Industrie 4.0 vor dem großen Boost! - atp-Magazin
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Transforming Automation
Ausgabe 06-07 2021
HAUPTBEITRÄGE:
• Modellierung und Simulation von Automatisierungsgeräten
• Modellierung einer Fernwirkaußenstation mit AutomationML
• Security Awareness für den Mittelstand
• Mixed-Reality-in-the-Loop Simulation
• Von der OPC UA Companion Specification zum lauffähigen SPS-Code
Industrie 4.0 vor dem großen Boost!
Hauptbeitrag
Peer-Review: 08.03.2021
Modellierung und Simulation
von Automatisierungsgeräten
Einheitliche und effiziente Methodik
Pascal Habiger, Rainer Drath, Mike Barth, Hochschule Pforzheim; Till Heinzerling, Siemens
Der Einsatz von Simulationsmodellen für Automatisierungsgeräte lohnt sich zunehmend in Anlagensimulationen für spezifische
Anwendungsfälle mit heterogenen Beschreibungsmitteln und Werkzeugen und wird in diversen Detaillierungsgraden bereits ein-
gesetzt. In diesem Beitrag werden Handlungsempfehlungen sowie eine Methodik zur effizienten und einheitlichen Modellierung,
Bereitstellung, Instanziierung und Simulation von Automatisierungsgeräten vorgestellt. Mit Hilfe dieser Methodik werden Geräte-
simulationen integraler Bestandteil von Geräteintegrationstechnologien – ein weiterer Schritt bei der durchgängigen Digitalisie-
rung des Automation-Engineerings und eine vorteilhafte Ausprägung des künfigen digitalen Zwillings von Automatisierungsgeräten.
#Gerätemodellierung #Gerätesimulation #Automatisierungsgeräte #Digitaler Zwilling #Durchgängiges Engineering
Modeling and simulation of automation devices
Guideline and methodology
Models of automation devices are used in plant simulations for specific applications with heterogeneous languages and tools,
and in various degrees of detail. In this paper, guidelines are presented as well as a methodology for efficient and uniform mo-
delling, supplying, instantiation and simulation of automation devices. Using this methodology, device models become integral
parts of device integration technologies infrastructure, a further step in the seamless digitalization of automation engineering
and a beneficial manifestation of the future digital twin of automation devices.
#device modeling #device simulation #automation devices #digital twin #seamless engineering
Computerspiele geben der Industrie eine faszinierende Vision vernetzte, unabhängige, physikalische Einheiten eines indus-
ihrer eigenen Zukunft: Komplexe Welten mit ihren modula- triellen Automatisierungssystems [1]. Ein AT-Gerät bildet die
ren Gebäuden, Landschaften, Gewässern, mit Helden und Schnittstelle zwischen der Steuerung und dem Prozess und ist
Bösewichten werden in einer 3D-Welt simuliert. Man stelle beispielsweise ein Ventilstellungsregler, ein Messumformer
sich vor, man könne auch prozesstechnische Anlagen ein- oder ein Antrieb. Es zeichnet sich gemäß [1,2] durch
schließlich der Automatisierungstechnik auf Basis vieler
Simulationsteilmodelle verschiedener Hersteller nach dem » die Ausführung von signalumsetzenden Aufgaben,
Lego-Prinzip zusammensetzen, um damit Steuerungsstrate-
gien entwickeln, optimieren und risikofrei ablaufen zu lassen. » die Steuerung und Regelung von Geräten, welche direkt
Anschließend bestellt man die Hardware, erbaut die Anlage, am Prozess teilhaben,
nimmt sie in Betrieb und sie funktioniert. Virtuelles Enginee-
ring wird nach Auffassung der Autoren in Zukunft selbstver- » die Bereitstellung von parametrierbaren und konfigurier-
ständlich werden. Mit diesem Beitrag möchten die Autoren baren Steuerungs-, Diagnose- und Regelungsfunktionen
ein Puzzelteil hierfür ergänzen. Dieses Puzzleteil umfasst eine über eine Kommunikationsschnittstelle aus.
Methodik, wie und mit welchen Mitteln intelligente Geräte
herstellerübergreifend einheitlich und effizient entwickelt, Heutige Prozessanlagen sind durch die Vielzahl an AT-Ge-
ausgetauscht, instanziiert und simuliert werden können. räten diverser Typen und Hersteller geprägt, die aufgrund
ihrer funktionalen und nichtfunktionalen Eigenschaften im
Zusammenspiel mit verfahrenstechnischen Aspekten kon-
1.
Simulationsmodelle für Automatisierungs- kreten Einfluss auf das Verhalten einer Prozessanlage haben
geräte [3]. Beispiele sind AT-Geräte mit Fehlern in der Kommunika-
Intelligente Automatisierungsgeräte (kurz AT-Geräte) sind ele- tion oder bestimmte Gerätefunktionalitäten, wie dem Partial
mentare Bestandteile von Prozessanlagen und repräsentieren Stroke-Test [3]. Dieser Einfluss ist in einer heterogenen
66
Hauptbeitrag
Virtuelle Inbetriebnahme
Operator Training
Virtuelles Engineering
Anforderungen an AT-Gerätemodelle
Ziele von AT-Gerätemodelle
R1 Logisches und kommunikationstechnisches Verhalten
T1 Kommunikation
R2 Realitätsnahe Parameter und Wiederverwendung von Engineering-Daten
T2 Signalverarbeitende Funktionalitäten
R3 Industrielle Kommunikationsarten (z.B. PROFIBUS)
T3 Betriebs- und Störzustände
abgeleitet von R4 Bedienung
T4 Konfiguration und Parameter
R5 Visualisierung
T5 Zeitverhalten
R6 Systemneutrales Beschreibungs- und Austauschmittel
T6 Testabläufe
R7 Detaillierungsgrad flexibel wählbar
T7 Bedienung und Visualisierung
R8 Herstellerübergreifend austauschbar
T8 Lebenszyklus
R9 Know-How-Schutz
Abbildung 1: Ziele und Anforderungen an Simulationsmodelle von Automatisierungsgeräten.
Gerätelandschaft aufgrund individueller Unterschiede be- Es ist notwendig, das logische und kommunikationstechni-
sonders zu berücksichtigen. sche Verhalten abzubilden (R1). Für die Kommunikation ist
es notwendig, dass die Schnittstelle sowie die zugehörigen
1.1 Anforderungen und Ziele Parameter realitätsnah, idealerweise auf Basis der realen
In der Prozessautomation sind Simulationen in der virtuel Daten, modelliert sind (R2) und industrielle Kommunika-
len Inbetriebnahme (VIBN) und beim Operator Training tionsformen unterstützen (R3). Zusätzlich sollen die Modelle
(OT) etabliert, fokussieren aber trotz des Einflusses von AT- für das OT bedienfähig (R4) und die Daten visualisierbar
Geräten bislang überwiegend auf die Abbildung des ver- (R5) sein. Verhaltensmodelle werden aktuell zumeist von
fahrenstechnischen Prozesses (dem Prozessmodell). Die den Anwendern der Modelle selbst erstellt [7]. Die Vision Si-
Prozessleittechnik wird dabei simulativ oder real abgebil- mulation 2025 [8] prognostiziert, dass künftig die Hersteller
det, das Eigenverhalten der beteiligten Automatisierungs- eines Gerätes passende Simulationsmodelle zur Verfügung
systeme, ihrer Komponenten und intelligenten Geräte wird stellen. Dies erfordert, dass diese Modelle in einer möglichst
jedoch zumeist nur rudimentär oder gar nicht modelliert neutralen Sprache bereitgestellt werden (R6), Freiheiten in
[4]. Bei der VIBN wird so das Zusammenspiel aller beteilig- Bezug auf den Detaillierungsgrad zulassen (R7), hersteller-
ten Teil-Systeme vor ihrem physischen Aufbau am virtuel übergreifend austauschbar sind (R8) und dabei das Know-
len Modell frühzeitig überprüft und optimiert [5]. Dabei How der Hersteller geschützt wird (R9).
