Informationsmodelle für die Prozessanalytik

Informationsmodelle für die Prozessanalytik

23. August 2021

NAMUR Open Architecture für die Prozessanalytik ist ein Bereich mit Nachholbedarf – und rasanter Entwicklung. Dies hat viel mit Information Models zu tun und soll hier mit Bezug auf die gerade erschienene NAMUR-Empfehlung NE 176 – NAMUR Open Architecture NOA Informationsmodell – betrachtet werden.

NOA-Ziel: Interoperabilität

Die Digitalisierung industrieller Prozesse erfordert einheitliche Kommunikationsstrukturen und Gerätebeschreibungen, wenn Daten durchgängig verwendet, verglichen und verknüpft werden sollen. Um den wahren, oft verborgenen Schatz der Gerätesignale – Messsignale, vor allem aber auch Vitalsignale – für Smart Maintenance nutzen zu können, ist Interoperabilität erforderlich. Unterschiedliche Kommunikationsprotokolle und uneinheitliche Gerätebeschreibungen sind dabei mehr als hinderlich. Allerdings sind sie auch das, was wir heute in unseren Brownfield-Anlagen meistens vorfinden.

Interoperabilität soll in der NOA zum einen erreicht werden durch die Festlegung auf OPC-UA der Fieldcomm-Group als einheitliches Kommunikationsprotokoll.

Für das Informationsmodell, also eine einheitliche, elektronische Gerätebeschreibung, wurde ein NOA Informations-Modell festgelegt. Vorbild dafür ist PA DIM, ebenfalls von der Fieldcomm Group. Ein solches Informationsmodell sorgt dafür, dass eine Gerätebeschreibung für eine bestimmte Klasse von Komponenten einheitlich ist und unabhängig vom Hersteller gilt. Für eine Vielzahl von Feldkomponenten existieren diese PA DIM Information Models und können für NOA verwendet werden.

Nachzügler Prozessanalytik

Im Gegensatz zur Feldinstrumentierung hat es für die Geräte der Prozessanalytik erstaunlicherweise bisher keine PA DIM-Informationsmodelle gegeben, sodass in der Regel eine Vielzahl unterschiedlicher Beschreibungen für einen einzigen Gerätetypus (z.B. pH-Messgeräte) existieren – ein großes Hindernis für die Digitalisierung.

In einer beispiellosen Initiative haben sich Anwender (NAMUR) und Hersteller (ZVEI) zusammengetan, um für eine Vielzahl an Prozessanalysatoren Informationsmodelle zu schaffen. Gemessen an dem Zeitraum, der für eine solche Abstimmung erforderlich ist, ist der Fortschritt enorm.

Nach einer weltweiten Harmonisierung werden diese Informationsmodelle dann zur Verfügung stehen und in den Standard IEC 61987 aufgenommen bzw. als Anhang zugefügt werden. Wer mit Normungsarbeit zu tun hat, weiß, dass dies ein langwieriger Prozess ist. Warten wir also geduldig auf Informationsmodelle?

Warten können wir uns nicht erlauben

Unterschiedliche Kommunikationsprotokolle und Informationsmodelle sind ein Hindernis – aber keine Blockade. Um NOA bereits heute trotz der Vielfalt der Feldbussysteme und Gerätebeschreibungen nutzen zu können, können Edge-Devices wie z.B. YOKOGAWAs e-RT3 die „Übersetzungsarbeit“ übernehmen, d.h. die unterschiedlichen Kommunikationsprotokolle in das OPC-Protokoll transformieren und die Gerätedaten „aus den Geräten ziehen“.

Yokogawa e-RT3 Edge Device (CPU-Modul)

Ist das nicht umständlicher und aufwendiger? Natürlich, die Umsetzung nach dem NOA-Konzept wäre eleganter und einfacher. Aber so funktioniert es eben bereits heute, und so werden die Vitaldaten bereits heute nutzbar für eine vorausschauende Wartung der Analysatoren, für deren Optimierung von Wartung und Betrieb und für einen sichereren Prozess infolge der hohen Datendichte zu den Sensoren.

Informationsmodelle – Die gute Seite des Nachholbedarfs

Der Fokus auf die – bisher nicht vorhandenen – Informationsmodelle hat auch sein Gutes. Jetzt ist die richtige Zeit, sich über die erforderlichen Signale zu den Vitaldaten Gedanken zu machen, sich dazu abzustimmen und diese Überlegungen in die Gestaltung der Informationsmodelle einfließen zu lassen, um einen größtmöglichen Nutzen daraus zu ziehen. Die gute Seite des Nachholbedarfs: Die Informationsmodelle können nun an der digitalen Zukunft ausgerichtet werden.

Mein Fazit: Das Eine tun ohne das Andere zu lassen. Lösungen für heute – und gute Informationsmodelle für morgen.

Alle gewünschten Informationen ins Informationsmodell stecken?

Alle Signale, die Aufschluss über den Gesundheitszustand eines Analysators geben (Vitaldaten), sind nützlich und sollten über das Informationsmodell verfügbar sein. Andere Daten, die durch Verknüpfung verschiedener Signale entstehen und unter Umständen Bewertungen enthalten oder applikationsspezifisch sind, können natürlich ebenfalls Teil des Informationsmodells sein. Das Informationsmodell wird allerdings zeitlich unflexibel sein, weil das Informationsmodell relativ langlebig ist. Modellwechsel und/oder Upgrades geben dann die Änderungsintervalle vor. Zumindest in sicherheitsrelevanten Anwendungen in der Prozessindustrie werden gerätetechnische Änderungen, auch was die Software betrifft, eher durch Notwendigkeiten getrieben und ansonsten vermieden.

Mit NOA die Flexibilität erhöhen

NOA dagegen bedeutet, die Aussage von Signalen durch Verknüpfung mit anderen Signalen oder anderen Informationen zu erhöhen bzw. jeweils geeignete Analyse-Werkzeuge anzuwenden, um z.B. vorausschauende Wartung zu ermöglichen. Trendanalysen, die Analyse von Korrelationen oder die Anwendung von KI sind Beispiele dafür. Wenn applikationsspezifische Daten im Spiel sind, wird womöglich auch das Analyse-Werkzeug angepasst werden müssen.

Die Analyse solcher Daten wird auch Grundlage der Optimierung sein. Optimierung, z.B. der Wartung eines Prozessanalysators, ist häufig ein iterativer Prozess, d.h. ein sich in mehreren Schritten verändernder Prozess. Dann ist es sinnvoll, wenn diese Schritte möglichst schnell und einfach vorgenommen werden können – zeitnah und flexibel.

An dieser Stelle kommen Informationsmodelle an Ihre Grenze. Softwarepakete, in der Regel Apps als Teil der Anlagendigitalisierung wie sie in NOA auch vorgesehen sind, bringen die notwendige Flexibilität mit, sodass Fragestellungen unabhängig von der Hardware geändert bzw. angepasst werden können. Als erfahrene Digitalisierer können wir von Yokogawa sie dabei, aber auch bei kompletten Digitalisierungslösungen im Rahmen des Smart Manufacturing unterstützen. Für Ihre Prozessanalytik und darüber hinaus.

Yokogawas Digitalisierungskonzept für Smart Manufacturing


NAMUR Open Architecture – Daten für die Optimierung

Messung des pH-Wertes in Sole: Korrosive Umgebungsbedingungen

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