atp edition Konfigurationsmanagement im Anlagenlebenszyklus (Vorschau)

10 / 2013 

55. Jahrgang B3654 

DIV Deutscher Industrieverlag GmbH 

Automatisierungstechnische Praxis 

Konfigurationsmanagement 

im Anlagenlebenszyklus | 30 

Geräteintegration und 

-management | 38 

Geräteintegration in 

AT-Systeme | 46 

Selbsterklärende Geräte | 56

atp edition – die Referenzklasse 

der Automatisierungstechnik

EDITORIAL 

Wirtschaftliche Geräteintegration 

erfordert einheitliche Lösung 

Die Namur hat in der jüngeren Vergangenheit immer wieder deutlich gemacht, 

dass eine einheitliche, herstellerübergreifende Technologie zur Geräteintegration 

notwendige Voraussetzung für die breite Anwendung der digitalen Kommunikation 

in der Feldebene ist. Mit anderen Worten: Endanwender ziehen bisher 

nur bedingt wirtschaftlichen Nutzen aus den von intelligenten Geräten zusätzlich 

bereitgestellten Informationen und Funktionen, weil unterschiedliche 

Hersteller verschiedene inkompatible Integrationstechniken unterstützen. 

Unbedingt erforderlich ist dafür ein Standard, der von möglichst vielen Herstellern 

der Prozessautomatisierung unterstützt wird. Eine Gerätebeschreibung 

soll unabhängig vom jeweiligen Hersteller in allen Systemen und Asset Management 

Tools funktionieren. Die Geräteintegration soll keine unerwünschten Rückwirkungen 

auf die Kernfunktionen des Leitsystems haben. Sie soll weitgehend 

unabhängig von der schnelllebigen IT-Welt sein und gleichzeitig erlauben, Informationen 

für die Business-Systeme bereitzustellen. Außerdem ist die Kompatibilität 

mit der installierten Basis sicherzustellen. 

Unmöglich, das alles unter einen Hut zu bringen? Mit der FDI-Initiative (Field 

Device Integration) scheint es gelungen zu sein. Maßgebliche Automatisierungshersteller 

wie ABB, Emerson, Endress+Hauser, Honeywell, Invensys, Siemens und 

Yokogawa unterstützen die Verbände FDT Group, Fieldbus Foundation, Hart Communication 

Foundation, Profibus-Nutzerorganisation und OPC Foundation bei ihrem 

gemeinsamen Vorhaben, die einheitliche Geräteintegrationslösung zu entwickeln. 

Das Projekt hat gute Fortschritte gemacht. Die FDI-Spezifikation (IEC 62769) liegt 

als CDV (Committee Draft for Vote) vor. Die zugrundeliegende Electronic Device 

Desription Language, EDDL (IEC 61804), wurde verbessert und protokollübergreifend 

harmonisiert. Zusätzlich zu den technischen Spezifikationen wurde ein 

Usability Style Guide entwickelt, der den Herstellern hilft, anwenderfreundliche 

und konsistente Bedienoberflächen für Feldgeräte zu erstellen. Die FDI-Architektur 

sieht optional die Ankopplung an Business-Systeme über eine OPCUA-Schnittstelle 

vor. Eine Entwicklungsumgebung für Gerätehersteller und einheitliche 

Kernkomponenten für System- und Toolhersteller stellen Interoperabilität sicher. 

Möglich ist dies nur, weil Hersteller erkannt haben, dass proprietäre Lösungen 

oder zu viele konkurrierende Standards unwirtschaftlich sind, wenn sie im 

Markt nur bedingt Akzeptanz finden. 

Ich freue mich darauf, dass FDI bald Ergebnisse präsentiert, und die Technologie 

für die Produktentwicklung genutzt werden kann. Dann wird sich zeigen, 

ob die umfangreichen Anforderungen und hohen Erwartungen erfüllt wurden. 

Auf den folgenden Seiten finden Sie interessante Beiträge zu unterschiedlichen 

Aspekten der Geräteintegration. Ich wünsche Ihnen beim Lesen viel Spaß und 

gute Anregungen. 