werden Fehler im Steuerungscode aufgedeckt und das Pro-
zessleitsystem sowie das dynamische Verhalten der Anlage 1.2 Existierende Modellierungsansätze
in verschiedenen Betriebszuständen und in Störsituationen Prinzipiell werden Simulationsmodelle von Geräten in An-
getestet. lagensimulationen abstrakt modelliert. Beispielsweise stellt
Simulationsmodelle sind künftig für viele weitere Anwen- [4] ein Modell eines Drucksensors vor, das das rudimentäre
dungen sinnvoll, wie in Abbildung 1 dargestellt ist. Für be- logische sowie elektrische Verhalten inklusive der Betriebs-
lastbare Tests speziell für AT-Geräte ist es dafür notwendig, arten mit Hilfe des systemneutralen Beschreibungsmittels
auch die Kommunikation (T1), die signalverarbeitenden Modelica abbildet. Auch [9] berücksichtigt funktionale sowie
Funktiona litäten (T2) in diversen Betriebs- und Störzu- analoge elektrische Funktionsblöcke für unterschiedlich
ständen (T3) mit unterschiedlichen Konfigurationen und detaillierte Schnittstellen von Geräten. [10] untersucht De-
Parametersätzen (T4) zu testen [4]. Bei der Schulung des taillierungsgrade, Granularitäten und geeignete Modell-
Betriebspersonal in OT können effiziente, flexible, wieder- typen für die VIBN in der Fertigungstechnik. Die Geräte-
holende und gefahrlose Fahrweisen der Anlage, wie das modelle werden herstellerneutral manuell modelliert und
An- und Abfahren oder die Durchführung von Last- oder Pro- Engineering-Daten werden als Informationsquelle zur
duktwechseln, erprobt werden [6]. Zeiten für das Öffnen und automatischen Instanziierung der Simulationsmodelle ver-
Schließen von ausführenden AT-Geräten (T5), vordefinierte wendet. Bei diesen Beiträgen wird jedoch die Verwendung
Testabläufe (T6) und die Bedienung und Visualisierung mit realer Parameter (R2), die damit einhergehende fehlende
Bedieneroberflächen (T7) sind weitere Aspekte, die von Austauschbarkeit (R8), die Bedienung (R4) und der vollstän-
Simulationsmodellen von AT-Geräten berücksichtigt wer- dige IP-Schutz (R9) nicht gewährleistet.
den müssen. Darüber hinaus sollen Simulationsmodelle der [8] stellt ein konzeptionelles Verfahren zur offenen und stan-
AT-Geräte bestenfalls nicht nur für die beiden Anwendungs- dardisierten Gerätemodellbereitstellung durch die Herstel-
fälle dienen, sondern während des gesamten Lebenszykluses ler vor und demonstriert damit die Einsatzmöglichkeiten
– dem virtuellen Engineering – eingesetzt werden (T8). dieser Modelle im Rahmen der VIBN. Gerätemodelle werden
Damit die übergeordneten Ziele der Anwendungsfälle erreicht herstellerneutral modelliert und know-how-schützend in
werden können, müssen die genannten und in Abbildung 1 Form von Black-Box-Modellen ausgetauscht. Hier wird zwar
visualisierten Ziele (T) in Simulationsmodellen für AT-Geräte aufgezeigt, wie der Austausch der Gerätemodelle stattfinden
berücksichtigt werden. Daraus lassen sich folgende Anfor- soll, aber es sind keine Aussagen zu den Inhalten der Modelle
derungen (R) an Simulationsmodelle für AT-Geräte ableiten. (R1-R5) getroffen.
67
Hauptbeitrag
Gerätehersteller Anwender Gerätehersteller Anwender
Modellierung Bereitstellung Verwendung Modellierung Bereitstellung Verwendung
Entwicklungsumgebung Geräteintegrationstechnologie / Integrationssystem Entwicklungsumgebung Geräteintegrations- Integrationssystem
-beschreibung
Interpreter Funktionen technologie / Interpreter
EDD
Funktionen -beschreibung 3
Informationsmodell Parameter Informationsmodell
GSD Import
Parameter Export Export EDD Import
FDI Schnittstellen
GSD
Teilautomatisierte
Schnittstellen
Instanziierung
FDT/DTM
Simulation
AT-Gerät FDI
Allgemein
Teilautomatisierte 4 5
1 FDT/DTM
Modellierung
Field Device Integration
Integrated Development FDI Host (z.B. PDM)
Environment (IDE) Herstellerneutrales Anlagensimulation mit
FDI Device Package FDI Server
Test Engine OPC UA AT-Gerätemodell AT-Gerätemodell
DD UID LOGIC EDD Engine 2 Integration
Attachments
Reference Host
Tokenizing
Packaging
Export Import Informations-
Editing
UID Renderer FDI Client
modell
UIP Hosting EDD UIP Attach. UIP
EDD Engine
Online
Attach.
Abbildung 3: Vorgehensweise zur Gerätemodellierung, -bereitstellung und
Offline
-simulation.
Legende:
FDI: Field Device Integration OPC UA
DD: Device Description
EDD: Electronic Device Description GSD: General Station Description Communication
FDT/DTM: Field Device Tool/ PDM: SIMATIC Product Data Management
UID: User Interface Description
Server Geräteparameter als Grundlage effizienten Engineerings.
Device Type Manager
UIP: User Interface Plug-In
AT-Gerätemodell
Geräteintegrationstechnologien, wie beispielsweise Field
Abbildung 2: Infrastruktur von Geräteintegrationslösungen und FDI nach [12]. Device Integration (FDI), werden gemäß einer einheitlichen
Vorgehensweise entwickelt, die in Abbildung 2 dargestellt
[11] hat in proprietären signalflussbasierten Modellen kom- ist. Nach heutigem Stand der Technik modellieren Geräte-
munikationstechnische Eigenschaften und das logische hersteller die Funktionen, Parameter, Schnittstellen und Be-
Verhalten von Geräten in generischen und spezifischen Mo- diengrafik des AT-Gerätes in einer Entwicklungsumgebung
dellen für die VIBN und das OT abgebildet. Die manuell er- für FDI. Daraus wird die Electronic Device Description (EDD)
stellten Gerätemodelle werden basierend auf vorhandenen generiert (eine Gerätebeschreibungsdatei) und mit optio-
Daten aus Planungswerkzeugen und dem Leitsystem auto- nalen Benutzeroberflächen (UIP) sowie Anhängen (Attach-
matisch in Anlagensimulationen instanziiert. ments) dem Anwender als FDI Device Package bereitgestellt.
[3] beschreibt ein Konzept für die Erstellung und Einbindung Das Package des AT-Gerätes wird in ein Integrationssystem
von Gerätemodellen in die VIBN und das OT sowie eine pro- für FDI importiert, interpretiert und im Informationsmodell
totypische Implementierung des logischen Verhaltens, des instanziiert. Ausgehend von dem Integrationssystem ist eine
zyklischen und azyklischen Kommunikationsverhaltens, der Parametrierung, Konfiguration und Diagnose der AT-Geräte
Bedienung sowie der Visualisierung. Diese Modellierungs- zur Laufzeit mittels moderner Kommunikationstechnolo-
ansätze berücksichtigen einen Großteil der abzubildenden gien wie OPC UA gewährleistet.
