Machine Learning zur Brennstoff- und Prozessoptimierung

Durch ein frühzeitiges Erkennen von ungewöhnlichen Verhaltensmustern lassen sich Störungen und Änderungen in den Verbrennungsprozessen vermeiden. Das betrifft zum Beispiel Gasschwankungen, die Anpassung von Lastkurven sowie die effektive Aussteuerung von Aktoren und Stellklappen. Zu diesem Zweck kommt die „PLCnext Technology“ von Phoenix Contact inklusive der Softwarelösung „MLnext“ zum Einsatz. Der vorausschauende Ansatz bietet außerdem weitere potenzielle wirtschaftliche sowie nachhaltige Vorteile:

• höhere Gesamtanlageneffektivität (OEE) in den Thermoprozessmaschinen– etwa einer IS-Maschine in der Glasindustrie – und damit eine deutliche Reduzierung des Ausschusses,
• effektives und smartes Betreiben der Brennstoff-Luft-Verhältnisse und der elektrischen Heizsysteme durch das Einsparen von teurer externer Hardware, beispielsweise Automaten, Dichtigkeitskontrollsystemen oder Temperaturreglern sowie
• fabrikübergreifende intelligente und zustandsbasierte Überwachung des Prozesses unter Einbindung sicherheitsrelevanter
  Sensorik zur Messung von Emissionen, des Ofen-, Kaminzug- und Herdraumdrucks, der klassischen Maschinensicherheit sowie verschiedener Temperaturen und Drücke.

Über den Online-Marktplatz „PLCnext Store“ des Ecosystems stellt Phoenix Contact neben vielen weiteren Apps das Machine-Learning-System „MLnext“ bereit. Es unterstützt die Fachleute unter anderem darin, Fehlverhalten in industriellen Feuerungen zu beherrschen sowie die Emissionen vorausschauend zu verbessern. Für die Prozessoptimierung benötigt „MLnext“ lediglich eine Steuerung oder ein Edge Device mit einer Container-Visualisierung, zum Beispiel eine Docker-fähige „PLCnext“-Steuerung.

Damit sich diese Methoden nachträglich einfach und kostengünstig in die weltweit installierten Thermoprozessmaschinen und -anlagen integrieren lassen, hat Phoenix Contact die Initiative Digital Factory now entwickelt, die dem Leitbild der All Electric Society folgt. Das Leitbild beschreibt eine Welt, in der Energie aus erneuerbaren Ressourcen überall in ausreichendem Maße und bezahlbar zur Verfügung steht. Zur Umsetzung der All Electric Society bietet die Digital Factory skalierbare, standardisierte sowie funktional und datentechnisch sichere Automatisierungslösungen auf Basis des offenen Ecosystems „PLCnext Technology“. Abgedeckt werden die Netzwerk- und Kommunikationstechnik, Netzwerksegmentierung sowie die Datenerfassung und -auswertung mit IIoT- und ML-Konzepten. Mit den Lösungen kann der Maschinen- und Anlagenbauer, Systemintegrator oder der Betreiber auf die jeweilige Anwendung zugeschnittene Produkte und Systeme implementieren.

Zertifizierung der funktionalen und Datensicherheit

In diesem Zusammenhang setzt die OT-Security-Zertifizierung der Produktfamilie „PLCnext Control“ durch den TÜV Süd gemäß IEC 62443-4-2 in Verbindung mit der bestehenden Safety-Zertifizierung neue Maßstäbe. Bei der IEC 62443 handelt es sich um den international führenden Standard für OT-Security. Die funktionale Sicherheit der Steuerungen entspricht den Safety-Normen IEC 61508, ISO 13849 und IEC 62061. Um erfolgreiche Automatisierungslösungen zu realisieren, müssen in Zukunft beide Sichtweisen miteinander verknüpft werden. Aufgrund der Forderung nach Manipulationsschutz und der Einbeziehung des Fernzugriffs auf Maschinen und Anlagen rückt der Aspekt der OT-Security in der kommenden Maschinenverordnung stärker in den Fokus. Die zertifizierte Produktfamilie „PLCnext Control“ setzt die Anforderungen bereits jetzt um (Bild 4).

Signalanbindung durch intelligente Trenner

Die Praxis zeigt, dass die Anwender das vorhandene Brennstoff-Luft-Verhältnis an neue Brennstoffe anpassen müssen. Im laufenden Prozess nutzt sie dazu ein paralleles Sensorsystem, das den Betrieb, die Funktions- und Prozesssicherheit oder alternativ das DCS- oder MES-System nicht beeinträchtigt. Ferner steigt der Bedarf an künstlicher Intelligenz (KI) zur Effizienzerhöhung. Gleichzeitig sind die existierenden Infrastrukturen in ein gemäß IEC 62443 segmentiertes Netzwerk zu überführen, sodass Datenkollisionen oder illegale Fernzugriffe verhindert werden.

Beides lässt sich parallel erreichen. Zu diesem Zweck werden die Feldsignale mit den kompakten und sicheren Signaltrennern der Produktfamilie Mini Analog Pro in Kombination mit der frei verfügbaren App „PLCnext IIoT Framework“ an eine „PLCnext“-Steuerung oder ein „PLCnext Edge Device“ angeschlossen. Zudem stellt Phoenix Contact schlüsselfertige, frei konfigurierbare Thermoprozess-Schaltschränke bereit. Dort lassen sich die Signale direkt sicherheitsgerichtet verarbeiten, normalisieren, standardisieren sowie in Echtzeit bidirektional über das freie Framework sowie ohne weitere Datensilos an die entsprechenden Geräte auf der IT-/Cloud-, ERP-/MESoder DCS-Seite versenden. So spart der Anwender Platz, Hardware und vor allem Engineering-Zeit. Bei Bedarf kann die App „MLnext“ die Informationen aus den verschiedenen Medien, Sensoren, Aktoren, Brennstoffen und Systemen On-Premise oder im nachgelagerten Server einer Cloud –beispielsweise Proficloud.io von Phoenix Contact – virtualisieren (Bild 5).