Prozesse optimieren Kosteneffiziente Entwicklung: Einsatz der Software MTP-Designer im Schiffbau

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Die steigende Komplexität von Schiffen führt zu einer aufwändigeren Inbetriebnahme der einzelnen Systeme. Deshalb unterstützt die Software MTP-Designer von Phoenix Contact die Entwickler dabei, eine kosteneffiziente Entwicklung der neuen Systeme zu ermöglichen.

Um die Anforderungen der maritimen Anwender zu erfüllen, werden Schiffe unabhängig von ihrem Typ immer digitaler. An Bord erfolgt kontinuierlich die Verarbeitung von mehreren tausend Signalen. Ziel ist es, den System- respektive Schiffsbetrieb zu optimieren sowie die Betriebskosten des Schiffs so gering wie möglich zu halten. Allerdings hat der hohe Digitalisierungs- und Vernetzungsgrad zur Folge, dass die Inbetriebnahme sowohl beim Bau der Schiffe als auch beim Austausch von defekten Systemen oder der Nachrüstung mehr Zeit in Anspruch nimmt. Denn bei diesen Arbeiten müssen tausende Kabelverbindungen hergestellt und Schnittstellen überprüft werden. Schließlich resultieren längere Bau- beziehungsweise Dockliegezeiten in höheren Kosten, die es zu vermeiden gilt. Infolgedessen wächst der Druck auf die Werften sowie auf die Zulieferindustrie, nicht nur die Systeme selbst, sondern ebenso deren Inbetriebnahme zu verbessern.

Für eine kosteneffiziente Entwicklung im Schiffbau

Ein möglicher Optimierungsansatz liegt im Konzept des Module Type Package (MTP), das ursprünglich aus der Prozessindustrie stammt. Der Ansatz beschreibt den modularen Aufbau von Automatisierungssystemen mit dezentraler Intelligenz, standardisierten Schnittstellen, einer status- respektive dienstbasierten Überwachung sowie der Steuerung durch das übergeordnete Leitsystem. Mit MTP und der einheitlichen Systemautomatisierung sollen sich Fehler durch frühzeitige Abnahmetests im Fertigungswerk erkennen und die Systeme am Bestimmungsort per Plug-and-Play schneller in übergeordnete Leitsysteme implementieren lassen. 

Um die Vorteile des MTP-Konzepts auch im Schiffbau nutzen zu können, arbeitet Phoenix Contact gemeinsam mit namhaften Unternehmen der maritimen Industrie in einem VDMA-Arbeitskreis (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau) am MTP-Einheitsblatt. Hier werden die verfahrenstechnischen Normungen des Module Type Package im Hinblick auf die Visualisierung, Kommunikation und die vom System auszuführenden Dienste an die Anforderungen des Schiffbaus ange­passt, sodass sich der Standard in der Zulieferindustrie großflächig verteilen und anwenden lässt.

R&I-Schema als Ausgangspunkt der Modulgenerierung

Da sich einige Unternehmen wie Eplan und Phoenix Contact schon seit mehreren Jahren mit dem Thema MTP beschäftigen, stehen den System- oder Modulentwicklern bereits Werkzeuge zur Verfügung, beispielsweise die Engineering-Tools Eplan Preplanning und MTP-Designer von Phoenix Contact. Mit diesen Werkzeugen lassen sich Lösungen von der maritimen Verfahrenstechnik bis zur Auto­matisierung MTP-konform entwickeln. Den Ausgangspunkt einer Modulentwicklung bildet der Entwurf des verfahrenstechnischen Prozesses in Form eines Rohrleitungs- und Instrumentenfließschemas (R&I).

Weil das R&I, das zum Beispiel Tanks, Pumpen, Ventile und Rohre enthält, ohnehin angefertigt werden muss, bietet es sich an, die dortigen Informationen ebenfalls für die MTP-Erstellung zu verwenden und so Entwicklungsaufwand einzusparen. Auf diese Weise kann das R&I als Grundlage für das MTP dienen und sich während der weiteren Ausarbeitung mit den erforderlichen Daten für die MTP-Generierung füllen lassen. Dies bedeutet, dass es sich beim R&I nicht um eine einfache technische Zeichnung handelt, sondern vielmehr um die Darstellung eines komplexen Informationsmodells, das sowohl das Bedienbild im Hintergrund als auch essenzielle Einzelsteuerfunktionen (Dienste) des Moduls beschreibt.