Signum 

ACHIM LAUBENSTEIN, 

ABB Automation 

Executive Director der 

FDI Cooperation 

atp edition 

10 / 2013 

3

INHALT 10 / 2013 

FORSCHUNG 

6 | Tiger-Chip: Ein Rechner auf 15 mal 15 Millimeter 

Produkte testen in der virtuellen Realität 

Call for atp experts: Big Data in der Automation 

7 | Innovationspreis für junge Ingenieure 

BRANCHE 

8 | 5. SIL-Sprechstunde: Experten finden Normen-Interpretationen 

für individuelle Anwendungen 

9 | Automation 2014: Call for smart Papers 

Broschüre erklärt IO-Link-Technologie 

VERBAND 

10 | Namur-Hauptsitzung: Integrated Engineering 

über den gesamten Lebenszyklus im Fokus 

NE 151 unterstützt Koexistenz von Funkanwendungen 

11 | Nach Mitgliederbefragung: Sensorverband AMA erweitert 

Ausrichtung auf Messtechnik 

INTERVIEW 

12 | „Aufgabe der Automatisierer ist es, den Visionen rund um 

‚Industrie 4.0‘ Bodenhaftung zu geben“ 

atp-CHEFREDAKTEUR LEON URBAS FORDERT STEFAN KOWALEWSKI ZUR STANDORTBESTIMMUNG 

DER AUTOMATISIERER IN DER DEBATTE UM CYBER-PHYSISCHE SYSTEME AUF 

4 


10 / 2013

PRAXIS 

16 | Steuerungstechnik ermöglicht effiziente Kühlung 

im Frankfurter Rechenzentrum von BT Germany 

20 | Neue Mess- und Steuerungstechnik sichert die 

Hochspannungsversuchsfelder der TU München 

22 | Safe Human-Robot Collaboration Combines 

Expertise and Precision in Manufacturing 

26 | Industrial WLAN erlaubt auch zuverlässige 

Kommunikation mit Echtzeitanforderungen 

Produkte, 

Systeme 

und Service 

für die 

Prozessindustrie? 

Natürlich. 

HAUPTBEITRÄGE 

30 | Konfigurationsmanagement 

im Anlagenlebenszyklus 

G. GREDY, J. HÄHNICHE UND M. BRCIC 

38 | Geräteintegration und -management 

H. RACHUT, H. RICHTER, S. RUNDE, R. LANGE, 

A. JUSTUS, J. FICKER UND K. SCHNEIDER 

46 | Geräteintegration in AT-Systeme 

C. DIEDRICH UND T. HADLICH 

56 | Selbsterklärende Geräte 

RUBRIKEN 

D. JOHN, B. DANZER, M. RIEDL UND H. ZIPPER 

3 | Editorial 

62 | Impressum, Vorschau 

Der PostionMaster EDP300 

überzeugt durch hohe Luftleistung 

(50 kg/h bei 10 bar), Diagnosefähigkeit 

nach Namur und 

Überdruckfestigkeit in fast allen 

Umgebungsbedingungen. Mit den 

Zulassungen für den Betrieb in 

Ex-Zone 1 und SIL2 ermöglicht 

der EDP300 eine hohe Anlagensicherheit. 

Durch die mechanische 

Stellungsanzeige ist die Erfassung 

der Ventilstellung auch ohne Stromversorgung 

möglich. Zuverlässiges 

Regelverhalten, Flexibilität und 

seine kompakte Bauform zeichnen 

den EDP300 aus. 

www.abb.de/aktorik 

Wussten Sie, dass Ihnen ABB 

neben dem umfassenden Portfolio 

für die Instrumentierung ebenso 

herausragende Produkte und 

Lösungen für die Analysentechnik, 

maßgeschneiderte Leitsysteme 

sowie erstklassigen Service bietet? 

Lesen Sie mehr unter: 

www.abb.de/ 

prozessautomatisierung 

ABB Automation Products GmbH 

Tel.: 0800 111 44 11 

Fax: 0800 111 44 22 

vertrieb.messtechnik-produkte@de.abb.com

FORSCHUNG 

Tiger-Chip: Ein Rechner auf 15 mal 15 Millimeter 

Die NRW-Kampagne „Germany at its best“ hat den Tiger-Chip 

als Speicherchip mit der höchsten Performance 

ausgezeichnet. Aus über 2000 Bewerbungen wählte 

die Expertenjury den Mikroprozessor aus. 

