In prozess- und verfahrenstechnischen Anlagen müssen viele Fluidikkomponenten zuverlässig arbeiten, damit die automatisierten Abläufe reibungslos funktionieren und die gewünschte Produktqualität sichergestellt ist. Ventilinseln, Prozessventile, Sensoren, Massendurchflussregler (MFC) etc. finden hier ein breites Einsatzfeld in Anlagen zur Metall-, Glas- oder Kunststoffverarbeitung über Fermentierungsprozesse und die Herstellung pharmazeutischer Produkte bis hin zur Wasseraufbereitung sowie in Brauereien. Im Zusammenhang mit Industrie 4.0 genügt es heute nicht mehr, wenn diese Komponenten ihre Kernfunktion bestens erfüllen. Flexibilität bei den Vernetzungsmöglichkeiten ist ebenso wichtig wie ihre Zuverlässigkeit. Die Komponenten müssen über die passenden Protokolle mit den übergeordneten Steuerungen Daten austauschen können, z. B. im laufenden Betrieb aber auch für intelligente Wartungskonzepte.

Prozess- und verfahrenstechnische Anlagen sind sehr unterschiedlich aufgebaut (Abb. 1). Je nach Branche bevorzugen die Anwender z. B. bestimmte Steuerungen oder spezielle Bussysteme. Von den Komponentenherstellern erwarten sie daher, dass die Produkte die „richtige Sprache sprechen“, damit diese sich nahtlos in ihren Kommunikationsverbund integrieren. Somit steigen die Anforderungen an die Flexibilität der Geräte und es werden immer mehr Schnittstellen bzw. Protokolle gefordert. Um das Produktprogramm aktuell zu halten, sollten die Hersteller möglichst auch bei bereits fertig entwickelten Lösungen nachrüsten können. Dabei gilt es auch zu beachten, dass die Kostenrechnung für den Anwender aufgeht; auch Industrie 4.0 muss bezahlbar sein.

Modulare Geräteplattform als Basis
Der Fluidikexperte Bürkert Fluid Control Systems setzt deshalb sowohl bei der Hardware, als auch bei der Software auf eine modulare Geräteplattform. Das Ziel ist, dass alle „intelligenten“ Fluidikkomponenten das gleiche Spektrum an Kommunikationsmöglichkeiten haben und dadurch auf vielfältige Weise miteinander und mit Fremdgeräten vernetzt werden und kommunizieren können. Für „intelligente“ Komponenten wie Prozess- oder Proportionalventile, Ventilinseln, Massendurchflussregler, Online-Analyse-Systeme etc. kann der Anwender „seine“ Schnittstelle bzw. „sein“ Protokoll vorgeben und bekommt die für seine Applikation „passenden“ Lösungen geliefert. Hinzu kommt die kompetente Beratung durch die erfahrenen Applikationsingenieure, die nicht nur Produkte verkaufen, sondern auch die Anwendungsanforderungen verstehen.

Die Basis für diese große Flexibilität bildet die Geräteplattform EDIP (Efficient Device Integration Platform, Abb. 2). Sie vereint und standardisiert Hardware, Software und Kommunikation der „intelligenten“ Bürkert-Geräte. Ihr modularer Aufbau erlaubt eine schnelle Anpassung der Geräte an individuelle Kundenwünsche bei kurzen Lieferzeiten. EDIP ermöglicht eine intelligente Vernetzung bis in die Sensor- und Aktor-Ebene und bietet zudem basierend auf Canopen eine einheitliche Parametrier- und Service-Schnittstelle, die auch über den Bürkert-Systembus (Büs) zur Verfügung steht. Weitere Funktionen und Protokolle für neue Technologien lassen sich flexibel erweitern. Drahtlose Kommunikation und Bedienung über Mobile Devices per App könnten bspw. zukünftig realisiert werden. Trotz aller Komplexität und Individualität bleiben die Geräte für den Benutzer durch das Plattformkonzept dabei einfach handhabbar.