Eigenschaften, aber die Modelle sind proprietär und daher
nicht herstellerneutral (R6) und bieten grundsätzlich keinen 2.2 Methodik Teil 1: technologieneutrale Vorgehensweise
Know-how-Schutz (R9). Ausgehend vom Stand der Technik illustriert Abbildung 3 die
Zusammenfassend existiert bislang kein Ansatz, der die An- abstrakte grundsätzliche und technologieunabhängige Vor-
forderungen an Simulationsmodelle für die VIBN, das OT und gehensweise. Neue zusätzliche Elemente und Schritte ge-
das virtuelle Engineering gemäß Abschnitt 1.1 gänzlich erfüllt. genüber dem Stand der Technik sind in Abbildung 2 rötlich
hervorgehoben. Die Vorgehensweise unterteilt sich dabei in
fünf wesentliche Vorgänge.
2. Methodik für die heterogene Gerätesimulation
In diesem Abschnitt stellen die Autoren eine Methodik vor, » In Schritt 1 erfolgt die teilautomatisierte Modellierung des
die es unter vollständiger Berücksichtigung der Anforderun- Gerätes: Hier wird, basierend auf den bereits beschrie-
gen aus Abschnitt 1.1 ermöglicht, AT-Gerätemodelle für die benen Funktionen, Parameter und Schnittstellen eines
Simulation einheitlich und effizient zu modellieren, bereit- Gerätes in einer Entwicklungsumgebung, das Simula-
zustellen und zu simulieren. Die Grundidee der Vorgehens- tionsmodell erstellt und gemeinsam in ein erweitertes
weise besteht darin, herstellerneutrale AT-Gerätemodelle in AT-Gerätemodell überführt. Die Bediengrafik und Visua-
die Infrastruktur existierender Geräteintegrationslösungen lisierung wird manuell ergänzt. Im Ergebnis entsteht ein
einzubetten. Bevor diese Idee beschrieben wird, soll die zu- herstellerneutrales Simulationsmodell eines AT-Gerätes.
grundeliegende Infrastruktur erläutert werden.
» In Schritt 2 erfolgt die Integration des AT-Gerätemodells
2.1 Infrastruktur von Geräteintegrationslösungen in die Gerätebeschreibung. Die AT-Geräte werden ideen-
Um die heterogene Vielfalt der AT-Geräte unterschiedlicher gemäß mit einer um Simulationsmodelle erweiterten
Hersteller mit einem vertretbaren Aufwand bei Konfigura- Gerätebeschreibung bereitgestellt.
tion, Installation, Test, Versionsmanagement und Geräte-
bedienung zu beherrschen, existieren bewährte Standards » In Schritt 3 wird die erweiterte Gerätebeschreibung in
für die zentrale, plattformunabhängige und einheitliche ein Integrationssystem importiert und interpretiert. Das
Integration von Gerätetypen in das Automatisierungssystem. Ergebnis ist eine Anreicherung des Informationsmodells,
Sogenannte Gerätebeschreibungen und -integrationslösun- sodass virtuelle und reale Geräte auf dieselbe Weise
gen [12] ermöglichen einen einheitlichen Zugriff auf die parametriert und konfiguriert werden können.
68
Hauptbeitrag
Gerätehersteller Anwender 1.1 1.2
Modellierung Bereitstellung Verwendung Daten Transformation Datenstruktur Abgleich & Auswahl Bereitstellung Transformation
nach gemäß Zusammen- spezifischer in simulations-
Integrated Development FDI Device FDI Host (z.B. PDM)
festgelegtem IEC 62390 führung Module, FE und spezifisches Format
Environment für FDI Package
FDI Server Mapping Parameter nach festgelegtem
2.5 3.1 Mapping
Tokenizing Packaging EDD EDD Engine
Export Import 3.3
erw. 3.2 FDI Client
EDD SIMIT
Editing Informationsmodell UIP EDD EDD‘
erw. UIP XML
Server
Client
2.3 Simulation- OPC UA UIP Sim
Server
2.4 UIP UIP Sim Offline X
Attachments Offline
UIP Sim FMU CS 5.3 Attach. GSD GSD‘ Daten Daten ModelicaML
2.2 Attach. Simulation- FMU CS
Online
FMU CS Online X
Simulation Wizard
Client Client … … …
X Simulation Wizard 1.1
OPC UA
OPC UA
Auswahl simulationsrelevanter
X
Parameter, Schnittstellen und
Server Server Abbildung 5: Methodik zur Entwicklung und Integration heterogener
Funktionaler Elemente
Sim-FDI FDI
Communication Communication
Gerätesimulationen.
1.2 Export (z.B. ModelicaML)
Server Server
Client 5.1
Modellierungsumgebung
(z.B. OpenModelica) flexible Verwendung von Beschreibungsmitteln und Werk-
OPC UA
Export
FE Import &
1.3 Modellierung 2.1 Server zeugen sowie die Reduktion diverser Konverter gewährleistet.
FE (z.B. Modelica)
4
Simulationsumgebung (z.B. SIMIT)
Ein weit verbreiteter Standard für Black-Box-Modelle zum
Zweck einer Co-Simulation ist das Funktional Mock-Up In-
Client
Geführte FMU CS 5.2 Simulation
Instanziierung
terface für Co-Simulation (FMI CS). Eine FMI-Komponente ist
Abbildung 4: Methodik zur Entwicklung und Integration heterogener eine Functional Mock-Up Unit für Co-Simulation (FMU CS),
Gerätesimulationen. deren Inhalte in einem Container hinterlegt sind, der sowohl
die Modellschnittstellen und -parameter, den kompilier-
» Schritt 4 umfasst die teilautomatisierte Instanziierung ten Programmcode als auch einen Solver zur Berechnung
der AT-Gerätemodelle durch eine Kopplung einer Simu- der Modellgleichungen enthält [13]. Eine FMU kann unter-
lationsumgebung mit dem Integrationssystem. schiedliche Detaillierungsgrade besitzen und Aspekte von
der Logik, bis hin zum physikalischen Verhalten abbilden.
» Im abschließenden Schritt 5 findet eine Simulation zur Die Modelle werden mit einem Beschreibungsmittel wie
Laufzeit durch eine bidirektionale Verbindung zwischen Modelica modelliert, in einem Werkzeug, das FMI CS unter-
Simulationswerkzeug und Integrationssystem mit zeit- stützt, als FMU CS exportiert und in einem unterstützenden
gleicher Parametrierung, Konfiguration und Diagnose Werkzeug simuliert. Die nachfolgenden Abschnitte erläutern
virtueller AT-Geräte parallel zu realen AT-Geräten statt. die technologische Vorgehensweise im Detail.
2.3 Methodik Teil 2: technologiespezifische Vorgehensweise 2.3.1 Schritt 1: Teilautomatisierte Modellierung
Die abstrakte Methodik beschreibt das technologieun- Ein großer Teil der benötigten Informationen bezüglich der
abhängige Vorgehen und zeigt dabei einen großen Erfül- Schnittstellen und Funktionalitäten von AT-Geräten ist be-
lungsgrad der Anforderungen aus Abschnitt 1.2 auf. Jedoch reits in FDI Device Packages vorhanden, die innerhalb einer
können mit diesen unspezifischen Teilschritten nicht alle erweiterbaren Entwicklungsumgebung von FDI (FDI IDE) er-
Anforderungen erfüllt oder konkrete Implementierungs- stellt werden. Aufgrund der dort verfügbaren Roh-Informa-
spezifika aufgezeigt werden. Daher haben die Autoren eine tionen wird ideengemäß ein sogenannter Simulation Wizard
technologiespezifische Methodik entwickelten (siehe Abbil- (Abbildung 4, 1.1) für die Datenverarbeitung zur teilautoma-
dung 4), welche alle Anforderungen abdeckt und darüber hi- tisierten Generierung der AT-Gerätemodelle als Plug-In in
naus eine große Wertschöpfung für Simulationsmodelle von die FDI IDE eingeführt. Das Werkzeug führt die in Abbildung
AT-Geräten aufweist (siehe Abschnitt 4). 5 enthaltenen Schritte durch.
