FDI-Technologie in den Startlöchern

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2 VERFAHRENSTECHNIK 9.16 Smart Tech 53 SCHWERPUNKT FELDGERÄTEINTEGRATION FDI-Technologie in den Startlöchern Im September 2011 schlossen sich Interessensverbände und Unternehmen rund um den Erdball mit dem Ziel zusammen, EDDL und FDT zur Integration von Feldgeräten in einer einzigen Lösung zu verknüpfen. Doch welche Erleichterungen bringt die FDI-Spezifikation der Automatisierungsbranche und welche Bedeutung hat sie für Industrie 4.0?

3 54 Smart Tech 9.16 VE R F A H R E N S TE C H N I K die Leitebene blieb nicht ungehört. Im Herbst 2011 vereinigten sich die Interessenverbände FDT Group, Fieldbus Foundation Profibus & Profinet International, Hart Communication Foundation sowie die OPC Foundation zur Entwicklung eines gemeinsamen FDI-Standards (Field Device Integration). In den Organisationen vertreten waren Firmen wie Siemens, Endress+Hauser, ABB, Emerson, Honeywell, Invensys und Yokogawa. Nach jahrelangem intensivem Engagement aller Beteiligten gab im November 2014 die FDI Corporation LLC anlässlich der Hauptsitzung der NAMUR, internationaler Verband der Anwender von Automatisierungstechnik der Prozessindustrie, die Freigabe der FDI-Spezifikation bekannt. Damit können Hersteller von Produkten der Automatisierungstechnik weltweit FDI-kompatible Produkte und Host-Systeme entwickeln. Herzstück ist ein zentraler Gerätetreiber, das FDI Device Package. Es enthält die Feldgeräteinformation wie Parameter oder Diagnosen, Gerätefunktionen sowie das User Interface zur Darstellung und Veränderung der Geräteparameter und zur Bedienung der Funktionen. Damit erleichtert es Betrieb, Konfiguration, Wartung und Entwicklung von Feldgeräten und deckt die Funktionalität ab, wie sie bis dahin EDD und FDT mit unterschiedlichen Stärken und Schwächen boten. Damit scheint der Grabenkampf zwischen diesen Technologien endgültig beseitigt. Als Grundlage dient ein beschreibendes Element, das in einem FDI-kodierten Dateiformat EDD-Informationen zu Gerät, Logik und User Interface (UID) zur Verfügung stellt. Es galt, die EDDL-Spezifikation anzupassen, also Sprachkonstrukte, die nicht protokollspezifisch sind, uneingeschränkt nutzbar zu machen. Zudem mussten einheitliche Entwicklungs- und Testwerkzeuge sowie Interpreter-Komponenten vorangetrieben werden, um etwaige Risiken für die Interoperabilität von FDI zu vermeiden. kann die FDI-Spezifikation zur Entwicklung seiner Produkte benutzen, denn dank der einheitlichen, protokollübergreifenden und integrierten Entwicklungsumgebung kann er qualitativ hochstehende und zuverlässige FDI Device Packages für Foundation Fieldbus-, Hart-, Profibus- und Profinet-Geräte realisieren», sagt Dr. Jürgen Ficker: «Der Benutzer verfügt so über eine technisch kompatible Lösung, egal für welchen Hersteller er sich entscheidet.» Den offenen Zugang zur Geräteinformation ermöglicht eine herstellerunabhängige OPC-UA-Schnittstelle. Damit können Benutzer beispielsweise mit Monitoring-Werkzeugen auf Geräteinformationen zugreifen, ohne zusätzlichen Kommunikationskanal. Technologie für die 4.0-Welt. Für das Konzept Industrie 4.0 ist die FDI-Technologie ganz wesentlich. Indem jedes Feldgerät einer Anlage durch ein FDI-Package beschrieben wird, ermöglicht der FDI-Server übergeordneten Systemen den Zugriff auf das Informationsmodell jedes einzelnen Gerätes. «Das heisst, auch Geräte der installierten Basis können ein aktiver Teil eines Industrie 4.0 fähigen Systems sein und Informationen direkt aus der Feldebene bereitstellen», bilanziert Jürgen Ficker. Folgerichtig wird FDI in der Referenzarchitektur