Module Type Package (MTP)
TwinCAT MTP: modulare Automation mit Module Type Package
Mit modularer Automation lassen sich prozesstechnische Anlagen mit geringem Aufwand flexibel realisieren und anpassen. Starre Automatisierungssysteme, die jahrelang unverändert betrieben werden, gehören damit zunehmend der Vergangenheit an: Individualität und Flexibilität sind die Zukunft der Prozessindustrie. Das Module Type Package (MTP) bildet ein Konzept, welches in allen Phasen von der Planung bis zum Betrieb einer prozesstechnischen Anlage zur Ausschöpfung von Optimierungspotentialen beitragen kann. Somit stellt MTP einen entscheidenden Baustein für die Entwicklung modularer Automatisierungslösungen der Zukunft dar.
Eine der aufkommenden Herausforderungen für viele Branchen der Prozessindustrie, wie z. B. die Pharmaindustrie, sind zunehmende Schwankungen der Absatzmärkte. Damit einhergehend ergibt sich die Anforderung an eine kürzere Time-to-Market durch beschleunigte Entwicklungszyklen. Besonders die ebenso verkürzten Produktlebenszyklen erfordern eine wirtschaftlich rentable und gleichzeitig individuelle Produktion kleiner Chargen.
Ein vermehrt eingesetzter Lösungsansatz hierfür ist der modulare Aufbau von Anlagen und die dadurch entstehende Möglichkeit der Wiederverwendung. Dabei wird der Gesamtprozess der Anlage in einzelne Teilprozesse zerlegt und durch Module abgebildet. Mit einer separaten dezentralen Steuerung pro Modul wird eine vollständige Modularisierung der Anlage erreicht. Abschließend kann durch die Anbindung der einzelnen Module an eine übergeordnete Steuerung (z. B. ein DCS) wieder der Gesamtprozess abgebildet werden. Als Resultat verlagert sich der Entwicklungsaufwand vom Anlagen- zum Modul-Engineering, sodass die Anlage je nach aktuellen Anforderungen mit geringem Aufwand flexibel verändert werden kann. Dazu können der Anlage weitere Module hinzugefügt und die bereits integrierten neu angeordnet oder entfernt werden. Eine komplette Neuprogrammierung ist dabei nicht nötig, da sich der Großteil der Logik in den einzelnen Modulen befindet. Die übergeordnete Steuerung übernimmt lediglich die Orchestrierung der Module und ihrer angebotenen Dienste und wird daher als Process Orchestration Layer (POL) bezeichnet.
In der Praxis wird das Konzept durch einen herstellerunabhängigen Standard zur Beschreibung von Prozessmodulen realisiert: das NAMUR Module Type Package (MTP). Das gemäß VDI/VDE/NAMUR 2658 definierte MTP enthält alle erforderlichen Informationen, wie die Funktionalitäten in Form von Diensten, die Kommunikation und eine HMI-Vorlage, um ein Prozessmodul in eine modulare Anlage integrieren zu können. In der MTP-Richtlinie definierte Schnittstellen ermöglichen ein Plug-and-produce-Verhalten, wodurch ein Mehraufwand beim Restrukturieren einer Anlage entfällt. So werden Module nur einmal entwickelt und können dann – unabhängig von Steuerungshersteller und POL – in Anlagen eingebunden werden.
Vorteile Module Type Package (MTP)
- kurze Time-to-Market durch minimiertes Anlagen-Engineering
- kurze Time-to-Repair durch einheitliche Modulschnittstellen
- individuelle Produktion kleiner Chargen durch Wiederverwendbarkeit der Module
- Numbering-Up ersetzt aufwendiges Scale-Up
- einheitliches Look-and-feel des Visualisierungssystems
Vorteile und Features von TwinCAT MTP
- nahtlose Integration in TwinCAT Engineering
- schnittstellengetriebenes MTP Engineering
- Möglichkeit zum Import und Export von MTP-Dateien vor Programmierung
- durchgängiges Engineering durch Import von P&ID-Informationen
- automatische PLC-Codegenerierung auf Basis der Moduldefinition
- automatische Generierung der lokalen HMI
Funktionsweise von TwinCAT MTP im Detail
Das Module Type Package (MTP)-Konzept ist in TwinCAT durch die Produkte TwinCAT MTP Runtime und TwinCAT MTP Engineering integriert. Das TwinCAT Engineering enthält eine Projektverwaltung, in die sich das TwinCAT MTP Engineering als eigener Projekttyp integriert. Der Projekttyp ermöglicht die generische Definition eines Moduls, auf dessen Basis die MTP-Datei bereits vor der Programmierung erzeugt werden kann. Bereits bestehende Informationen können über eine offene API, einen MTP- oder DEXPI-Import verarbeitet werden. Zusätzlich können die Informationen zur automatisierten SPS- und HMI-Generierung verwendet werden.