Bevor die Teilschritte von Teil 2 der Methodik näher erläutert Daten aus unterschiedlichsten Quellen wie EDD oder GSD
werden, ist zuvor die wesentliche und prägende Entschei- werden nach definierten Regeln in separate Datenstrukturen
dung für die Technologie Functional Mock-Up Interface (FMI) transformiert. Diese IEC 62390-spezifische Datenstruktur ist
zu klären, in Abbildung 4 (lila) als FMU CS dargestellt. Simu- unabhängig von dem Kommunikationsnetzwerk und be-
lationsmodelle können prinzipiell als White-Box, Grey-Box rücksichtigt die Funktionalen Elemente (FE), Parameter und
oder Black-Box ausgetauscht werden. White-Box-Modelle Kommunikationsschnittstelle des AT-Geräts. Mit Hilfe eines
geben alle internen Strukturen preis. Grey-Box-Modelle sind Abgleichs der Datenstrukturen werden Unstimmigkeiten
in vielen Fällen mit Verschlüsselungstechnologien versehe- und Dopplungen eliminiert und eine gemeinsame Daten
ne White-Box-Modelle. Sie gewährleisten einen einfachen basis kreiert. Diese Datenstruktur wird verwendet, um für
Know-how-Schutz, aber erfordern, dass das Simulations- die Simulation relevante FE und Parameter auszuwählen.
werkzeug das verwendete Beschreibungsmittel ausführen Die ausgewählten Strukturen werden in eine technologie-
kann. Black-Box-Modelle geben dem Nutzer und auch der spezifische Export-Datei, wie zum Beispiel ModelicaML oder
Simulationsumgebung, ausgenommen der Zugriffsmetho- als SIMIT-Komponente, mittels Modellierungs- und Simulati-
den und spezifischen Parametern, keine Informationen zu onswerkzeug-spezifischer Konverter konvertiert (Abbildung
den inneren Strukturen preis. 4, 1.2). Diese können dann in ein Modellierungswerkzeug
Im Falle dieses Beitrags empfehlen die Autoren, AT-Gerätemo- wie OpenModelica importiert, die darin enthaltenen signal-
delle als Black-Box-Modelle auszutauschen. Hierdurch wird flussbasierten logischen Strukturen basierend auf vordefi-
der Schutz des geistigen Eigentums der Gerätehersteller, die nierten FE instanziiert und die Parameter sowie Variablen
69
Hauptbeitrag
Dienste bereitzustellen, um über das Kommunikationsnetz
während der Simulationslaufzeit Daten oder Befehle von
den AT-Gerätemodellen zu empfangen und an diese zu ver-
senden. Mit der Methode IsOnline ist ein Wechsel zwischen
den beiden Datensätzen möglich. Je nach Simulationsme-
thode kann die verwendete Kommunikationstechnolgie
wie beispielsweise PROFIBUS und PROFINET eingesetzt
Abbildung 6: Erweitertes OPC-UA-Informationsmodell für AT-Gerätemodelle. werden. Dazu muss nur der virtuelle DeviceType oder be-
reits der NetworkType als neuer Baumstrang für die vir-
tuellen Daten hinzugefügt werden. Der VirtualDeviceType
Verbindungsaufbau
Simulationswerkzeug als
FMU
für ausgewählte Geräte von
Anlegen Übertragen
der Datensätze der FMUs im der Adressinformationen der
erbt von dem DeviceType und kann weitere simulationsre-
FDI Client und Zugriff auf
FDI Server
FDI Server importieren Simulationswerkzeug
(z.B. OPC UA Server)
Datensätze
(z.B. endpoint & NodeID)
levante Inhalte besitzen.
FDI Server FDI Server FDI Server FDI Server
Die UIP wird in der Datenablage des FDI Hosts hinterlegt und
z.B. OPC UA
Server
1. GetAttachment
Server
2. Instanciate
Server
4. SetAddress
verweist auf das OPC-UA-Informationsmodell (Abbildung 4,
Client
(FMU)
Client
(FMU)
3. CreateData Client 3.3).
Simulationsumgebung Simulationsumgebung Simulationsumgebung Simulationsumgebung
Massenhafte Instanziierung von 2.3.4 Schritt 4: Teilautomatisierte Instanziierung
Planungswerkzeug auslösen
Die im FDI Host, wie beispielsweise dem SIMATIC PDM, hin-
Abbildung 7: Geführte Instanziierung von AT-Gerätemodellen. terlegten und instanzspezifisch konfigurierten AT-Geräte-
modelle werden in einer Simulationsumgebung importiert
passend verbunden (Abbildung 4, 1.3) werden. und teilautomatisiert instanziiert (Abbildung 4, 4). Diese ge-
führte Instanziierung ist in Abbildung 7 skizziert.
2.3.2 Schritt 2: Integration Zuerst wird eine Verbindung vom Simulationswerkzeug als
Das AT-Gerätemodell wird nun gemäß Abschnitt 2.3 als FMU Client zum FDI Server aufgebaut – folgend anhand von OPC
CS exportiert (Abbildung 4, 2.1) und in die FDI IDE als Attach- UA erläutert. Die Simulationsumgebung fordert bei dem
ment zurückgespeist (Abbildung 4, 2.2). In einem weiteren FDI-Server durch eine manuelle Eingabe oder automatisiert
Schritt wird die EDD mit Hilfe der Parameter und Schnittstel- durch externe Bulk-Engineering-Methoden das AT-Geräte-
len des AT-Gerätemodells erweitert (Abbildung 4, 2.3). Diese modell mit GetAttachment an. Die FMU wird vom FDI-Ser-
Erweiterung bewirkt, dass beim Import und der Interpreta- ver dem Simulationswerkzeug übertragen und instanziiert
tion mit der EDD Engine im Integrationssystem das OPC-UA- (Instanciate).
Informationsmodell um einen weiteren Datensatz für das Für die Übertragung der Laufzeitdaten der AT-Gerätemodelle in
AT-Gerätemodell ergänzt wird. Das resultierende OPC-UA- den FDI-Host muss im Simulationswerkzeug ein OPC-UA-
Informationsmodell ist in Abschnitt 2.3.3 skizziert. Für die Server die Werte der AT-Gerätemodelle bereitstellen (Create
EDD bedeutet dies, dass dieselbe Datenstruktur der realen Data). Die Adressinformation des Servers wird mit der be-
AT-Geräte parallel zu den AT-Gerätemodellen angelegt wer- reits bestehenden Kopplung preisgegeben (SetAddress). Das
den muss, sich deren Ausprägungen der Daten jedoch, unter Simulationswerkzeug muss somit in der Lage sein, sowohl
anderem durch zusätzliche Simulationsparameter, unter- einen Server, als auch einen Client anzubieten und Modelle
scheiden können. automatisiert zu instanziieren.
Für die Visualisierung und Bedienung der AT-Gerätemodelle
werden manuell User-Interface-Plugins (UIP) entwickelt (Ab- 2.3.5 Schritt 5: Simulation
bildung 4, 2.4), die mit der erweiterten EDD gekoppelt wer- Für die Simulation sind drei wesentliche Schritte notwendig
den. Dies ermöglicht eine toolunabhängige Modellierung der (Abbildung 4, 5.1 bis 5.3), die in Abbildung 8 dargestellt sind.