Industrie 4.0 (RA- MI) als Technologie für den Information Layer und den Functional Layer vorgeschlagen. Siemens als Komplettanbieter von Hostsystemen und Feldgeräten spielte bei der Entwicklung von FDI eine Vorreiterrolle, inves- F eldgeräte liefern eine Vielzahl von Messwerten und Diagnoseinformationen, die zur Beurteilung eines Anlagenzustands unersetzlich sind. Aber durch die unterschiedlichen Systeme und Kommunikationsanbindungen wird die Integration der Prozessinstrumentierung in die Prozessautomatisierung zur anspruchsvollen Aufgabe, die manchen Automatisierungsspezialisten viel Aufwand kosten kann. Weltumspannende Koordination. Der Ruf der Prozessindustrie nach einem einheitlichen Standard zur Integration der Feldgeräte in Einigung rund um den Globus: eine Meisterleistung. «Im Prinzip ging es darum, die beiden Integrationstechnologien für Geräteeinbindung, Maintenance- und Diagnose, EDDL und FDT, sinnvoll zu verbinden», erklärt Dr. Jürgen Ficker vom globalen Produktmanagement der Prozessinstrumentierung bei Siemens in Karlsruhe: «Mit FDI Device Packages können Hersteller von Automatisierungstechnik Geräte einfacher entwickeln und integrieren. Für jedes Gerät müssen sie nur ein einziges einheitliches FDI Device Package erstellen und können dieses für sämtliche Host-Systeme und Tools verwenden.» So lassen sich die Entwicklungskosten reduzieren und wichtige Funktionen trotzdem beibehalten und erweitern. «Der Hersteller

4 tierte ein hohes Mass an Know-how und Ressourcen in diesem internationalen Zusammenschluss. Als erster Prototyp von Siemens entstand der Process Device Manager Simatic PDM mit integrierter FDI- Funktionalität. Dieses universelle Parametrier- und Servicetool konnte bereits zu einem frühen Zeitpunkt im November 2013 FDI Packages importieren. Mit dieser erweiterten Funktionalität wird Siemens in naher Zukunft eines der ersten Hostsysteme mit FDI auf den Markt bringen. Trotzdem besteht für den Kunden kein Zwang, auf die neue Technologie umzusteigen, wenn er sein Siemens Automatisierungssystem oder Gerätemanagementtool für die bereits installierte Basis von Feldgeräten hochrüstet. Bisherige Integrationsarten werden weiterhin unterstützt, damit der Anwender freie Wahl hat. Doch die Zukunft gehört der FDI-Integrationstechnologie, da zukünftig Feldgerätehersteller prioritär FDI- Gerätebeschreibungspakete anbieten. «Das Zusammengehen der wichtigsten Player auf internationaler Ebene, das dieses Resultat erst ermöglichte, ist eine grosse Leistung», bestätigt Jürgen Ficker: «FDI ist ein wichtiger Schritt zu weniger Komplexität und optimiertem Kundenservice.» Fokus auf Prozessautomatisierung. Mitkämpfer der ersten Stunde für die FDI-Spezifikation ist Endress+Hauser, Spezialist für Industrielle Messtechnik und aktiv unterwegs in der reinen Prozessautomatisierung sowie in den hybriden Industrien (Lebensmittelindustrie, Pharma und Wasser/Abwasser). Letztere Bilder: istockphoto

5 56 Smart Tech 9.16 VE R F A H R E N S TE C H N I K setzen heute ihren Schwerpunkt sehr stark auf FDT-Technologie. Doch Prozessautomatisierung fokussiert auf EDD. Diese garantiert den direkten und einheitlichen Zugriff auf alle Daten in Geräten. Damit lässt sich die Funktionalität von Feldgeräten der Prozessautomatisierung in Kontroll- und Asset-Management Systeme integrieren. Die Prozessautomatisierung stellt grosse Ansprüche an den Lebenszyklus einer Anlage, also an die Integration von Geräten in diese Systeme, denen nur FDT gerecht werden kann. «Die Kunden wünschen Unterstützung für bestehende Anlagen über den gesamten Lebenszyklus hinweg. Der Bestandsschutz der Anlagen hat für sie Priorität vor