahl-Panel-PCs im Programm. Die komplett geschlossenen und hygienegerecht konstruierten PCs sind für die Hochdruck-Dampfstrahlreinigung ausgelegt (IP69K) und können sogar während des laufenden Betriebs gesäubert werden. Für die absolute Dichtheit sorgt eine besondere Hygienedichtung in der aufgesetzten gewinkelten Gehäuserückwand. Die 45 mm flachen Panel-PCs werden mit vier verschiedenen Display-Größen angeboten (15, 19, 21,5 und 42") – Sondergrößen sind auf Anfrage möglich. Die Panel-PCs können auch mit Handschuhen bedient und optional mit einem RFID-Lesegerät und Bluetooth ausgestattet werden. Neben den Standard-Schnittstellen integriert CRE auf Wunsch weitere Schnittstellen. www.rose-systemtechnik.com Zuverlässiger Überspannungsschutz Die Varitector PU AC I S-Linie bietet einen steckbaren Schutz von 25 kA bei einer Breite von 1 TE. Die Komponenten sind entsprechend IEC 61643-11 zertifiziert, bieten aber weit mehr als Standardgeräte, beispielsweise einen sicherungslosen Betrieb bis 315 A. Zusätzlicher Platz, Installationsaufwand und Kosten für eine separate Vorsicherung entfallen. Ein Zeitsparer sind die steckbaren Ableiter, die den Wartungsaufwand reduzieren. Der intelligente Verriegelungsmechanismus gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb auch unter rauen Umgebungsbedingungen. Ein Kodierungssystem verhindert das Vertauschen der Ableiter. Auch für Anwendungen, in denen eine hohe Anlagenverfügbarkeit gefordert ist, eignet sich der Überspannungsschutz. Die Produkte sind leckstromfrei und dürfen gemäß der neuen technischen Anwendungsregel VDE-AR-N 4100 im Vorzählerbreich installiert werden. So kombiniert die S-Line die Eigenschaften von spannungsschaltenden und spannungsbegrenzenden Schutztechnologien zu einem Überspannungsschutz der Klasse I. Die integrierte Phase GDT-Technologie ist kompakt aufgebaut und verwendet eine spannungsschaltende Technologie mit einer sehr niedrigen Restspannung. Damit erreichen die Produkte eine marktführend niedrige Folgestromstärke, sodass auch 16-A-Sicherungen der Betriebsklasse gG nicht auslöst werden. www.weidmueller.com Neue Gehäuseserie aus Edelstahl Die neue, in Edelstahl ausgeführte SR-Gehäusebaureihe gesellt sich zu der in glasfaserverstärktem Kunststoff ausgelegten GR-Serie und komplettiert das Portfolio an flexiblen Steuerungsund Verteilungslösungen in Zündschutzart „Ex e“ (erhöhte Sicherheit). Zur Markteinführung der auf Anforderungen im Bereich chemischer und pharmazeutischer Industrien ausgerichteten GR-Serie stehen zunächst mehrere Varianten an Remote-I/O- Gehäusen zur Verfügung. Diese werden kontinuierlich durch zehn weitere Ausprägungen, wie etwa Klemmen- und Steuerkästen, Befehls- und Meldegeräte oder Lasttrenn- und Sicherheitsschalter sowie Feldbuslösungen ergänzt, sodass Anwender künftig aus einem lückenlosen Portfolio schöpfen können. Die SR-Serie umfasst über 30 Gehäusegrößen in langlebigem Edelstahl. Zur weiteren Steigerung der Kosteneffizienz sind die IP66/Nema-4X-Gehäuse immer auf eine Grundausführung reduziert. Jegliches Zubehör, wie Flanschplatten, Scharniere, Drehriegel oder Deckel-Sicherheitsverschlüsse, wird nur nach entsprechender Kundenspezifikation durch Pepperl+Fuchs integriert. Die Montage der für einen Temperaturbereich von –60 bis +120 °C zertifizierten Gehäuse am Einsatzort ist sowohl in vertikaler als auch horizontaler Ausrichtung möglich. www.pepperl-fuchs.com www.ProcessSensing.com Michell | Dew Point Instruments Aii | Oxygen Sensors Rotronic | Humidity Instruments Rotronic | Monitoring System LDetek | Trace Impurity Analyzers Dynament | Gas Safety Sensors Ntron | Oxygen Analyzers SST | Oxygen Sensors