Der Tiger-Chip ermöglicht erstmals eine Profinet-Integration 

in einfache Feldgeräte. Dadurch werden Informationstechnologien 

durchgehend in der Feldebene nutzbar. 

DER MIKRO- 

PROZESSOR 

ermöglicht eine 

Profinet-Integration 

in einfache Feldgeräte. 

Bild: Centrum 

Industrial IT (CIIT) 

Große Datenmengen können mit Übertragungszeiten von 

unter 100 Mikrosekunden übermittelt werden. 

Unter dem Dach des Centrum Industrial IT (CIIT) entwickelten 

das Lemgoer Fraunhofer-Anwendungszentrum 

Industrial Automation (IOSB-INA) und das Institut für 

industrielle Informationstechnik (Init) der Hochschule 

OWL die erste Single-Chip-Lösung für das Echtzeit-Ethernetsystem 

Profinet. „Er misst gerade einmal 15 mal 15 Millimeter, 

enthält jedoch mit 30 Millionen Transistoren praktisch 

einen kompletten Rechner auf einem winzigen Stück 

Silizium“, sagt Professor Jürgen Jasperneite, Leiter beider 

Forschungsinstitute. Auftraggeber für das sechs Millionen 

Euro teure Projekt war Phoenix Contact. Außerdem beteiligte 

sich die Nürnberger Siemens AG an der Entwicklung. 

Die Kampagne „Germany at its best: Nordrhein-Westfalen“ 

ehrt Bestleistungen aus Wirtschaft, Wissenschaft, 

Kultur und Sport. (aha) 

CENTRUM INDUSTRIAL IT (CIIT), 

Langenbruch 6, D-32657 Lemgo, 

Tel. +49 (0) 5261 702 59 97, Internet: www.ciit-owl.de 

Produkte testen in der virtuellen Realität 

Um exakte Voraussagen über die Zuverlässigkeit neuer 

Produkte machen zu können, haben Forscher aus 

Magdeburg und Kaiserslautern digitale Engineering- 

Konzepte entwickelt. Im Forschungsprojekt „Virtuelle 

und Erweiterte Realität für höchste Sicherheit und Zuverlässigkeit 

von Eingebetteten Systemen“ erstellen die 

Wissenschaftler digitale, funktionale Modelle der geplanten 

Produkte und simulieren das Verhalten der 

Steuerungssoftware. Schließlich verknüpfen sie beides 

miteinander und visualisieren das Ergebnis. An dem 

virtuellen Testmodell können die Forscher verschiedene 

kritische Systemzustände simulieren und darstellen. 

Bei der FuelCon AG kommen die Entwicklungen 

bereits zum Einsatz: Das Unternehmen verfügt nun über 

ein Fahrzeugsimulationsmodell zum Testen von Batterielastzuständen. 

(aha) 

FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR FABRIKBETRIEB UND 

-AUTOMATISIERUNG IFF MAGDEBURG, 

D-39106 Magdeburg, 

Tel. +49 (0) 391 409 04 46, 

Internet: www.iff.fraunhofer.de 

Call for atp experts: Big Data in der Automation 

DIE AUSGABE 56(4) DER ATP EDITION im 

April 2014 ist dem Thema Big Data gewidmet. 

Die Generierung von Information aus 

den in automatisierten, technischen Systemen 

vielfältig anfallenden Daten hat mit 

Industrie 4.0 und cyber-physikalischen 

Systemen neue Aktualität erfahren; die 

Einsatzbereiche von Big Data reichen von 

Ressourcenoptimierung über Prozessdiagnose 

und Asset Management bis hin zur 

Entscheidungsunterstützung bei Entwurf, 

Analyse und Betrieb automatisierter Anlagen. 

Ihre Beiträge beschreiben spezielle 

Herausforderungen und Anforderungen 

von Automation und Prozessführung, stellen 

neuartige Methoden und Potentiale 

aktueller Lösungsansätze vor oder diskutieren 

innovative Geschäftsmodelle auf 

der Basis von Big Data. Wir bitten Sie bis 

zum 31.10.2013 zu diesem Thema einen 

gemäß Autorenrichtlinien der atp edition 

ausgearbeiteten Hauptbeitrag per E-Mail 

an urbas@di-verlag.de einzureichen. 