Visualisierung und Bedienung außerhalb einer Simulations- Im ersten Schritt wird die Kommunikation zwischen dem
umgebung. Das FDI Device Package wird mitsamt der erwei- FDI-Server und dem Simulationswerkzeug aufgebaut (Abbil-
terten EDD, der UIP, der FMU CS als Anhang aus der FDI IDE dung 4, 5.1). Der Datenaustausch kann entweder über eine
nach vorhandenen FDI-Regeln exportiert (Abbildung 4, 2.5). direkte Verbindung (a) oder mittels eines zwischengeschal-
teten FDI-Communication-Servers (b) ablaufen. Der Com-
2.3.3 Schritt 3: Import munication-Server abstrahiert die Kommunikationstechno-
Beim Import des FDI Device Packages in das Integrations- logie und erlaubt explizit unterschiedliche Technologien für
system wird das OPC-UA-Informationsmodell inklusive des reale und virtuelle AT-Geräte.
Datensatzes für AT-Gerätemodelle mittels der EDD Engine Vor und während der Laufzeit werden die Parameter
automatisch generiert (Abbildung 4, 3.1 und 3.2). Dabei ent- der FMU mit den Simulations-Offline- oder Simulations-
steht neben den Offline- und Online-Geräteobjekten der Online-Werten innerhalb des FDI-Servers abgeglichen
realen AT-Geräte, für das virtuelle AT-Gerät ein Offline- und (Abbildung 4, 5.2). Wichtig bei der Durchführung sind Be-
Online-Datensatz (siehe rote Knoten in Abbildung 6). Der nachrichtigungen bezüglich Abweichungen zwischen den
Offline-Datensatz dient zur persistenten Datenhaltung der Parametersätzen und Vorschlägen zur Auflösung der Un-
Simulationsdaten, während der Online-Datensatz nur zur Si- gleichheiten.
mulationslaufzeit aktiv ist. Der Online-Datensatz enthält alle Während der Simulationslaufzeit werden die Werte zwischen
Daten des aktiven Simulationsmodells. Er ist dafür zuständig, der Simulation und dem FDI-Server ausgetauscht. Dabei löst
70
Hauptbeitrag
Kommunikationsaufbau Parameterabgleich Simulation, Bedienung & Visualisierung
zwischen Simulationswerkzeug und mit im FDI Server hinterlegten
FDI Server Parametern
(mehrmals auslösbar) 1. Methode
auslösen
FDI Server FDI Server FDI Server Server Client FDI Client
Client Client Client
2. Anfordern
…
Server
Server Server
b) Sim-FDI Communication Server a) 3. Ausführen
Simulationsumgebung Simulationsumgebung
Server
Simulationsumgebung
Abbildung 8: Simulation von AT-Gerätemodellen.
Sitrans P DS III PA : Gerät
+ phys_device_man_id (Manufacturer): INT: 42
+ phys_device_id (Product Name): STRING: Sitrans P DS III PA
...
Eingang : Modul Ausgang : Modul
Temperature : Funktionales Element Analog Input : Funktionales Element
+ trans2_electronic_temperature_unit (Unit): INT: 1001 (°C) + func1_AI_out_upper_range_value (Upper Scaling Limit): FLOAT: 1.0
+ trans2_electronic_temperature_low_limit (Lower Range Value): FLOAT: -40.0 + func1_AI_pv_ftime (Filter Time Constant): FLOAT: 1.0
... ...
Pressure : Funktionales Element Totalizer : Funktionales Element
+ trans1_sensor_low_limit (Lower Sensor Limit): FLOAT: 0.0 + func2_TOT_preset_tot (Preset Value): FLOAT: 0.0
+ trans1_density (Density): FLOAT: 1.0 + func2_TOT_alarm_hys (Limit Hysteresis): FLOAT: 1.0
... ...
Abbildung 9: Datenstruktur gemäß IEC 62930 des Sitrans P DS III PA.
der FDI-Client im FDI-Server die hinterlegten Methoden zum Modelica in OpenModelica implementiert (siehe Abbildung
Abruf und zur Übertragung von Informationen für die AT-Gerä- 10 b). Das AT-Gerätemodell besitzt eine Kommunikations-
temodelle basierend auf den UIP aus. Mit den UIP ist somit die schnittstelle und eine Prozessschnittstelle. Die Kommuni-
Beobachtung, Auswertung und Manipulation der virtuellen kationsschnittstelle betrifft den Ausgang des Analog Input
AT-Geräte möglich. Der OPC-UA-Client vom FDI-Server über- und die Schnittstellen des Totalizers. Außerdem sind alle im
tragt die Informationen über das gewählte Kommunikations- AT-Gerätemodell enthaltenen und für die Kommunikation
medium an das Simulationswerkzeug. Dort werden die Daten freigegebenen Parameter an diese Schnittstelle sowie zu
verarbeitet und beispielsweise skriptbasiert ausgeführt. den jeweils zugehörigen Funktionalen Elementen gekop-
Weiterhin soll ideengemäß ein bidirektionaler Austausch pelt. Die Verbindungen zwischen den Funktionsbausteinen
des Parametersatzes zwischen dem Datensatz des virtuellen sind durch einen zentralen Channel abgebildet. Die Prozess-
AT-Gerätes mit dem Datensatz des realen AT-Gerätes inner- schnittstelle repräsentiert die Verbindung zu umliegenden
halb des FDI Servers ermöglicht werden (Abbildung 4, 5.3) Modellen und ist direkt mit den Transducer Blocks verbun-
– eine Art Schalter zwischen realer und virtueller Welt. Ein den. Das AT-Gerätemodell ist als Modelica-Modell sowie als
Anwendungsfall besteht darin, dass die in der Simulation er- FMU CS in einem Simulationswerkzeug, wie beispielsweise
probten Parameter auf den Datensatz des realen AT-Gerätes OpenModelica oder SIMIT, lauffähig (siehe Abbildung 10 c).
übertragen werden. Dieser Abgleich wird nur dadurch er- Damit sind die grundlegenden Elemente der Modellierung
möglicht, dass die Datenstrukturen der virtuellen und realen und Simulation umgesetzt und zeigen, dass AT-Geräte
AT-Geräte annähernd identisch sind. modelle gemäß einer Geräteintegrationslösung hersteller-
und systemneutral modelliert und simuliert werden können.
Zukünftige Arbeiten prüfen die Implementierung der Integ-
3. Beispielanwendung ration der AT-Gerätemodelle in FDI sowie die teilautomati-
Die vorgeschlagene Methodik erfordert in mehreren Werk- sierte Instanziierung der AT-Gerätemodelle in SIMIT durch
zeugen Anpassungen, die seitens der Werkzeughersteller eine Kopplung mit SIMATIC PDM von Siemens.
