Anlagenüberwachung mit der NAMUR Open Architecture

Anlagenüberwachung und
-optimierung mit NOA

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PC-based Control zur Realisierung der NAMUR Open Architecture (NOA)

Bayer, Deutschland

NAMUR Open Architecture (NOA): Anlagenüberwachung für die Prozessindustrie

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.

Automatisierungspyramide mit NOA-Seitenkanal

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-Konzept realisieren mit Beckhoff

Wie funktioniert die NAMUR Open Architecture? Unsere Branchen-Experten erklären das NOA-Konzept und zeigen, wie Sie verschiedene Szenarien mit Beckhoff umsetzen können.

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

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NAMUR Open Architecture: Beispielhafte Topologie für Brownfield-Anwendungen

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. Ohne die Prozesssteuerung zu beeinflussen, wird das Edge Device mithilfe eines Signaltrenners auf die 2-Leiter-Verbindung zum Feldgerät aufgeschaltet.

Sollen neben den Daten aus bestehenden Feldgeräten auch Diagnosedaten durch zusätzliche Sensoren erfasst werden, etwa für Vibrations- oder Temperaturmessung, eignet sich der Einsatz IP67-geschützter I/O-Module, die direkt im Feld installiert werden. Diese Variante verbindet geringen Aufwand bei der Leitungsverlegung mit reduziertem Platzbedarf im Schaltschrank.

NAMUR Open Architecture: Beispielhafte Topologie für Greenfield-Anwendungen

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.

Auch für Ihre Edge-Device-Anwendungen außerhalb der Prozessindustrie bieten wir die passenden Lösungen.

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.