der Nutzung einer neuen Technologie», erklärt Bastian Engel, Team Leader Technology Marketing bei Endress+Hauser. FDT hat die Kommunikationsschnittstelle zwischen Feldgeräten und Systemen standardisiert, unabhängig vom Kommunikationsprotokoll und die Softwareumgebung von Device oder Hostsystem, unterstützt alle Netzwerk-Topologien. Aufgrund der Kundenforderungen setzt Bastian Engel auf bewährte Technik, kombiniert mit dem neuen Standard. Damit Kunden aus der FDI-Technologie den grössten Nutzen ziehen können, schlägt er die Nutzung eines FDI-Interpreters DTM (idtm) vor, der in allen FDT-Frames läuft. Dieser interpretiert die FDI-Packages und stellt dank FDT- Technologie ein vollständig lauffähiges DTM dar. Dies garantiert Investitionsschutz, da Anwender mit den bewährten FDT-Tools arbeiten und neu entwickelte FDI Packages in ihre gewohnte und funktionierende Asset- Management-Umgebung ohne zusätzliche Kosten für Training und Softwaretools integrieren können. FDI ist ein sinnvoller Schritt hin zu plug-and-play für Prozessautomation Bastian Engel, Endress+Hauser Geräte der installierten Basis können aktiver Teil eines Industrie 4.0 fähigen Systems sein Dr. Jürgen Ficker, Siemens Eine Lösung für alle Protokolle. «Im Rahmen der Entwicklungsarbeiten zur FDI-Technologie wurden alle Schnittstellen zwischen FDIund FDT-Technologie aufeinander abgestimmt, getestet, und gingen in die FDI- Spezifikation ein», präzisiert Bastian Engel: «Für den Anwender bedeutet das, dass er stets mit einer stabilen Integrationstechnologie rechnen kann, ungeachtet des später im Einsatz stehenden Kommunikationsprotokolls. Er kann weiterhin gerätespezifische DTMs, FDI Packages oder EDDs in seinem FDT Frame verwenden.» Die universelle Gerätekonfiguration bei Endress+Hauser heisst Field Care SFE500, ein Tool für die Feldgeräte-Konfiguration mit Funktionalitäten von der Geräteparametrierung bis zu Lösungen für die Zustandsüberwachung. Damit lassen sich alle intelligenten Feldgeräte einer Anlage konfigurieren und verwalten. Dank Anzeige der Statusinformationen ist der Zustand der Feldgeräte jederzeit überprüfbar. FieldCare ist skalierbar und kann je nach Lizenz an unterschiedliche Bedürfnisse angepasst werden. Der Anwender findet hier Gerätekonfiguration, Instandhaltungsmanagement, zustandsabhängige Wartung und Life Cycle Management. Will er die Funktionalität vergrössern, ist dies mit Field Care jederzeit möglich. «FDI ist ein sinnvoller Schritt hin zu plugand-play für Prozessautomation», bilanziert Bastian Engel: «Kombinieren wir Technologien wie FDT-Frame und FDI, hat der Anwender die freie Wahl für eine nahtlose Integration von Geräten und Systemen. Damit kann er die geeignetsten Geräte für seine Zwecke nutzen.» Für den Informatiker steht fest: FDT Frames begleiten uns auch in Zukunft, aber DTMs werden durch i-dtms aus FDI Packages für die Prozessautomatisierung entstehen. Und FDT wird einen wesentlichen Beitrag an die Industrie 4.0 leisten, denn ihr Hauptfokus ist eine breite Nutzung in Prozess- und Fabrikautomatisierung mit überzeugten Anwendern auf allen Ebenen und mit spezifischen Möglichkeiten in Asset Management. Watson lässt grüssen. Die vernetzte sichere Wertschöpfungskette für die Industrie 4.0 der Zukunft zeigte IBM an der Hannover Messe Es ging darum, einzelne Sensordaten zu erfassen, zu konsolidieren und auszuwerten, daraus Vorhersagen für Predictive Maintenance abzuleiten und Ratschläge vom kognitiven System Watson im Fall unvorhergesehener Probleme zu erhalten. Wir erinnern uns, dass Watson im Jahr 2011 in der US-amerikanischen Quizsendung Jeopardy! die menschlichen Kandidaten an die Wand spielte.