durchgeführt werden müssen. Aufgrund der zugrunde
liegenden Masterarbeit des Hauptautors wurden die not-
wendigen Implementierungen anhand des Druckmess- 4. Diskussion und Fazit
umformers Sitrans P DS III PA von Siemens prototypisch Mit der teilautomatischen Generierung der Simulationsmo-
durchgeführt, die keine Anpassungen an Werkzeugen benö- delle für AT-Geräte wird gewährleistet, dass das logische und
tigen. kommunikationstechnische Verhalten und die Parameter
In einem rudimentären Werkzeug, das bislang losgelöst der gemäß der zugrundeliegenden Engineering-Daten aus dem
FDI IDE agiert, konnten EDD- und GSD-Dateien eingelesen, existierenden FDI abgebildet wird. Damit einher geht die
die Parameter sowie Funktionalen Elemente gemäß [1] ab- Berücksichtigung der industriellen Kommunikation und die
gebildet und ausgewählt werden. Ein resultierendes abstra- Bedienung sowie Visualisierung über systemneutrale grafi-
hiertes Klassendiagramm des Sitrans P DS III PA ist in Abbil- sche Oberflächen als UIP. Die Anforderungen R1 bis R5 sind
dung 9 dargestellt. damit erfüllt. Neben der reinen Erfüllung erleichtert die ge-
Mit Hilfe der generierten Datenstruktur und des Funktions- führte Modellierung die Erstellung der Gerätemodelle erheb-
bausteinmodells aus dem Geräteprofil des Messumformers lich. Bereits vordefinierte Strukturen können ausgewählt
(siehe Abbildung 10 a) ist das AT-Gerätemodell manuell mit und daraus die Grundstruktur des Gerätemodells generiert
71
Hauptbeitrag
werden. Es ist fehlerunanfälliger und deutlich effizienter, als Prozess-
schnitt-
Sitrans P DS III PA Kommunikations
-schnittstelle
das Verhalten gänzlich manuell nachzubilden.
stelle (PROFIBUS PA)
Parameter: trans1_sensor_low_limit
Parameter: trans1_sensor_high_limit Parameter: func1_AI_hi_lim
Mit der Verwendung von Modelica und FMU CS als Beschrei- … …
bungs- und Austauschmittel sind die AT-Gerätemodelle frei im Analog Input: AI.OUT
Detaillierungsgrad modellierbar, schützen aufgrund der Black- Pressure:
Function Block (Value & Status)
PRES.IN Channels TOT.TOTAL
Box-Eigenschaft das Know-how, werden systemneutral bereit- Transducer Block
Totalizer:
TOT.SET_TOT
TOT.MODE_TOT
gestellt und sind damit herstellerübergreifend austauschbar. Function Block (Value & Status)
Somit sind auch die Anforderungen R6 bis R9 erfüllt. a)
b)
Die Umsetzung der technologiespezifischen Methodik be-
nötigt einige einmalige, sowie aufwändige Implementierun-
gen und ist an die Verwendung von FDI gebunden. Es bietet
jedoch ein Rahmenwerk, das durch minimale Aufwände die
einheitliche Gerätemodellierung und -simulation ermöglicht.
Mit der Integration der AT-Gerätemodelle in die Infrastruktur
von FDI können weitere positive Effekte erzielt werden:
» AT-Gerätemodelle verwenden bis auf die Modellierungs-
und Simulationsumgebung dieselben Werkzeuge und
Kommunikationsstrukturen. c)
» AT-Gerätemodelle liegen wie Datenblätter bei der Bereit-
stellung der realen AT-Geräte bei.
Abbildung 10: AT-Gerätemodell des Sitrans P DS III PA als Geräteprofil (a),
» AT-Gerätemodelle werden in Anlagensimulationen teil- mit Modelica in OpenModelica (b) und als FMI CS in SIMIT (c).
automatisiert instanziiert, was den Aufwand bei der
Simulationserstellung deutlich reduziert. Dieser Beitrag besitzt im Ergebnis vielfältige Anschluss-
punkte zu weiteren Arbeiten im Kontext der Industrie 4.0. In
» Die Simulation ist mit den Parametrierwerkzeugen realer [14] wird die inhaltliche Konvergenz des digitalen Zwillings
AT-Geräte gekoppelt und ermöglicht einen Abgleich von mit der Verwaltungsschale in ein künftiges umfassendes
Parametern realer und virtueller AT-Geräte. Datenobjekt mit standardisierten Industrie-4.0-Schnittstel-
len vorausgesagt. Die hier vorgestellte Methodik zielt genau
» Virtuelle und reale AT-Geräte können parallel parame darauf ab: die Kombination und Kapselung verschiedener
triert und konfiguriert werden. Teilmodelle eines Gerätes. Gemäß [15] entwickelt der Auto-
mationML-Verein ein AML-Modell für allgemeine Automa-
Aufgrund der bislang fehlenden Austauschbarkeit und Inter- tisierungsgeräte (Automation Component), bettet gemäß
operabilität von Simulationsmodellen automatisierungstech- [16] seinerseits Gerätebeschreibungsdateien ein und zeigt
nischer Geräte (AT-Geräte) liefert dieser Beitrag eine einheit- auf, wie man Netzwerke von AT-Geräten sowie ihre elektri-
liche und effiziente Vorgehensweise zur Gerätemodellierung schen Verbindungen abbilden kann. Auch hier würde sich
und -simulation. Die Kernidee der Methodik besteht darin, die vorgestellte Methodik nahtlos einbinden lassen: die Au-
die Infrastruktur von der Geräteintegrationstechnologie Field tomation Component bietet die passende Grundlage für die
Device Integration (FDI) für virtuelle Automatisierungsgeräte automatische Generierung vernetzter AT-Geräte-Simulatio-
zu nutzen. Die systemneutralen AT-Gerätemodelle, modelliert nen. Und nicht zuletzt eröffnet dieser Beitrag mit geringen
als Functional Mock-Up Unit für Co-Simulation (FMU CS), wer- Anpassungen an Entwicklungswerkzeugen und Technolo-
den teilautomatisiert erstellt, im FDI Device Package bereit gien eine neue Facette des virtuellen Engineerings: die Ver-
gestellt, aus dem FDI-Host heraus teilautomatisiert instanziiert, schmelzung der realen und virtuellen Welt im Kontext von
parametriert und simuliert. Automatisierungsgeräten.
[5] VDI 3633-1: Simulation von Logistik-, Materialfluss- und Produktionssyste-
Referenzen men - Teil 1: Grundlagen. 2014. www.beuth.de
[1] IEC TR 62390: Common automation device – Profile guideline. 2005. [6] Klatt, K.-U.: Trainingssimulation: Erfahrungen und Perspektiven aus Sicht der
www.iec.ch chemisch-pharmazeutischen Industrie. atp edition 50(1-2), S. 66-71, 2009.
[2] Diedrich, C., Hadlich, T.: Geräteintegration in AT-Systeme. atp edition 55(10), [7] Süß, S., Strahilov, A., Diedrich, C.: Behaviour simulation for virtual commis-
S. 46-55, 2013. sioning using co-simulation. In: Proceedings of ETFA 2015. IEEE 2015.
[3] Heinzerling, T., Oppelt, M., Bell, T.: Gerätemodelle in Prozesssimulation inte- [8] Oppelt, M., Urbas, L., Hoernicke, M., Barth, M., Rosen, R.: Simulation 2025: Si-
grieren. atp edition 59(10), S. 34-45, 2017. mulation im Lebenszyklus industrieller Anlagen. In: Tagungsband VDI-Kon-
[4] Schumacher, F., Wolf, G., Drumm, O., Fay, A.: Anforderungen an die gress Automation 2016. VDI 2016.
Feldgerätesimulation im Lebenszyklus von Anlagen. In: Tagungsband VDI- [9] Schlegel, M.: Mixed-Level-Simulation heterogener Systeme mit VHDL-AMS
Kongress Automation 2013, S. 255-259. VDI 2013. durch Multi-Architecture-Modellierung. Technische Universität Chemnitz 2005.