Die atp edition ist die hochwertige Monatspublikation 

für Fach- und Führungskräfte der 

Automatisierungsbranche. In den Hauptbeiträgen 

werden die Themen mit hohem wissenschaftlichem 

und technischem Anspruch 

und vergleichsweise abstrakt dargestellt. 

Im Journalteil stellen die Autoren praxisnahe 

Erfahrungen von Anwendern mit neuen Technologien, 

Prozessen oder Produkten dar. 

Alle wissenschaftlichen Hauptbeiträge werden 

von einem Fachgremium begutachtet. 

Sollten Sie sich selbst aktiv an dem Begutachtungsprozess 

beteiligen wollen, bitten 

wir um kurze Rückmeldung. 

Für weitere Rückfragen stehen wir Ihnen 

selbstverständlich gerne zur Verfügung. 

Redaktion atp edition 

Leon Urbas, Anne Purschwitz, 

Aljona Hartstock 

CALL FOR 

Aufruf zur Beitragseinreichung 

Thema: Big Data in der Automation 

Kontakt: urbas@di-verlag.de 

Termin: 31. Oktober 2013 

6 


10 / 2013

DER KONGRESS SPS IPC DRIVES bietet an 

drei Tagen 48 Vorträge. Neben dem gewohnten 

Messeprogramm wird erstmals der 

Inno vationspreis der Automatisierungs industrie 

verliehen. Bild: Mesago Messe Frankfurt 

Innovationspreis für 

junge Ingenieure 

Auf der diesjährigen SPS IPC Drives in Nürnberg 

wird erstmals der Innovationspreis der Automatisierung 

verliehen. Der Preis will herausragende Leistungen 

junger Ingenieure unter 35 Jahren fördern. Die 

Preisverleihung findet am 27. November 2013 im Rahmen 

des Kongresses statt. 

Eine Jury, bestehend aus dem Kongresskomitee, 

wählt auf Basis der eingereichten Abstracts die Nominierten 

des Innovationspreises der Automatisierungsindustrie 

aus. Kriterien für die Auswahl sind Aktualität 

des Themas und Neuigkeitsgehalt des Inhalts. Es 

werden nur Erstveröffentlichungen akzeptiert. Aus 

den fertigen Manuskripten wählen die Komiteevorsitzenden 

Prof. Georg Frey, Prof. Alexander Verl und 

Prof. Walter Schumacher anschließend die Preisträger 

aus. Die drei Prämierten erhalten Preisgelder von 

3000, 2000 und 1000 Euro. 

Der Kongress der SPS IPC Drives 2013 wird an drei 

Tagen, vom 26. bis 28. November 2013, veranstaltet. Das 

Programm bietet unter anderem die beiden für alle Besucher 

kostenlos zugänglichen Keynotes „Industrie 4.0 

– Basis für die stetige Verbesserung in der Produktion“ 

und „Sensorik 4.0 – wie granular werden CPPS?“ sowie 

die kostenlose Trendsession „Security“. Weitere Themen 

der Veranstaltung sind Automation und Cloud, 

Energieeffizienz und Systemarchitekturen, die einen 

Überblick über die Trends der elektrischen Automatisierung 

geben. Außerdem präsentieren zwei Tutorials 

praxisbezogenes Wissen in den Bereichen Automation 

und Drives. (aha) 

MESAGO MESSEMANAGEMENT GMBH, 

Rotebühlstraße 83-85, D-70178 Stuttgart, 

Tel. +49 (0) 711 61 94 60, 

Internet: www.mesago.de/sps

BRANCHE 

5. SIL-Sprechstunde: Experten finden Normen- 

Interpretationen für individuelle Anwendungen 

EXPERTENTREFF: Dr. Thomas Karte (links) referierte 

vor Teilnehmern der 5. SIL-Sprechstunde über das Thema 

„Diagnose durch automatisches Testen“. 

INDIVIDUELLE LÖSUNGEN: In Workshops 

diskutierten die Besucher ihre vorab eingereichten 

Fragen. Der zweite Tag gehört traditionell dem 

Austausch mit den Fachleuten. Bilder: ahü 

Sie fragen, Experten antworten: Unter diesem Motto 

stand die mittlerweile 5. SIL-Sprechstunde, die die 

atp edition mit der Firma Pepperl+Fuchs am 17. und 18. 

