Hohe Verfügbarkeit
Angeschlossene Signalarten erkennt der Switch automatisch. (Quelle: : Pepperl+Fuchs)
Von verteilten Datenquellen zu einem standardisierten digitalen Zwilling – alle Informationen an einem Ort selbst zusammengeführt (Quelle: Pepperl+Fuchs)
Mit Ethernet hält zugleich eine einheitliche Redundanz in die Feldebene Einzug. Auf der Steuerungsebene kommt häufig die aus der Fabrikautomation bekannte Profinet-Systemredundanz S2 zum Einsatz. Ein Gerät hält dabei eine Schnittstelle mit zwei Kommunikationsbeziehungen vor – zur primären und zur Backup-Steuerung. Fällt die aktive Steuerung aus, übernimmt die andere stoßfrei und ohne nennenswerte Umschaltzeit.
Ergänzend lassen sich mit dem Medienredundanzprotokoll MRP auch die Kommunikationswege der Uplinks redundant aufbauen. Eine Ringtopologie verbindet dazu mehrere Feldverteiler mit dem Leittechnikraum. Ein Ring-Manager überwacht fortlaufend die Kommunikation und schaltet um, sobald eine Verbindung ausfällt. Die übliche Wiederherstellungszeit liegt bei rund 200 ms. So erhöht MRP die Verfügbarkeit bei der Übertragung ins Feld.
Dass das Prinzip auch bei einer hohen Gerätezahl funktioniert, zeigen Skalierungstests mit rund 240 Feldgeräten an einer redundanten Steuerung, die BASF gemeinsam mit Endress+ Hauser, Pepperl+Fuchs und mehreren Leitsystemherstellern durchgeführt hat. Planer und Betreiber kombinieren beide Konzepte – S2 und MRP – und legen die Verfügbarkeit von Steuerung, Infrastruktur und Instrumentierung entsprechend den jeweiligen Anforderungen aus.
Koordinierter Zugriff: Der digitale Zwilling
Protokolle und Übertragungsphysik liefern die Live-Daten. Für den Alltag brauchen Betreiber und Instandhalter jedoch mehr. Welche Ausführung ist verbaut? Welcher Softwarestand läuft? Wie lange lässt sich das Gerät noch beschaffen und wie heißt der Nachfolgetyp?
Selbst mit einem modernen Ethernet-APL-Gerät lässt sich nur ein Teil dieser Fragen beantworten. Die übrigen Informationen liegen verteilt in Datenblättern der Hersteller, in der Dokumentation von Anlagenbauer oder Systemlieferant, im ERP-System sowie in gewachsenen Tabellen und Notizen. Hinzu kommt, dass mit dem Generationswechsel zunehmend jenes Erfahrungswissen aus der Anlage verschwindet, das diese unterschiedlichen Informationsquellen bislang zusammenhält.
An diesem Punkt setzt die Verwaltungsschale, englisch Asset Administration Shell (AAS), an. Sie dient als einheitlicher „Behälter“ für diese Informationen, beschreibt ein Betriebsmittel herstellerübergreifend in klar abgegrenzten Teilmodellen und stellt die Daten über eine gemeinsame Schnittstelle bereit. Damit bildet sie die normative Grundlage für den digitalen Zwilling. Eine einheitliche Abfrage genügt, um die Informationen zu Geräten unterschiedlicher Hersteller zu erhalten – unabhängig davon, ob sie über 4...20 mA, Feldbus oder Ethernet-APL angebunden sind.
Für den jungen IT-Systemelektroniker heißt das ganz konkret: Er scannt den Identification Link am Gerät und bekommt die Verwaltungsschale direkt aufs Smartphone – Typenschild, Dokumentation, Ersatzteilstand, gleich daneben im selben Werkzeug die aktuelle Installationsqualität aus den Diagnosedaten des Field Switch. So hält der digitale Zwilling Abbild und Zustand eines Betriebsmittels über dessen gesamten Lebenszyklus vor, und ein Gerätetausch verläuft ohne Überraschung, weil das Lager bereits mit dem funktionskompatiblen Nachfolger bestückt ist.
Bauen alle Systeme, also Steuerung, Planung, Asset Management und ERP, auf diesem gemeinsamen Datenmodell auf, werden die Informationen systemübergreifend verfügbar. Hersteller können damit zum physischen Produkt auch dessen digitalen Zwilling bereitstellen.
Allerdings entstehen Verwaltungsschalen nicht von Hand. Die benötigten Informationen liegen meist verteilt im Produktdatenmanagement, im ERP-System oder in der Dokumentenablage. Die Digital Twin Infrastructure der Neoception GmbH übernimmt dies für unterschiedliche Anwendungsfälle: Sie erzeugt Verwaltungsschalen (AAS) automatisiert und passend zur Anfrage aus den vorhandenen Datenquellen und lässt sich in die eigene IT-Infrastruktur integrieren. Aus verstreuten Daten entsteht so Gerätewissen, das Anwendungen direkt abrufen können, statt Informationen aus einzelnen Dokumenten zusammensuchen zu müssen.
Der Weg in die Digitalisierung
Ethernet-APL bringt die Live-Daten aus der Anlage mit. Der digitale Zwilling verbindet alle Daten – über den gesamten Lebenszyklus, herstellerunabhängig, maschinenlesbar. In Summe resultiert daraus eine Anlage, die sich selbst erklärt, mit einer gemeinsamen Basis für Interoperabilität, Transparenz und Effektivität. Wer die nächste Modernisierung plant, sollte beides von Anfang an mitdenken.
Podcast mit Michael Kessler
Ergänzend zum Beitrag erläutert Michael Kessler, Executive Vice President Technology/R&D, Pepperl+Fuchs, im Podcast weitere Details zu Ethernet-APL. Außerdem geht es um die Digitalisierung von Bestandsanlagen im Allgemeinen und natürlich ist auch KI ein wichtiges Thema. Ebenso wird die Neuorganisation der internen Strukturen bei Pepperl+Fuchs besprochen. Hören Sie gerne rein: Digital Factory Journal Podcast | Digital Factory Talk