Nachträgliche Änderungen in der MTP-Projektverwaltung werden durch einen automatischen Projektabgleich integriert. Lediglich die eigentliche Prozesslogik der anzubietenden Funktionalitäten muss im vorbereiteten Zustandsautomat programmiert werden.
Abschließend kann das Projekt aktiviert werden, wodurch die Variablen der definierten Schnittstellen automatisch über OPC UA der POL zur Verfügung gestellt werden.
Die folgende interaktive Grafike erläutert den Prozess von der Entwicklung des Moduls mit TwinCAT MTP bis zur Integration in die Anlage in einzelnen Schritten. Daran anschließend werden Anwendungsszenarien von TwinCAT MTP auf den verschiedenen Ebenen einer prozesstechnischen Anlage mit kurzen Videos schematisch veranschaulicht.
MTP-Anwendungsszenarien in Green- und Brownfieldumgebungen
MTP ermöglicht die Modularisierung von prozesstechnischen Anlagen und reduziert sowohl den initialen Engineering-Aufwand als auch solchen, der bei der Rekonfiguration einer Anlage entsteht.
Dieses Video gibt einen Einblick in die Funktionsweise des MTP-Konzeptes auf Anlagenebene. Es wird konkret veranschaulicht, wie sich das MTP-Konzept sowohl im Green- als auch Brownfield anwenden lässt.
Dieses Video gibt einen Einblick in die Funktionsweise des MTP-Konzeptes auf Modulebene. Auch auf Modulebene kann zwischen Green- und Brownfieldanwendungen unterschieden werden.
Konkret wird gezeigt, wie im Greenfield eine Modularisierung innerhalb des Moduls mithilfe funktionaler Einheiten realisiert werden kann. Durch die dynamische Gestaltung dieser funktionalen Einheiten kann zudem eine flexible Anbindung realisiert und somit das Modul ideal auf den aktuellen Anwendungsfall ausgelegt werden.
Dieses Video gibt einen Einblick in die Funktionsweise des MTP-Konzeptes auf Modulebene. Auch auf Modulebene kann zwischen Green- und Brownfieldanwendungen unterschieden werden.
Konkret wird gezeigt, wie mit dem MTP-Gateway Brownfieldmodule auf Basis bestehender Skids realisiert werden können. Sollen mehrere Module auf einer Steuerung umgesetzt werden, bietet sich der MTP-Hub als kosteneffiziente Lösung an.
Aus der Praxis: Module Type Package (MTP) im industriellen Einsatz bei Ajinomoto Omnichem
Wie das Module Type Package-Konzept zur Automatisierung einer industriellen Anlage eingesetzt werden kann, haben Ajinomoto Omnichem, ein Unternehmen der Ajinomoto-Gruppe, und Beckhoff in diesem Use Case erfolgreich demonstriert.
Eine Besonderheit bei der gezeigten Anlage ist die Anwendung des MTP-Hubs. In diesem Anwendungsfall wurden alle Module der Anlage auf einer zentralen Beckhoff Steuerung implementiert. Die PC-basierte Steuerungstechnik ermöglicht es, die Module in unabhängigen SPS-Programmen zu implementieren und sie der POL separat zur Verfügung zu stellen. Aufgrund dieser Architektur kann die Anlagenstruktur verändert werden, ohne dass die Steuerung angepasst werden muss – sie erkennt automatisch, welche Module momentan angeschlossen sind. Das Plug-and-produce-Verhalten des MTP-Konzeptes ermöglicht eine einfache Neukonfiguration in der POL, wodurch die Umrüstzeit um ein Vielfaches reduziert werden konnte.