72Hauptbeitrag
[10] Puntel-Schmidt, P.: Methoden zur simulationsbasierten Absicherung von [14] Drath R., Malakuti S., Grüner S., Grothoff J., Wagner C., Epple U., Hoffmeis-
Steuerungscode fertigungstechnischer Anlagen. Helmut-Schmidt-Univer- ter M., Zimmermann P.: Die Rolle der Industrie 4.0 „Verwaltungsschale“ und
sität 2017. des „digitalen Zwillings“ im Lebenszyklus einer Anlage - Navigationshilfe,
[11] Oppelt, M.: Towards an integrated use of simulation within the life-cycle of a Begriffsbestimmung und Abgrenzung. In: Tagungsband VDI-Kongress Auto-
process plant. Aachen, Shaker Verlag 2016. mation 2017. VDI 2017.
[12] DIN EN 62769-1: Feldgeräteintegration (FDI) - Teil 1: Überblick. 2016. www. [15] AutomationML e.V.: Whitepaper Part 6 – AutomationML Component. https://
beuth.de www.automationml.org/.
[13] Blochwitz, T., Otter, M., Arnold, M., Bausch, C., Clauss, C., Elmqvist, H., Jung- [16] Rentschler M., Drath R., Hinze J., Gatterburg A.: AutomationML als generi-
hanns, A., Mauss, J., Monteiro, M., Neidhold, T., Neumerkel, D., Olsson, H., sche Beschreibungssprache für den Digitalen Zwilling. In: Tagungsband VDI-
Peetz, J.-V., Wolf, S.: The Functional Mockup Interface for Tool independent Kongress Automation 2019. VDI 2019.
Exchange of Simulation Models. In: Proceedings of ETFA 2011. IEEE 2011.
AUTOREN
M.Sc. Pascal Habiger (geb. 1994) ist seit Juli 2019 als wissen- M. Sc. Pascal Habiger
schaftlicher Mitarbeiter am Institut für Smart Systems und Hochschule Pforzheim
Services an der Hochschule Pforzheim beschäftigt. Sein For- Tiefenbronner Straße 65
schungsschwerpunkt ist Plug&Produce von heterogenen 75175 Pforzheim
und strukturvariablen Fertigungsmodulen auf Basis von +497 231286849
Verwaltungsschalen der Industrie 4.0 und semantischen pascal.habiger@hs-pforzheim.de
Informationsmodellen. Die Inhalte des Beitrags wurden im
Rahmen seiner Masterarbeit an der Hochschule Pforzheim
in der Vorfeldentwicklung der Siemens AG erarbeitet.
Prof. Dr.-Ing. Mike Barth (geb. 1981) ist Professor für me- Prof. Dr.-Ing. Mike Barth
chatronische Komponenten im Bereich Informations- Hochschule Pforzheim
technik an der Hochschule Pforzheim. Sein Forschungs- Tiefenbronner Straße 65
schwerpunkt liegt auf dem umfassenden Einsatz von 75175 Pforzheim
Modellierung und Simulation im Engineering und Betrieb +497 231286849
von Maschinen, Anlagen und Automatisierungssystemen. mike.barth@hs-pforzheim.de
Prof. Barth ist wissenschaftlicher Chefredakteur des atp
magazins und Mitglied des Instituts für Smart Systems
und Services - IoS³ der HS Pforzheim.
Prof. Dr.-Ing Rainer Drath (geb. 1970) lehrt seit 2017 Me- Prof. Dr.-Ing Rainer Drath
chatronisches System-Engineering, AutomationML, Hochschule Pforzheim
Funktionale Sicherheit und Messtechnik an der Hoch- Tiefenbronner Straße 65
schule Pforzheim. Er studierte von 1990 bis 1995 an der 75175 Pforzheim
Technischen Universität Ilmenau Automatisierungstech- +497 231286849
nik und promovierte von 1996 bis 1999. Nach einem Aus- rainer.drath@hs-pforzheim.de
landsaufenthalt in Japan forschte er im ABB Forschungs-
zentrum Ladenburg, zuletzt als Senior Principal Scientist.
Sein Forschungsschwerpunkt ist das interdisziplinäre
System-Engineering sowie Industrie 4.0.
M.Sc. Till Heinzerling (geb. 1985) ist Projektleiter in der M.Sc. Till Heinzerling
Vorfeldentwicklung für das Thema Prozessimulation im Siemens
Engineering bei der Siemens AG in Karlsruhe. Zuvor hat er Siemens AG
in verschiedenen Funktionen bei Siemens gearbeitet, u. a. Digital Industries
mehrere Jahre in der Abwicklung von Automatisierungs- Adresse
projekten in der Öl- und Gas-Industrie. Er hat seinen Mas- 76187 Karlsruhe
ter im Bereich „Management of Product Development“ am +49 152 28860167
Karlsruhe Institute of Technology (KIT) abgeschlossen. till.heinzerling@siemens.com
73WERTVOLLES PRÄZISE. PROVOKANT. RELEVANT.
FACHBERICHTE, INTERVIEWS UND
TREND-REPORTS.
KNOW-HOW
FÜR DIE
AUTOMATISIERUNGS
TECHNIK
Das
Leitmediu
m
der Prozess
- und
Fertigungs
industrie
Die Wissensplattform für die Automatierungstechnik und digitale Transformation.
www.vulkan-verlag.deDas Konzept atp magazin ist das praxisnahe Magazin für Automatisierungstech- nik und digitale Transformation in der Prozess- und Verfahrenstechnik, in der Fertigungstechnik sowie in den angrenzenden Branchen der produzierenden Industrie. Im Kern finden unsere Leser anspruchsvolle und durch Experten aus Wissenschaft und Industrie peer-reviewte Hauptbeiträge, die neue Impulse in der Automatisuerungstechnik thematisieren und vorstellen. Mit unseren Technologie-Reports und Trend-Berichten zu neuen Geschäftsmodellen im Zeitalter der digitalen Transformation setzen wir die Agenda für Industrie 4.0. Die beiden Chefredakteure Prof. Dr.-Ing. Mike Barth für den Bereich Science und Dr.-Ing. Thomas Tauchnitz für den Bereich Industry schauen in enger Abstimmung miteinander auch über den Tellerrand der Prozessautomatisierung und haben für ihre Leser stets den Blick für neue und spannende Themen.
