Anlagenüberwachung und
-optimierung mit NOA
Anlagenüberwachung und
-optimierung mit NOA
Anlagenüberwachung und
Anlagenüberwachung und
Anlagenüberwachung und
Konzepte wie Industrie 4.0 und Internet of Things basieren darauf, sämtliche Betriebsdaten einer Anlage zu sammeln und für verschiedene Anwendungen zugänglich zu machen. Diese Daten werden in Analysetools ausgewertet, um z. B. Ausfälle von Feldgeräten frühzeitig erkennen zu können. Außerdem lassen sie sich zur Prozessoptimierung und Produktivitätssteigerung nutzen. Besonders in bestehenden Anlagen stellt die Umsetzung von IoT-Konzepten jedoch eine Herausforderung dar, da die nötigen Informationen aus den Feldgeräten in der vorhandenen Automatisierungsarchitektur nicht erfasst werden.
Die Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik in der Prozessindustrie (NAMUR) hat deshalb die NAMUR Open Architecture (NOA) entwickelt. Das in der NAMUR-Empfehlung NE175 beschriebene Konzept verfolgt den Ansatz, die Automatisierungsarchitektur zu erweitern, ohne dabei die bestehende Steuerung zu verändern. Die Kernaufgabe der NOA besteht daher in der Bereitstellung von Informationen aus der Feldebene für übergeordnete Anwendungen, um die Anlage zu überwachen und zu optimieren (M+O). Diese Funktion kann durch zusätzliche Hardware und/oder Software realisiert werden. Welche Daten aus der Feldebene weitergeleitet werden, hängt von den verwendeten Feldgeräten und den Analysetools ab. Der Fokus liegt dabei auf zyklisch auszulesenden Parametern, die Informationen zu Gerätezustand oder Prozessqualität beinhalten.
- Aufrüstung und Optimierung bestehender Anlagen und Geräte ohne Änderung der Kernprozesssteuerung
- durchgängige Datenerfassung über sicheren zweiten Kanal
- vorrausschauende Wartung für Felderäte
- schneller Austausch fehlerhafter Feldgeräte
- Installation zusätzlicher Feldgeräte für die Anlagenüberwachung
NOA realisieren mit Beckhoff
Speziell für das Auslesen zusätzlicher Betriebsdaten für das übergeordnete M+O hat Beckhoff ein NOA Edge Device entwickelt. Das Edge Device, bestehend aus einem kompaktem Embedded-PC, EtherCAT-Klemmen mit HART-Funktionalität und einem entsprechenden TwinCAT-Projekt, kann direkt in der Anlage platziert werden.
Funktionen des NOA Edge Devices von Beckhoff:
- Nutzung des unabhängigen zweiten Kanals eines Signaltrenners
- Verwendung des weit verbreiteten HART-Protokolls zur Feldgerätekommunikation
- Konvertierung und Übersetzung der ausgelesenen Daten
- Mapping der Parameter auf ein definiertes Datenmodell
- Verwendung von standardisierten Informationsmodellen wie PA-DIM
- automatische Anpassung des OPC UA Informationsmodells je nach verbundenem Gerätetyp
NOA-Konzepte
Besonders für Brownfield-Anwendungen hat das NOA-Konzept viel Potential. Bestehende Anlagen müssen durch Um- bzw. Aufrüsten zukunftssicher gemacht werden: Durch die einfache Überwachung und Optimierung von Anlagen sollen Kosten reduziert und der Output erhöht werden – ohne die aktuelle Prozesssteuerung zu verändern. Deshalb werden zusätzliche Komponenten für das Sammeln der bisher nicht genutzten Daten aus der Feldebene hinzugefügt. Für diesen Einsatzzweck wurde das Beckhoff NOA Edge Device entwickelt. Durch den kompakten Aufbau kann es platzsparend in die bestehenden Strukturen der Anlage integriert werden. Je nach vorhandener Infrastruktur bietet Beckhoff verschiedene Lösungen zum Erfassen der Feldgerätedaten. Für alle im Folgenden vorgestellten Szenarios ist die Rückkopplung und Veränderung von Feldgerätedaten über das NOA Edge Device ausgeschlossen.
Mit Speisetrenner
Viele marktübliche Speisetrenner (Barrieren) bieten für die Anbindung an I/O-Systeme zwei unabhängige Schnittstellen. Die erste wird üblicherweise für die Anbindung an das Leitsystem genutzt, um den Messwert vom Feldgerät zu übertragen. Der NOA-Seitenkanal kann hier zusätzlich eröffnet werden, indem an der zweiten Schnittstelle eine EtherCAT-Klemme EL6184 als HART-Master angeschlossen wird.