FAQs, weitere Infos und Kontakt
TwinCAT ermöglicht eine einfache MTP-Programmierung ohne tiefgehendes Richtlinienwissen: Gestartet wird mit der Schnittstellendefinition des MTP, woraus die MTP-Datei resultiert. Diese wird dann zur automatischen Codegenerierung für die SPS und die HMI genutzt. So können sich Entwickler hauptsächlich auf die eigentliche Prozesslogik konzentrieren und einen Großteil der Programmierung an TwinCAT abgeben.
Nein, das ist mit PC-basierter Steuerungstechnik nicht nötig. Auf den leistungsfähigen Industrie-PCs von Beckhoff können auch mehrere MTP-Module gleichzeitig ausgeführt werden. Dieser sogenannte MTP-Hub stellt die einzelnen Module trotzdem unabhängig voneinander der Leitebene zur Verfügung.
Ja, das ist dank des durchgängigen Engineerings in TwinCAT möglich. Neben dem MTP-Import können in TwinCAT das DEXPI-Format oder proprietäre Datenquellen eingelesen werden. Damit lassen sich Informationen aus vorgelagerten Planungsschritten direkt in der Engineering-Umgebung nutzen und an die Leitebene weitergeben.
Produkte
TF8400 | TwinCAT 3 MTP Runtime
Ein MTP (Module Type Package) ist eine Kommunikationsschnittstelle zwischen einem überlagerten Kontrollsystem (z. B. Prozessleitsystem) und einer modularen Anlage. Das MTP beschreibt die Schnittstelle von Visualisierung, bereitgestellten Diensten und anderen Merkmalen eines Moduls, sodass in dem überlagerten Kontrollsystem eine einfache Orchestrierung der Module zu einer kompletten Anlage einfach und schnell erfolgen kann.
TF8401 | TwinCAT 3 MTP Engineering
Ein MTP (Module Type Package) ist eine Kommunikationsschnittstelle zwischen einem überlagerten Kontrollsystem (z. B. Prozessleitsystem) und einer modularen Anlage. Das MTP beschreibt die Schnittstelle von Visualisierung, bereitgestellten Diensten und anderen Merkmalen eines Moduls, sodass in dem überlagerten Kontrollsystem eine einfache Orchestrierung der Module zu einer kompletten Anlage einfach und schnell erfolgen kann.
TF6100 | TwinCAT 3 OPC UA
OPC UA ist eine plattformunabhängige, service-orientierte Kommunikationsarchitektur für den zuverlässigen, sicheren und herstellerneutralen Datentransport von der Fertigungsebene bis in das Produktionsplanungs- und ERP-System oder in die Cloud.
TF4100 | TwinCAT 3 Controller Toolbox
Die TwinCAT Controller Toolbox umfasst alle wesentlichen Bausteine zur Realisierung von regelungstechnischen Applikationen. Alle Bausteine haben ein gleiches Aussehen und nahezu gleiche Eigenschaften. Eine einfache Parametrierung über eine Struktur und ein gleiches Fehlerhandling für alle Bausteine unterstützen die Anwendung.
Ultra-Kompakt-Industrie-PCs
Die skalierbare Serie C60xx vereint höchste Rechenleistung im derzeit kompaktesten Format mit vielfältigen Möglichkeiten zur Installation im Schaltschrank.
Embedded-PC-Serie CX5100
Die hutschienenmontierbaren, lüfterlosen Embedded-PCs der Serie CX5100 sind mit Intel-Atom®-Multicore-Prozessoren ausgestattet.
EtherCAT-Klemmen
Das EtherCAT-Klemmensystem stellt ein umfassendes Produktspektrum für alle Signale der Automatisierungswelt bereit.
Control Panels
Beckhoff Control Panels sind als Frontend die optische und funktionelle Visitenkarte einer Maschine und erlauben vielfältige kundenspezifische Anpassungen.