Der Mehrwert für Ihr Business
„Der digitale Wandel stellt die industrielle Automa-
tisierung vor große Herausforderungen. Wie diese
Hürden erfolgreich übersprungen werden können
und welche Chancen sich damit eröffnen, zeigt das
atp magazin mit seiner einzigartigen Kombination
aus Fachwissen und Praxisnutzen eindrucksvoll.“
Dr. Felix Hanisch
Head of Industrial Automation,
Bayer AG sowie Vorstands
vorsitzender der NAMUR
„Das atp magazin gehört auf den Schreibtisch aller
Ingenieure der Prozess- und Fertigungsindustrie. Es
ist ein Leitmedium der Automatisierungstechnik und
wichtiger Wegweiser für die erfolgreiche Realisie-
rung von Industrie 4.0.“
Dr. Gunther Kegel
CEO der Pepperl+Fuchs GmbH
„Die fortschreitende Digitalisierung bietet viele Mög-
lichkeiten für die automatisierte Produktion. Daher
gehört das atp magazin mit seiner Kombination von
wissenschaftlicher Qualität und praxisrelevanten In-
halten mehr denn je zur Pflichtlektüre für Hersteller,
Anwender und Hochschulen.“
Prof. Dr.-Ing. Alexander Fay
Professur für Automatisierungstechnik an der
Helmut-Schmidt-Universität der Bundeswehr
HamburgUNSER THEMENFAHRPLAN FÜR 2021
Ausgabe Schwerpunkt Einzelthemen
1/2 NAMUR-Hauptsitzung
Module Type Package
Januar/ Offene Architekturen
Februar NAMUR Open Architecture
Leitsystemtechnik
Instandhaltung Predictive Maintenance
3
Wartung Messen, Steuern, Regeln
März
Betrieb Sensorik/Aktorik
Modellbasiertes Engineering
4 Digital Twin
Modellierung
April Verwaltungsschale
Simulation, Co-Simulation
Cloud Computing
5 Edge Computing
IIoT/IoT
Mai Plattformen
Automation-as-a-Service
6/7 Automation 2021 (Navigating 10 Jahre Industrie 4.0
Juni/Juli towards resilient production) Modular Automation
Künstliche Intelligenz
8 Machine Learning
Autonome Systeme
August Deep Learning
Robotik
9 Industrielle Kommunikation
Wireless Automation
September 5G
Green Automation
10 NAMUR-Hauptsitzung 2021
Energy Efficiency
Oktober Prozessautomation
Sustainable Automation
11/12 Smart Factory
SPS 2021
November/ Plug-&-Produce
Dezember Fertigungsautomation
Supply Chain ManagementFÜR SUPERHELDEN DER
AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
• Das Leitmedium der Prozess- und Fertigungsindustrie
• Technologie-Reports, Interiews und Trend-Berichte
• Wissenschaftliche Fachberichte und praxisrelevante Inhalte
• absoluter Mehrwert: umfangreiches Online-Archiv seit 2008
noitamotuA gnimrofsnarT
Transforming Automation 0202 80 ebagsuA Transforming Automation
atp magazin 09 2020
atp magazin 08 2020
atp magazin 06-07 2020
Ausgabe 09 2020 Ausgabe 06-07 2020
HAUPTBEITRÄGE: :EGÄ RTIEBTPUAH
• Gib den Daten einen Kontext 0.4 eirtsudnI rüf ngiseD-yb-ytiruceS •
• Dezentrales Scheduling für dynamische Systeme beirteB-amrahP mi gniniarT-RV •
HAUPTBEITRÄGE:
• Die Verwaltungsschale - Lösung für das Datenchaos!
• Production Bots für Production Level 4 eirtsudnissezorP red ni elledomnegalnA elatigiD •
• Open automation demonstrator for the chemical industry
• Simulationsmodellgenerierung im modularen Maschinen- stnalP hctaB lacimehC rof swolfkroW det roppuS-IA •
und Anlagenbau • Eine systematische Bewertung der Qualität von Simulationsmodellen
ecitcarP ni sniwT latigiD •
• Absicherung von industriellen Steuerungen gegen • Datenmodelle in Cloud-Plattformen
fortschrittliche Cyberangriffe • Intermodulare funktionale Sicherheit für flexible Anlagen
Digitale Geschäftsmodelle | Plattformökonomien
At Your Command!
Agentenbasiert zur Smart Factory
Digital Twin | Simulation & Software
Künstliche Intelligenz | Ethik
SELBST IST DIE ANLAGE
DIGITAL TWIN
• Digital Twins in Practice
EIN LAND VERSCHLÄFT DIE DIGITALE ZUKUNFT
• AI-Supported Workflows for Chemical Batch Plants
• Digitale Anlagenmodelle in der Prozessindustrie
• VR-Training im Pharma-Betrieb
• Security-by-Design für Industrie 4.0
HAUPTBEITRÄGE:
www.atpinfo.de
www.atpinfo.de
www.atpinfo.de
Ausgabe 08 2020
Transforming Automation
Transforming Automation
Transforming Automation Transforming Automation Transforming Automation
atp magazin 05 2020
atp magazin 04 2020
atp magazin 03 2020
atp magazin 01-02 2020
Ausgabe 01-02 2020
Ausgabe 05 2020 Ausgabe 04 2020 Ausgabe 03 2020
HAUPTBEITRÄGE:
HAUPTBEITRÄGE: HAUPTBEITRÄGE: • Verwaltungsschalen als Wegbereiter für das Monitoring
• Effiziente Entwicklung von Produktionssystemen HAUPTBEITRÄGE: • Informationsmodellierung mit OPC Unified Architecture
• Automatische Konfiguration autonomer Robotersysteme • Bestandsanlagen in der smarten Produktion • Zertifizierung bei OPC-Technologien • Impulse zur Nutzung smarter Sensoren und Aktoren
• Realisierung der NAMUR-Diode mittels Virtualisierung • OPC UA Server Aggregation • Funktional sichere Kommunikation mit OPC UA Part 15: Safety • Autonome Anlagen und Remote Operation
• Assistierte Risikobeurteilung für wandlungsfähige Montagesysteme • DIN SPEC 92000 als Enabler für Plug-and-Produce-Konzepte • OPC UA: Kommunikation und Safety
• Blockchain in Automatisierung und Industrie 4.0 • NAMUR-MTP für Plug-&-Operate in produktionsnaher Logistik
• Safety-Analyse für Security-geschützte Kommunikation • OPC UA von der Cloud bis ins Feld
• Skalierbare Smart-Kameras für die Inline-Inspektion
Safety & Security
im Einklang
Jackpot 4.0 | NAMUR-Hauptsitzung 2019
Industrielle Kommunikation | OPC UA
Autonome Systeme | Robotik
Safety & Security
é
ert
Libalité mie
Ég tono
Au THE UNITED NATIONS
OF AUTOMATION
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www.atpinfo.de
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Transforming Automation
atp magazin 11-12 2019
Ausgabe 11-12 2019 Transforming Automation Transforming Automation Transforming Automation
atp magazin 10 2019
atp magazin 08 2019
atp magazin 06-07 2019
Ausgabe 10 2019 Ausgabe 08 2019 Ausgabe 06-07 2019
HAUPTBEITRÄGE:
HAUPTBEITRÄGE:
• Integriertes Anlagenengineering zur Erhöhung der Energieeffizienz HAUPTBEITRÄGE:
• Industrie-Sicht auf Autonomie
• Ein neues Verfahren zur Modellierung linearer Systeme • Neue Automatisierungsarchitektur für die Prozessindustrie HAUPTBEITRÄGE:
• Evolution eines Digital Twin am Beispiel einer Ethylen-Anlage
• Das vereinheitlichte digitale Typenschild • Neues Namur-Arbeitsblatt 035 legt Fokus auf gesamten Lifecycle • Autom. Code-Erzeugung durch Digitalisierung der IEC PAS 63131 • Technikakzeptanz durch User-Centred Change
• Hochflexible Produktion mit agentenbasierter Steuerung • First Module Type Package implementation • Wie OT-Security-Engineering eine Ingenieurwissenschaft wird • Verschlüsselung sicherer Kommunikation
• Harte Echtzeit für weiche Materialien • Software-Komponenten für intelligente Prozessknoten • Modellbasierte Funktionsentwicklung von Gasheizungen • Wissensbasiertes Engineering cyber-physischer Prozessanlagen
• Mit nicht-invasiven Prüfungen Anlagenstillstände vermeiden • Gesteigerte Wertschöpfung in modularen Systemen
Künstliche Intelligenz
HIER GEHT ES ZUM DIGITALEN TYPENSCHILD ê
Ende der Moral?
Cybersecurity und Blockchain
Robotik und Digital Twin
Dezentrale Intelligenz
Processes: 326 total, 2 running, 324 sleeping, 2097 threads
Load Avg: 1.39, 1.75, 1.83 CPU usage: 3.62% user, 3.86% sys, 92.51% idle SharedLibs: 160M resident, 47M data, 57M linkedit.
MemRegions: 99184 total, 1534M resident, 61M private, 1045M shared. PhysMem: 8017M used (1742M wired), 174M unused.
VM: 1951G vsize, 1372M framework vsize, 698(0) swapins, 1344(0) swapouts. Networks: packets: 835861/818M in, 512554/99M out.
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