September 2013 veranstaltete. Die insgesamt 24 Teilnehmer 

stellten vorab unter www.sil-sprechstunde.de ihre 

Fragen an die Veranstalter. Die Referenten Thomas Gabriel 

(Bayer Technology Services), Dirk Hablawetz (BASF), 

Martin Herrmann (Evonik Degussa), Udo Hug (BlmSchG 

§ 29a Sachverständiger), Dr. Thomas Karte (Samson), Dr. 

Gerold Klotz-Engmann (Endress+Hauser Messtechnik) 

Josef Kuboth (Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz 

Nordrhein Westfalen), Dr. Bernd Schrörs (Bayer 

Technology Services), Heiko Schween (Hima), Peter 

Sieber (Bilfinger alpha msr) und Johann Ströbl (Tüv Süd 

Industrie Service) beantworteten die Fragen und stellten 

sich der Diskussion. 

Rund 20 Fragen hatten die Teilnehmer vorab eingereicht. 

Die Themen variierten stark, so dass sich das Thema 

„Funktionale Sicherheit nicht nach Schema F“ als gut gewählt 

herausstellte. Bereits der erste Vortrag am Mittwoch 

von Joseph Kuboth bot Anlass zur Diskussion. Kuboth 

sprach über die Namur-Empfehlung 138 und die Richtlinie 

2180 Bl. 6 vom VDI/VDE. Peter Sieber übernahm dann und 

stellte SIL von elektronischen Komponenten nach Namur- 

Empfehlung 142 vor. Im Anschluss referierte Dr. Thomas 

Karte über die Diagnose durch automatisches Testen. 

Nach der Pause fuhr Heiko Schween fort und informierte 

über Funktionale Sicherheit bei Nieder- und Mittelspannungsschalanlagen, 

gefolgt von Johann Ströbl, 

der die sichheitstechnische Bewertung ohne Probabilistik 

(50156) vornahm. Da die Sprechstunde straff organisiert 

ist und es bereits zahlreiche interessierte Nachfragen 

und Diskussionen seitens der Teilnehmer gegeben 

hatte, blieben Dr. Andreas Hildebrandt nur noch zehn 

Minuten Zeit, um über die PFD-Berechnung bei nichtkonstanten 

Ausfallraten zu sprechen. An das umfangreiche 

Vortragsprogramm schließt sich am ersten Tag 

traditionell die Abendveranstaltung an. Dieses Jahr besichtigten 

die SIL-Teilnehmer das Automuseum Dr. Carl 

Benz in Ladenburg. Im Anschluss genossen sie ein Catering. 

Die SIL-Sprechstunde fand am folgenden Morgen 

ihre Fortsetzung. Um den individuellen Charakter der 

Sprechstunde zu bewahren, teilte Tagungsleiter Andreas 

Hildebrandt die Teilnehmer in zwei Gruppen ein. 

Ausgehend von den eingereichten Fragen hatten sich 

zwei große Themenkomplexe um SIL ergeben: Die Fragen 

nach den rechtlichen Rahmenbedingungen, wie etwa: 

„In welchem Umfang bestehen für den Profibus PA Einschränkungen 

hinsichtlich der Funktionalen Sicherheit?“ 

oder „Ist ein eigenes Sicherheits-Managementsystem 

erforderlich, wenn eine Firma als Dienstleister 

Schutzeinrichtungen für einen Kunden bearbeitet?“ 

beantworteten die Experten in einem Tagungsraum mit 

etwa zwölf Teilnehmern. 

Der andere Komplex stand unter eher technischen Gesichtspunkten 

wie beispielsweise: „Reicht bei einem Liquiphant 

(FTL71 mit FEL 58) die Betätigung des Testtasters als 

‚Erstmalige Prüfung vor Inbetriebnahme‘ aus oder muss die 

Schaltung zwingend mit Produkt ausgelöst werden?“ oder 

„Kann ich mit drei SIL2-Transmittern (in 2v3 Verschaltung) 

in Summe SIL3 erreichen? Der PFDavg für SIL3 wird erreicht.“ 

sowie „Kann ich mit zwei SIL2-Ventilen (in1v2 Verschaltung) 

in Summe SIL3 erreichen?“ Der PFDavg für SIL3 

wird erreicht wurde von einer zweiten Gruppe von Teilnehmern 

untersucht. atp edition und Pepperl+Fuchs organisieren 

in diesem Jahr eine weitere Sprechstunde zum Thema 

Explosionsschutz am 18. und 19. November 2013 in Mannheim. 

