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Sujets 25 février 2020

Une longueur d'avance avec le MTP

La chaudière « sur étagère » est symptomatique de l'évolution actuelle de l'ingénierie des procédés. Au lieu de continuer à considérer les systèmes comme un costume sur mesure, juste soudé à la main au lieu d'être cousu, les configurations de processus arrivent de plus en plus sous la forme de modules.

Qu'il s'agisse d'un laveur, d'un séchoir ou d'une colonne, les produits standardisés peuvent être achetés plus rapidement et à moindre coût, ce qui permet de réduire les délais de construction et les coûts d'investissement. L'enjeu : chaque jour gagné lors de la construction du matériel augmente la pression sur les programmeurs, qui doivent intégrer les modules automatisés. Contexte : les systèmes SCADA sont principalement programmés à la main. L'utilisation du MTP (Module Type Packages) apporte un soulagement notable, aujourd'hui et à l'avenir.

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a production chimique « prête à l'emploi » existe déjà. Les processus individuels sont fonctionnellement encapsulés dans des modules scellés et peuvent être facilement connectés et reconnectés dans de nouveaux systèmes. Des plateformes de production polyvalentes sont nécessaires, en particulier pour les lots de petite et moyenne taille. Des interfaces standardisées sont nécessaires pour combiner facilement et rapidement les modules. Le Module Type Package prend en charge cette tâche pour l'automatisation, de la même manière qu'un pilote d'imprimante. « Le MTP est logique et absolument nécessaire », souligne Thomas Tauchnitz, ancien membre du conseil d'administration de NAMUR. L'ingénieur docteur en automatisation soutient les processus de l'industrie 4.0 avec sa société de conseil, Tautomation, principalement dans l'industrie chimique, et est considéré comme l'un des fondateurs de la conception modulaire.

Le MTP sur la voie d'une norme internationale

Les défis de l'automatisation modulaire ont été définis par un groupe de travail de NAMUR, fondé en 2012. WAGO a introduit le concept DIMA, y compris le terme MTP, en 2014. NAMUR et ZVEI ont créé un groupe de travail commun dont la mission est de trouver des réponses et de formuler des recommandations sur la manière dont l'automatisation modulaire devrait idéalement fonctionner dans la technologie des procédés. « Nous avons réuni autour de la table des personnes qui souffraient du même stress psychologique lors de la programmation de l'automatisation. » Les équipes ont bien travaillé ensemble, ce qui a conduit aux premières pages des directives VDI/VDE/NAMUR 2658 avec le titre, « Ingénierie de l'automatisation des systèmes modulaires dans l'industrie des procédés ». Une norme IEC devrait suivre. Tauchnitz souligne qu'« une norme internationale est l'objectif logique ».

Pourquoi cette dépense? L'évolution rapide des exigences du marché affecte également l'ingénierie des procédés. Parmi les indicateurs pertinents, citons les délais de livraison plus courts, les lots plus petits et le nombre croissant de nouveaux produits, qui sont rapidement mis sur le marché dans le cadre de la concurrence internationale. Le Dr Tauchnitz aborde ce sujet en relation avec l'idée des 50 %. « Si nous parvenons à réduire de moitié le temps nécessaire pour passer de la décision d'investissement à la mise en service, en passant par la construction, nous pourrons concevoir des systèmes un peu plus coûteux, car nous pourrons commercialiser notre produit plus rapidement. » La rapidité est synonyme d'avantage concurrentiel et de retour sur investissement (RSI) plus rapide grâce à une génération plus précoce des rendements marginaux.

Pourquoi cette dépense?

La rapidité est synonyme d'avantage concurrentiel et de retour sur investissement (RSI) plus rapide grâce à une génération plus précoce des rendements marginaux.

Systèmes ouverts pour la technologie des procédés

Always the Same Images

Uniform visualization is an essential part of MTPs. The configuration of the human-machine-interface occupied the NAMUR task force for a considerable time during the definition of the common standard. “Machines used in process technology are usually designed for on-site operation, have their own controller, and a small display,” explains Tauchnitz. However, because process engineering systems are controlled by a central control panel, the goal cannot consist of controlling individual processes on site and monitoring them by hand. Most recently, the question has arisen regarding how machines from different manufacturers can be seamlessly integrated into centralized SCADA systems, and how to budget for the time-consuming programming tasks.

“You have to tell the module controller which values to export; then you have to tell the control system which data to import. This currently relies on the programmers writing long lists – with the goal of moving the necessary data transfer along,” reports Tauchnitz. If there are changes, then both sides of the program have to be adapted. “This is completely inefficient, because this work has to be redone for every new combination.”

The hidden additional costs become clear when considering visualization. Instead of using the data from the user interface of a system module for a central visualization, the on-site image has to be newly programmed in the SCADA system. In contrast, the MTP tells the central system which operating elements are to be displayed at which locations on the screen. “For example, a boiler is always in the center, and the temperature display is in the upper-right,” states Tauchnitz. The central system ultimately determines how the visualization should be configured. The MTP, for its part, specifies the framework for the process module to be displayed.

Conclusion

Modularly-designed process technology provides production with more freedom to produce small batches without time-consuming retrofitting and complex reprogramming of the central system. MTP takes the pressure of automation off of the software engineers, because production modules can be easily connected to the control system. As a consequence, even mono-type systems for large volume production of raw materials can be more easily retrofitted and modernized into sub-systems. Like a printer driver, MTP ensures that modules can be linked into the SCADA system regardless of controller. This architecture ultimately promotes the “best-in-class” concept, because system parts can be used without controller restrictions.

MTP as a Cyber-Physical System

The goal and essence of Industry 4.0 is to distribute the control intelligence from the central system to the application level. Therefore, the different process modules in a system must be equipped with their own IT and communication capabilities – and thus become a cyber-physical system. “We are dealing with autonomous, intelligent, sub-units,” according to Dr. Tauchnitz. It may be extrapolated from there, that the participants in a production aggregate are, as a result of their autonomous intelligence, best placed to transmit their status to the higher-level control level. Starting from this thesis – that a module knows best how it is functioning – Industry 4.0 opens up new opportunities for system optimization and sustainable maintenance, based primarily on standardized interfaces and data formats. MTPs function the same way. The administration shell in Industry 4.0 is the Module Type Package in modular automation. “With regard to the administration shell, we are talking about a complete electronic map of a component – a virtual twin. This is incredibly similar to the MTP. The Module Type Package virtually contains the process technical components of the administration shell and thus fits into the Industry 4.0 context.”

Personal Details: Dr. Thomas Tauchnitz

Complex systems were Dr. Thomas Tauchnitz' dissertation topic at the Leibniz University Hannover. Because chemical processes can be considered complex by nature, Tauchnitz began working at Hoechst AG after completing his degree. Operational support and system design, locally and globally, determined his work. “It is my nature to automate things,” states Tauchnitz, who has spent virtually his entire working life in the Hoechst industrial park in Frankfurt, first at Hoechst itself, then for the successor companies Aventis and Sanofi. At age 60, the former NAMUR board member left the company. However, Tauchnitz did not retire; instead, he founded his own company as a consultant for problems relating to Industry 4.0. After all, complex systems and their engineering and automation are his first hobby. Dr. Thomas Tauchnitz resides in the greater Frankfurt area.

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