Maximale Anlagenverfügbarkeit für die Öl- und Gasindustrie

Das Steuerungssystem für die Prozessautomatisierung

Mit einem durchgängigen Komponentenbaukasten und einem tiefen, branchenübergreifenden Know-how realisiert Beckhoff offene Automatisierungssysteme auf der Grundlage PC-basierter Steuerungstechnik. Dabei werden alle Steuerungsfunktionen, wie SPS, Visualisierung, Cloud-Anbindung, Sicherheits- und Messtechnik auf einer durchgängigen Plattform integriert. Für die Öl- und Gasindustrie steht ein umfassender Komponentenbaukasten zur Realisierung ganzheitlicher Lösungskonzepte zur Kommunikation von Zone 0/20 bis in die Cloud zur Verfügung.

PC-based Control für die Öl- und Gasförderung:

• durchgängige Plattform zur Automatisierung aller Prozesse und Anlagen
• Integration aller Steuerungsfunktionen in einem System
• hohe Interoperabilität dank offener Schnittstellen in Hard- und Software
• Steuerungs- und Kabelredundanz für erhöhte Anlagenverfügbarkeit
• PC-basierte Steuerungstechnik ist weltweit und branchenübergreifend etabliert

Ideal geeignet für die Öl- und Gasindustrie: der offene Feldbus EtherCAT

Als universell einsetzbarer und offener Highspeed-Feldbus eignet sich EtherCAT für alle Einsatzbereiche, von SPS und Antriebstechnik über Sensorik bis zur Mess- und Sicherheitstechnik. Mit EtherCAT benötigen Sie nur eine einzige Kommunikationstechnologie für Ihre gesamte Anlage und können zudem von der Sicherheit und optimalen Performance der durchgängigen EtherCAT-Architektur profitieren. Die EtherCAT-basierte Steuerung ist außerdem offen hinsichtlich der Integration von 3rd-Party-EtherCAT-Geräten sowie der Einbindung anderer Feldbussysteme.

Vorteile von EtherCAT für die Öl- und Gasförderung:

• große Auswahl EtherCAT-kompatibler Sensoren und Aktoren im Markt
• schnelle Fehlerbeseitigung durch Diagnosefunktionen
• Extended-Distance-Technologie für Datenerfassung in verteilten Arealen
• Kabelredundanz für hohe Anlagenverfügbarkeit
• schlanke Anlagenverkabelung durch Remote-I/O

TwinCAT: die Steuerungsplattform für die Öl- und Gasindustrie

Mit der Automatisierungssoftware TwinCAT bietet Beckhoff eine zentrale Plattform zur Steuerung von Anlagen in der Öl- und Gasindustrie. Neben der klassischen Prozessführung im SPS-Programm können auch in C++, MATLAB^® und Simulink^® geschriebene Algorithmen in Echtzeit ausgeführt werden. Mit der umfassenden Integration spezifischer Prozesstechnik-Protokolle und -Schnittstellen wird der Einsatzbereich von PC-based Control für die Prozessautomatisierung erweitert. Durch die Unterstützung der gängigen Standards, wie NAMUR, HART und FDT/DTM, deckt TwinCAT die Anwendungsbereiche branchenspezifischer Applikationen ab.

TwinCAT-Highlights für die Öl- und Gasförderung:

• steuerungsintegrierte Industrie-4.0- und IoT-Anwendungen
• modulare Anlagenautomation mit TwinCAT MTP
• TwinCAT Controller Redundancy für erhöhte Anlagenverfügbarkeit
• umfassende Datenauswertung mit Analytics-Funktionen
• Unterstützung gängiger Standards wie NAMUR, HART und FDT/DTM

Elegante Ex-Panels: die CPX-Serie im robusten Aluminiumdesign

Mit den Modellen der CPX-Panel-Serie ist die bewährte Multitouch-Technologie der Beckhoff Control Panels und Panel-PCs in besonders robuster Ausführung verfügbar und erfüllt die Anforderungen für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 2/22. Die hohe Funktionalität und die hochwertige Verarbeitung sichern die Langlebigkeit der CPX-Panels auch unter rauen Umgebungsbedingungen. Das umfassende CPX-Portfolio umfasst eine große Auswahl an Formaten, Größen, Montageoptionen und Leistungsmerkmalen. Die lüfterlosen Panel-PCs bieten darüber hinaus eine zuverlässige Anlagensteuerung.