Einfache Integration in Industrie-4.0-Umgebungen
Für die Integration von Bürkert-Geräten, die auf der EDIP-Plattform basieren, gibt es meist mehrere Möglichkeiten: Bietet das Gerät die gewünschte Schnittstelle direkt „on board“, lässt es sich direkt in die Prozessleitebene einbinden. Das Spektrum der angebotenen Schnittstellen reicht vom „klassisch-analogen“ Ausgangssignal (z. B. 4...20 mA oder 0...10V) bis zu Geräten mit eingebauten Ethernet-Switch und den gängigen Protokollen (Profinet, Ethernet/IP, Profibus DP, Modbus TCP oder Ethercat).
Beim Einsatz mehrerer Geräte auf Basis dieser Plattform können diese auch untereinander über den Bürkert-Systembus verbunden werden und kommunizieren. Zur effizienten und kostengünstigen Einbindung in die Prozessleitebene der jeweiligen Anwendung gibt es das Gateway ME43, das wahlweise über Profinet, Ethernet/IP, Profibus DP, Modbus TCP oder Ethercat kommuniziert. Es überträgt jeweils bis zu 128 Ein- und Ausgangsvariablen, dient als zentrale Steuereinheit für beliebige EDIP-Geräte und kann als dezentrale Intelligenz die Kommunikation zwischen den Geräten übernehmen.
Auch beliebige andere Sensoren und Aktoren lassen sich an ein Büs-System anbinden. Dafür eignen sich die I/O-Module ME44 (Abb. 3) in Kombination mit dem Gateway ME43. Sie verarbeiten binäre Eingangssignale oder Standard-Normsignale und können z. B. sowohl für Zwei- und Drei-Leiter Sensoren als auch für mechanische Endschalter genutzt werden. Einzelne Kanäle sind wahlweise auch als Frequenzeingänge konfigurierbar, so lassen sie sich an individuelle Bedürfnisse anpassen. Die Module werden zur Erweiterung über eine Dreier-Backplane ohne Werkzeug zusammengesteckt. Einfach abnehmbare Anschlussklemmen für eine schnelle, unkomplizierte Montage sowie die Erkennung von Kurzschlüssen und Kabelbrüchen über eine LED-Anzeige erleichtern die Installa­tion und Wartung.

Dezentrale Automatisierungslösungen
Auch in Zeiten der Digitalisierung kann es sinnvoll sein, direkt vor Ort die Automatisierung zu optimieren. Die individuelle Anpassung von Teil-Prozessen ohne zwingend ins Leitsystem einzugreifen, kann die Anlageneffizienz steigern sowie Zeit und Kosten sparen. EDIP schafft dafür ebenfalls die Voraussetzungen, denn der Anwender kann ohne zusätzliche Steuerung die Logik der EDIP-Geräte programmieren und an veränderte Prozesse und Betriebsbedingungen anpassen.

Hierfür gibt es die Konfigurationssoftware „Communicator“. Das für alle Kunden kostenlose Programm dient nicht nur der Konfiguration und Parametrierung, der Diagnose und dem Service aller EDIP-Produkte, sondern bietet auch eine grafische Ansicht zur Anzeige der Prozesswerte. Mithilfe der grafischen Programmieroberfläche lassen sich zudem lokale, spezifische Benutzeroberflächen erzeugen. Ein optionales Softwaremodul erlaubt es, beliebige Funk­tionen zu realisieren und applikationsspezifische Prozessabläufe regeln, z. B. Mischungsregelungen von Gasen, Zustandserfassungen oder eine Fehlerüberwachung erstellen. Der Anwender hat somit alles in allem sehr viele Möglichkeiten und kann „sein“ Automatisierungsprojekt individuell umsetzen. Die flexiblen Fluidikkomponenten mit ihrer Schnittstellenvielfalt bieten dafür die beste Grundlage, da sie über alle üblichen Protokolle mit den unterschiedlichsten Steuerungen kommunizieren und „nebenbei“ erfüllen sie auch ihre Kernfunktion sehr zuverlässig.