6 VERFAHRENSTECHNIK 9.16 Smart Tech 57 Zur Umsetzung diente IBM ein Pilotprojekt mit Traktorhersteller John Deere am Produktionsstandort Mannheim, dem grössten ausserhalb Nordamerikas. Als Basis der flexiblen Vernetzung von Mensch, Maschine und Produkt dient eine Smart-Manufacturing-Plattform mit serviceorientierter Architektur. Herzstück davon ist der Smart Manufacturing Bus für die vertikale Integration der Prozesse. Er besteht aus dem IBM Integration Bus, der unterschiedliche Datenprotokolle verarbeitet, und dem IBM Operational Decision Manager, welcher die individuelle Definition von Regeln gewährleistet, wesentliche Voraussetzung für die Selbststeuerung von Produktionsprozessen. Für John Deere wählte das Team ein Assistenzsystem für die Montagearbeitsplätze, Verwendete Abkürzungen FDI = Field Device Integration EDD = Electronic Device Description EDDL = Electronic Device Description Language FDT = Field Device Tool DTM = Device Type Manager Material Kitting via Pick2Light für die Materialbereitstellung, automatische Identifizierung und Lokalisierung smarter Bauteile und anderer Objekte via RFID sowie die Integration von Smart Tools in die Shop-Floor- Ebene. Zudem schufen die Forscher durch Systembausteine die Grundlagen für selbststeuernde Logistik- und Produktionsprozesse, die auf ungeplante Ereignisse reagieren und sich mit definierten Regeln selbst steuern. Die Herausforderung bei John Deere besteht in den individuellen Kundenwünschen: kein Produkt ist mit dem anderen vergleichbar, was in der Produktion höchste Flexibilität erfordert. Entsprechend setzten die Projektpartner auf modulare Integration von Komponenten unterschiedlicher Hersteller mit Lösungsansätzen verschiedener Projektpartner. In wenigen Wochen realisierten sie gemeinsam Entwicklung, Design und Implementierung. Als die Hannover Messe im April 2016 öffnete, konnten Besucher verfolgen, wie Watson im Fall von Maschinenproblemen an Montagearbeitsplätzen helfend eingreifen kann. Und das geht so: Watson erhält ein Foto des betreffenden Arbeitsplatzes, identifiziert die Maschinerie im Handumdrehen, nimmt Kontakt auf und erkennt das Problem. Via Tablet und natürliche Sprache schlägt er dem Mitarbeiter eine Lösung vor. Das ermöglicht eine reibungslose Produktion und damit eine Steigerung der Produktivität! AUTOR Elsbeth Heinzelmann, Journalistin Wissenschaft & Technik INFOS Endress+Hauser (Schweiz) AG CH-4153 Reinach BL Tel info@ch.endress.com, IBM Forschungslabor Zürich CH-8803 Rüschlikon Tel cia@zurich.ibm.com, Siemens Schweiz AG CH-8047 Zürich Tel industry.ch@siemens.com,