Multitouch-Panels für die Öl- und Gasindustrie:

• kapazitive Touch-Technologie für optimierte Bedienung
• hochwertiges Design
• robust und langlebig
• flexible Montage
• bis zu 100 m Abstand zwischen Ex-Panel und Industrie-PC mit CP-Link 4

Anschluss von Ethernet-APL-Feldgeräten ans modulare I/O-System

Die zunehmende Digitalisierung, insbesondere zur Anlagendiagnose und -überwachung, ist auch in der Öl- und Gasförderung eines der zentralen Themen. Dabei stellen die meist weit verteilten verfahrenstechnischen Anlagen besondere Anforderungen, denen der speziell hierfür entwickelte Standard Ethernet-APL mit 10 MBit/s Übertragungsrate bei bis zu 1.000 m Leitungslänge gerecht wird.

Beckhoff integriert die Ethernet-APL-Technologie in das modulare Klemmenportfolio. Die kompakte ELX6233 kann in Kombination mit weiteren EtherCAT-Klemmen im Schaltschrank montiert werden. Pro ELX6233-Klemme lassen sich zwei Ethernet-APL-Feldgeräte anbinden. Wie alle EtherCAT-Klemmen der ELX-Baureihe ermöglicht die ELX6233 den direkten Anschluss von eigensicheren Feldgeräten aus Zone 0.

Durchgängige Kommunikation vom Sensor bis in die Cloud

Eine vernetzte Steuerung ist in der Öl- und Gasförderung entscheidend, um die reibungslose Kommunikation über dezentrale Anlagenteile hinweg sicherzustellen. Aufgrund der Offenheit stellt PC-based Control die optimale Basis für entsprechende Industrie-4.0- und IoT-Konzepte dar: Flexible Schnittstellen in Soft- und Hardware ermöglichen sowohl die horizontale Integration als auch die vertikale Anbindung, z. B. an überordnete Leitsysteme.

Für die Kommunikation zwischen der Anlagensteuerung und cloudbasierten Diensten steht die Softwarebibliothek TwinCAT IoT zur Verfügung. Sie unterstützt die standardisierten Protokolle OPC UA, AMQP und MQTT zur Kommunikation mit gängigen Cloud-Systemen, wie Microsoft Azure™, Amazon Web Services sowie Private-Cloud-Systeme im unternehmenseigenen Netzwerk.

Integrierte Steuerungsredundanz erhöht die Anlagenverfügbarkeit

In der Öl- und Gasförderung spielt die Anlagenverfügbarkeit eine entscheidende Rolle. Um sie zu erhöhen, können mithilfe redundanter Architekturen Ausfälle einzelner Steuerungskomponenten abgesichert werden. Für den redundanten Steuerungsbetrieb steht TwinCAT Controller Redundancy zur Verfügung.

Mit der systemintegrierten Softwarelösung lassen sich zwei Standard-Industrie-PCs als redundante Steuerungen betreiben, die beide das gleiche SPS-Programm ausführen. Eine zusätzliche, hoch performante Netzwerkverbindung zwischen beiden Steuerungen sorgt für die erforderliche Datensynchronisation. Zum Einsatz kommt dabei Standard-Ethernet, sodass keine dedizierten Hardware-Komponenten benötigt werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass nur einer der beiden Industrie-PCs die Feldbuskomponenten zu einem bestimmten Zeitpunkt anspricht und die Steuerungsprogramme auf beiden Rechnern mit der gleichen Datenbasis ausgeführt werden. Sollte eine Steuerung ausfallen, übernimmt nahtlos die zweite Steuerung, sodass Anlagenstillstand und Datenverlust verhindert werden.

Vereinfache Inbetriebnahme von Feldgeräten mit TwinCAT

Die vollumfängliche Integration der HART-Funktionalität sowohl in das I/O-System als auch in das TwinCAT-Engineering stellt eine einfache Projektierung und Inbetriebnahme sicher. Durch die HART-Integration können Anwender HART-Feldgeräte direkt in die Steuerung einbinden. Darüber hinaus reduziert TwinCAT den Engineeringaufwand: Der TwinCAT-FDT-Container erlaubt die Einbindung von Feldgeräte-DTMs direkt in das TwinCAT-Engineering und bietet somit Programmierung und Feldgerätekonfiguration in einer Umgebung.

Der Beckhoff ComDTM ermöglicht die lückenlose Integration von TwinCAT-Steuerungen in vorhandene Prozessleitsysteme. Mit Hilfe des ComDTM lassen sich die DTMs, der an die HART-fähigen EtherCAT-Klemmen angeschlossenen Feldgeräte, in beliebigen FDT-Containern übergeordneter Systeme einbinden. Dadurch lassen sich Feldgeräte remote und ohne direkten Zugriff auf die SPS konfigurieren und parametrieren.