Der Entwickler spezifiziert und hinterlegt das R&I ebenso wie die Daten, ob und inwiefern die unterschiedlichen Systemkomponenten im finalen MTP-Bedienbild visualisiert werden und ansteuerbar sind, bereits im Engineering-Tool Eplan Preplanning. In diesem Zusammenhang vergibt er beispielsweise standardisierte E-Class-Nummern, welche die Art der Gerätedarstellung konkretisieren, um einheitliche Abbildungen in den Bedienbildern zu erzeugen. Darüber hinaus werden Kommunikationsparameter gesetzt, damit sich zum Beispiel Messwerte vom Schiffsleitsystem auslesen lassen. Die MTP-Datei, welche die Informationen hinsichtlich der Systemvisualisierung und -kommunikation beinhaltet, lässt sich durch die als Software-Bibliothek im Engineering-Tool integrierte MTP-Engine der Firma Semodia in wenigen Sekunden exportieren.

Gleichzeitige Erstellung von Schrittkette und SPS-Programm

Die exportierte MTP-Datei besitzt bereits die notwendigen Strukturen, um die Informationen bezüglich der Automatisierung und der entsprechenden Dienste hinzufügen zu können. Für die Erweiterung wird die MTP-Datei in den MTP-Designer von Phoenix Contact importiert. Dabei handelt es sich um ein Software-Tool, das sich sowohl zum Generieren und Editieren von MTP-Dateien als auch zur automatischen Erstellung von SPS-Projektrümpfen einsetzen lässt. Neben der automatisierten Importfunktion kann man das R&I ähnlich wie bei Eplan Preplanning auch manuell per Drag-and-Drop im MTP-Designer erzeugen. Auch die jeweiligen Spezifikationen sind mit dem Software-Tool durchführbar. 

Im MTP-Designer findet dann die Definition der erforderlichen Kommunikationsschnittstellen des Systems statt, die bei der verfahrenstechnischen Planung noch nicht bekannt waren. Zudem werden die verschiedenen Dienste und Prozeduren spezifiziert, beispielsweise Start, Stopp oder Selbstreinigung, aus denen der Nutzer später auswählen kann. Nach diesen Schritten und wenigen Klicks lässt sich die erweiterte MTP-Datei bereits exportieren, an den Leitsystemhersteller senden und dort vom Leitsystem einlesen. Dadurch kann man im Leitsystem bereits eine Schrittkette erstellen und die spätere Inbetriebnahme beschleunigen, während der Systementwickler parallel noch am SPS-Programm arbeitet.

Zur weiteren Bearbeitung des SPS-Programms wird der Projektrumpf in Form einer XML-Datei vom MTP-Designer an PLCnext Engineer, der Engineering-Plattform für die PLCnext-Steuerungen von Phoenix Contact, übergeben. Hier kann der Systementwickler die Variablen der bereits korrekt angelegten Funktionsbausteine mit der Hardware verknüpfen, bei Bedarf zusätzliche Bibliotheken einbinden und die Steuerung final konfigurieren. Nach der fehlerfreien Kompilierung lässt sich das Projekt auf die SPS des Systems übertragen. Darüber hinaus kann man das im MTP-Designer generierte R&I-Bedienbild als lokale Visualisierung nutzen, zum Beispiel auf einem HMI-Gerät am System.

Der Anwender kann den MTP-Designer für die Erzeugung der MTP-Datei, die Erstellung von SPS-Projektrümpfen sowie die Generierung lokaler Visualisierungen verwenden.

Kosteneffiziente Entwicklung durch Standard

Im Anschluss an das Einlesen der MTP-Datei in das Leitsystem ist lediglich die Kommunikation zu konfigurieren und das Bedienbild zu laden. Nach einem erfolgreichen Integrationstest werden die Systemkomponenten gemäß der Spezifikation einheitlich und herstellerunabhängig auf der Bedienoberfläche dargestellt.

Ferner ermöglichen die standardisierten und dienstbasierten Schnittstellen, dass sich die Systeme nicht über einzelne Funktionsbausteine, sondern direkt über die definierten Dienste ansteuern und die Kommandos autonom umsetzen lassen. Mit dem MTP-Standard und den passenden Werkzeugen unterschiedlicher Hersteller lässt sich somit ein durchgehendes MTP-Engineering realisieren. Der schnellen und kosteneffizienten Entwicklung von MTP-konformen Systemen mit geringem manuellen Aufwand sowie wenigen Mausklicks steht also nichts im Wege. Darüber hinaus lassen sich durch die frühzeitigen Modultests vor der Auslieferung Fehler auf der Werft vermeiden, was zukünftig eine nahtlose Inbetriebnahme in kurzer Zeit erlaubt.

Der Autor Niklas Lecker ist im Global Industry Management Marine bei Phoenix Contact Electronics, Bad Pyrmont, tätig.