Konzept fur ein rollenzentrisches Plug and Produce zur Inbetriebnahme und zum Austausch von Feldgeraten

摘要

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 Ansatze 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 Flexibilitat und Anwcndungsbrcite. In dieser Arbeit wird ein allgemeines Plug-and-Produce-Konzcpt fur Fcldgerate in der Prozesstechnik entwickelt. Das Konzept kann fur die erste Inbetriebnahme sowie den Wechsel eines Gerats nach einem Ausfall genutzt werden. Zudem ist es in einer Weise konzipiert, dass es auch Bestandsanlagen mit alteren Technologien unterstutzt. Kern des Konzepts ist die explizite Betrachtung der funktionalen Aufgaben (Rollen) in der Anlage und die automatisierte Zuordnung von Geraten zu diesen Aufgaben. Die Zuordnung wird durch einen Abgleich von Anforderungen auf Seite der Rolle und Zusicherungen auf Seite des Gerats erzielt. Dabei wird zwischen Eigenschaften und Fahigkeiten unterschieden. Letztere spiegeln die Funktion des Gerats wider. Fur die Formulierung der Anforderungen und Zusicherungen wird das Eigenschaftsauspragungsaussagen-Modell genutzt. Die Zusicherungen des Gerats werden in feste Merkmale des Geratetyps und veranderliche Eigenschaften der Gcratcinstanz (die Parameter) unterteilt. Fur eine erfolgreiche Eingliederung muss die Konfiguration des Gerats angepasst, sowie die Prozesskommunikation zwischen Gerat und uberlagerter Steuerung hergestellt werden. Das Konzept teilt sich in zwei Aspekte auf. Zunachst umfasst dies eine Betrachtung der benotigten Informationen und Funktionen der beteiligten Komponenten. Die Komponenten im Kontext des Konzepts sind die Rolle, der Geratetyp, die Gerateinstanz sowie die Kommunikation. Der zweite Aspekt beschreibt die Prozedur, die zum Absolvieren eines PnP-Vorgangs durchlaufen wird. Die Prozedur wird in funf Blocke von Schritten unterteilt. Der erste Block regelt die Vorbereitung bei einem Geratewechsel. Anschliessend wird das neue Gerat in die Kommunikation eingebunden und identifiziert. Im Folgenden werden dem Gerat die Rollen zugeordnet, welchc das Gerat ubernehmen soll. Ob das Gerat die gewahlten Rollen ubernehmen kann, wird anhand eine Eignungsprufung zwischen Anforderungen der Rolle und Zusicherungen des Gerats getestet. Abschliessend wird das Gerat konfiguriert, die Anbindung an die Steuerung angepasst und die Kommunikation zwischen beiden aufgebaut. Nach der Beschreibung des Konzepts wird dessen Umsetzung mit technischen Losungen analysiert. Es wird untersucht, wie geforderte Funktionalitaten mit gangigen Technologien bereitgestellt werden konnen. Weiter wird die technische Realisierung anhand von Anwendungsfallen durchexerziert. Die Umsctzbarkeit wird zudem an einer prototypischen Implementierung demonstriert. Abschliessend werden offene Punkte und Moglichkeiten zur Erweiterung des Konzepts diskutiert.