Konzept für ein rollenzentrisches Plug and Produce zur Inbetriebnahme und zum Austausch von Feldgeräten

  • Concept for a role-centric plug and produce for commissioning and replacement of field devices

Nothdurft, Lars; Epple, Ulrich (Thesis advisor); Diedrich, Christian (Thesis advisor); Kleinert, Tobias Theodor (Thesis advisor)

Als Manuskript gedruckt. - Düsseldorf : VDI Verlag GmbH (2022)
Buch, Doktorarbeit

In: Fortschritt-Berichte VDI. Reihe 8, Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik 1274
Seite(n)/Artikel-Nr.: XII, 100 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2022

Kurzfassung

Die Strategie Industrie 4.0 ist eine deutsche Initiative zum Vorantreiben der Vernetzung und Digitalisierung in der Industrie. Ein Konzept im Zusammenhang mit Industrie 4.0 ist das "Plug and Produce", die automatisierte Integration von Komponenten in eine Produktionsumgebung. Bestehende Ansätze bauen meist auf modernen Technologien aus dem Industrie-4.0-Umfeld auf und sind zu bestehenden Anlagen nicht kompatibel. Existierenden Konzepten, die mit alten Technologien funktionieren, fehlt es hingegen an Flexibilität und Anwendungsbreite.In dieser Arbeit wird ein allgemeines Plug-and-Produce-Konzept für Feldgeräte in der Prozesstechnik entwickelt. Das Konzept kann für die erste Inbetriebnahme sowie den Wechsel eines Geräts nach einem Ausfall genutzt werden. Zudem ist es in einer Weise konzipiert, dass es auch Bestandsanlagen mit älteren Technologien unterstützt.Kern des Konzepts ist die explizite Betrachtung der funktionalen Aufgaben (Rollen) in der Anlage und die automatisierte Zuordnung von Geräten zu diesen Aufgaben. Die Zuordnung wird durch einen Abgleich von Anforderungen auf Seite der Rolle und Zusicherungen auf Seite des Geräts erzielt. Dabei wird zwischen Eigenschaften und Fähigkeiten unterschieden. Letztere spiegeln die Funktion des Geräts wider. Für die Formulierung der Anforderungen und Zusicherungen wird das Eigenschaftsausprägungsaussagen-Modell genutzt. Die Zusicherungen des Geräts werden in feste Merkmale des Gerätetyps und veränderliche Eigenschaften der Geräteinstanz (die Parameter) unterteilt. Für eine erfolgreiche Eingliederung muss die Konfiguration des Geräts angepasst sowie die Prozesskommunikation zwischen Gerät und überlagerter Steuerung hergestellt werden.Das Konzept teilt sich in zwei Aspekte auf. Zunächst umfasst dies eine Betrachtung der benötigten Informationen und Funktionen der beteiligten Komponenten. Die Komponenten im Kontext des Konzepts sind die Rolle, der Gerätetyp, die Geräteinstanz sowie die Kommunikation. Der zweite Aspekt beschreibt die Prozedur, die zum Absolvieren eines PnP-Vorgangs durchlaufen wird. Die Prozedur wird in fünf Blöcke von Schritten unterteilt. Der erste Block regelt die Vorbereitung bei einem Gerätewechsel. Anschließend wird das neue Gerät in die Kommunikation eingebunden und identifiziert. Im Folgenden werden dem Gerät die Rollen zugeordnet, welche das Gerät übernehmen soll. Ob das Gerät die gewählten Rollen übernehmen kann, wird anhand eine Eignungsprüfung zwischen Anforderungen der Rolle und Zusicherungen des Geräts getestet. Abschließend wird das Gerät konfiguriert, die Anbindung an die Steuerung angepasst und die Kommunikation zwischen beiden aufgebaut.Nach der Beschreibung des Konzepts wird dessen Umsetzung mit technischen Lösungen analysiert. Es wird untersucht, wie geforderte Funktionalitäten mit gängigen Technologien bereitgestellt werden können. Weiter wird die technische Realisierung anhand von Anwendungsfällen durchexerziert. Die Umsetzbarkeit wird zudem an einer prototypischen Implementierung demonstriert. Abschließend werden offene Punkte und Möglichkeiten zur Erweiterung des Konzepts diskutiert.

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