Abgelegene oder Offshore‑Anlagen werden durch den Einsatz leistungsfähiger Edge‑Controller (Industrie-PCs) und lokaler Steuerungslogik so überwacht und gesteuert, dass Prozesse auch bei Ausfall der Fernverbindung autark weiterlaufen. Die Datenübertragung erfolgt verschlüsselt, beispielsweise über OPC UA, und bei instabiler Verbindung oder hohen Latenzzeiten zwischengespeichert. Auf Basis dieser Daten können aus der Ferne Diagnosen erstellt, Einstellungen geändert und Störungen schnell behoben werden. Beckhoff stellt hierzu Industrie-PCs mit TwinCAT Runtime (inklusive OPC UA‑Server), EtherCAT‑I/Os sowie Funktionen für Condition Monitoring und sichere Fernwartung bereit, um solche Architekturen umzusetzen.

Eine hohe Anlagenverfügbarkeit wird durch vorbeugende, zustandsorientierte Instandhaltung, redundante Systemarchitekturen und schnelle Interlock‑Mechanismen erreicht. Kurze Reaktionszeiten, Remote‑Diagnosen und klar definierte Testabläufe ermöglichen eine zügige Wiederinbetriebnahme. TwinCAT 3 Condition Monitoring in Verbindung mit skalierbaren Industrie-PC‑Plattformen, die Beckhoff zur Verfügung stellt, liefern die Datengrundlage für zustandsorientierte Wartung und effiziente Fernwartung. Redundante Systemlösungen erhöhen die Anlagenverfügbarkeit zusätzlich.

Zur Reduzierung von Stillstandszeiten stehen unterschiedliche Redundanzmöglichkeiten von der Datenerfassung bis zur Kommunikation mit überlagerten Systemen zur Verfügung. Typische Redundanzoptionen in der Öl- und Gasindustrie umfassen Controller‑Redundanz, Netzwerkredundanz, redundante Stromversorgung, I/O‑ bzw. Feldgeräte‑Redundanz sowie redundante Datenspeicherung und ‑protokollierung.

Auf Feldebene kann EtherCAT‑Redundanz für die redundante Anbindung von Remote‑I/Os eingesetzt werden. Ergänzend werden redundante Stromversorgung sowie Netzwerkkommunikation über das Parallel Redundancy Protocol genutzt. Die Netzwerkredundanz wird durch EtherCAT‑Ring- oder parallele Topologien, Glasfaserstrecken für große Entfernungen sowie doppelte Kommunikationspfade zu SCADA/DCS‑Systemen und Remote‑Standorten realisiert.

Die Controller‑Redundanz ermöglicht den Parallelbetrieb von zwei Steuerungen, sodass im Fehlerfall auf das Standby‑Gerät umgeschaltet werden kann. Die Beckhoff Lösung integriert Controller‑Redundanz über TwinCAT in Kombination mit den beschriebenen EtherCAT‑Redundanzkonzepten, redundanten Industrie‑PCs und Netzteilen sowie FailSafe/Hot‑Standby‑I/Os, um einen schnellen, deterministischen Failover in Offshore- und Onshore‑Anlagen zu gewährleisten. Zusätzlich werden USV‑ bzw. Netzteil‑Redundanz, RAID‑Spiegelung für Historian‑Logs und Datenreplikation zu zentralen Systemen eingesetzt, um Datenverlust zu vermeiden. Für die Implementierung werden RTO‑ und Verfügbarkeitsziele, SIL-/PL‑Anforderungen und Zoneneinstufungen definiert, HAZOP‑Tests durchgeführt und regelmäßige Failover‑Proben eingeplant.

Prozessdaten werden zeitsynchron über ein Edge Device erfasst, vorverarbeitet, mit lokalen Alarmen versehen und über standardisierte Schnittstellen (OPC UA/MQTT) an Historian‑Systeme oder Cloud‑Plattformen übertragen. Dort ermöglichen Analytics‑ und Machine‑Learning‑Modelle die Identifikation von Anomalien, Verschleißindikatoren und die Abschätzung der Restlebensdauer. Eine hohe Qualität der Datenaufnahme, aussagekräftige Betriebszustandsdaten und eine geeignete Rohdatenverarbeitung sind entscheidend für zuverlässige Prognosen. Beckhoff Lösungen wie TwinCAT Analytics und skalierbare Edge‑Controller bieten eine integrierte Datenaufnahme, Vorverarbeitung und nahtlose Anbindung an Cloud‑Analytik.

Die Feldgerätekommunikation über Ethernet‑APL ermöglicht nicht nur die Übertragung von Prozessdaten, sondern bietet zusätzliche Funktionen wie integrierte Webserver zur Konfiguration der Feldgeräte oder Schnittstellen für erweiterte Diagnosedaten. Besonders bei weit entfernten oder räumlich verteilten Installationen in der Öl- und Gasindustrie erleichtert dieser Remotezugriff die Abläufe bei Inbetriebnahme und Instandhaltung der Geräte erheblich.