Ohne Speisetrenner
Kommt kein Speisetrenner zum Einsatz, ist das Feldgerät direkt an die I/O-Ebene des Leitsystems angebunden. Zum Auslesen der Vitalitätsdaten kann die EtherCAT-Klemme EL6184 parallel an die vorhandenen I/O-Module angeschlossen werden. Durch einen großen Innenwidertand kommuniziert die EL6184 über das HART-Protokoll, ohne den über das 4…20 mA-Signal übertragenen Messwert zu verfälschen.
Über Profibus-Remote-I/O
Sind die Feldgeräte über HART-fähige Profibus-Remote-I/Os mit dem Leitsystem verbunden, ist eine zentrale Ausschleusung der NOA-Daten sinnvoll. Dazu wird ein Gateway in das Profibus-Netzwerk integriert. Dieses Gateway erlaubt das Senden von HART-Kommandos an die Feldgeräte. Das NOA Edge Device liest die Feldgeräte-Daten in diesem Szenario über OPC UA aus dem Gateway aus und stellt die Daten aller angeschlossenen Feldgeräte in einem entsprechendes Informationsmodell (PA-DIM) zur Verfügung.
Auch für Greenfield-Anlagen bietet das NOA-Konzept Vorteile. Beispielsweise ist das direkte Übermitteln von Vitalitätsdaten einzelner Anlagenmodule an den jeweiligen Hersteller möglich, welcher so entsprechende Ersatzteile bereitstellen oder Wartungsarbeiten initiieren kann. Besonders in Verbindung mit dem Module Type Package (MTP) ist dieser Ansatz sinnvoll.
Schon bei der Planung der Anlage können zusätzliche überwachende Sensoren verbaut und damit mehr Daten für die Überwachung und Optimierung bereitgestellt werden. Neue Technologien wie Ethernet-APL ermöglichen eine einfachere Umsetzung, da über die Ethernet-Verbindung Prozess- und Vitalitätsdaten gleichzeitig übertragen werden können. Die Verarbeitung und Übersetzung der Daten kann dabei unabhängig von dem verwendeten Protokoll in der Automatisierungssoftware TwinCAT umgesetzt werden.
FAQ zu NOA
Das NOA Edge Device kann mit zusätzlichen I/O-Klemmen so lange flexibel erweitert werden, bis die gewünschte Anzahl an Kanälen erreicht ist – es existiert kein Limit für den Anschluss von Feldgeräten. Softwareseitig werden die Daten aus allen angeschlossenen Kanälen über den OPC UA Server zur Verfügung gestellt.
Nein, das NOA Edge Device ist auch mit anderen Kommunikationsprotokollen kompatibel. Durch die Erweiterung mit entsprechenden I/O-Klemmen können auch Feldgeräte über andere Protokolle angeschlossen und flexibel in einem Edge Device miteinander kombiniert werden.
Zentraler Bestandteil des NOA Edge Device ist ein Industrie-PC. Auf diesem können neben der NOA-Funktionalität auch weitere Softwarekomponenten ausgeführt werden, z. B. für Condition Monitoring oder Energiemanagement. Dazu müssen lediglich die I/O-Klemmen erweitert und die entsprechenden Softwarebausteine integriert werden.
Auch für Ihre Edge-Device-Anwendungen außerhalb der Prozessindustrie bieten wir die passenden Lösungen.
Weitere Produkte und Lösungen für Ihre Anlage
Ethernet-APL
EtherCAT-Klemme ELX6233 ermöglicht vollständige Datenerfassung für die Prozessindustrie mit dem Kommunikationsstandard Ethernet-APL.
Module Type Package (MTP)
TwinCAT MTP integriert das Module Type Package-Konzept in das Engineering und ermöglicht die effiziente Entwicklung modularer Anlagen.
ELXxxxx | Explosionsschutz (Ex i)
Die EtherCAT-Klemmen der ELX-Serie, mit eigensicheren Ein-/Ausgängen, erlauben den Anschluss von Feldgeräten bis in Zone 0/20.
EPXxxxx | Explosionsschutz (Ex i)
Die EtherCAT-Box-Module der EPX-Serie, mit eigensicheren Ein-/Ausgängen, erlauben den Anschluss von Feldgeräten bis in Zone 0/20.