Noch sind Plätze frei. 

(ahü) 

SIL-SPPRECHSTUNDE, 

Ansprechpartnerin: Anne Purschwitz, Redaktion atp, 

Arnulfstraße 124, D-80636 München, 

Tel. +49 (0) 89 203 53 66 58, E-Mail: purschwitz@di-verlag.de, 

Internet: www.sil-sprechstunde.de 

8 


10 / 2013

Automation 2014: 

Call for smart Papers 

Unter dem Motto „Smart X – Powered by Automation“ 

startet am 1. Juli 2014 der zweitägige Kongress 

Automation. Der 15. Branchentreff der Messund 

Automatisierungstechnik beschäftigt sich mit 

der Frage, in welchem Ausmaß die Automation 

Grundlage und Antrieb ist für smarte Technik und 

smarte Lösungen in Wirtschaft und Gesellschaft. Dabei 

gilt es, die Anforderungen der industriellen Automation 

auf andere Branchen und Lebensbereiche 

zu übertragen. Eingeschlossen sind wirtschaftliche 

Aspekte ebenso wie die Interaktion des Menschen mit 

den smarten Systemen. 

Bis zum 11. November 2013 können Experten Kurzfassungen 

von Vorträgen zu smarten Methoden, Technologien 

und Anwendungen unter www.automatisierungskongress.de 

einreichen. Sie sollten einen Umfang 

von einer DIN-A4-Seite haben und unter anderem 

eine Inhaltsangabe sowie eine Aussage zum Innovationsgrad 

des Beitrags enthalten. Die Abgabe der Manuskripte 

soll dann bis zum 16. Mai 2014 erfolgen. 

Bei den Anwendungen stehen die Prozessautomation, 

die Fertigungsautomation, die Medizintechnik, 

die Gebäudeausrüstung und andere technische und 

nicht-technische Anwendungsfelder im Vordergrund. 

Als zusätzliches Gliederungselement für die Tagung 

wurde der Lebenszyklus gewählt – vom Geräte- und 

Systementwurf über den Betrieb automatisierter Anlagen 

bis zu Aspekten der Wartung und Diagnose. Den 

offiziellen Call for Papers finden Interessenten unter 

vdi-wissensforum.de.(aha) 

Unser 

Know-how 

für Sie 

Besuchen Sie uns: 

MEORGA 

30.10.2013 

Volkswagen Halle 

Braunschweig 

Stand Q2 

VDI WISSENSFORUM GMBH, 

D-40002 Düsseldorf, Tel. +49 (0) 211 621 42 01, 

Internet: www.wissensforum.de 

Broschüre erklärt 

IO-Link-Technologie 

Eine von der IO-Link-Firmengemeinschaft veröffentlichte 

Systembeschreibung ist nun online. Sie bietet 

einen Überblick über die I/O-Technologie IO-Link. 

Die Broschüre zeigt das Zusammenspiel der verschiedenen 

Komponenten eines IO-Link-Systems und hilft 

Nutzern, die Technologie besser zu verstehen. 

IO-Link ist eine weltweit standardisierte I/O-Technologie 

(IEC 61131-9), die die Kommunikation mit Sensoren 

und Aktoren ermöglicht. Die IO-Link-Firmengemeinschaft 

entwickelt und vermarktet die Technologie. 

Die Systembeschreibung kann unter www.profibus. 

com/download/ im Bereich „Technichal Descriptions 

& Books“ heruntergeladen werden. 

(aha) 

Mit über 50 weitgehend selbstständigen 

Tochtergesellschaften 

und über 220 Ingenieur- und Verkaufsbüros 

ist SAMSON auf allen 

Kontinenten kundennah vertreten. 

Um Ihnen die gesamte Regeltechnik 

in höchster Qualität zu 

bieten, hat SAMSON mit hochspezialisierten 

Unternehmen die 

SAMSON GROUP gebildet. 

IO-LINK-FIRMENGEMEINSCHAFT 

C/O PROFIBUS NUTZERORGANISATION E. V. (PNO), 

Haid-und-Neu-Str. 7, D-76131 Karlsruhe, 

Tel. +49 (0) 721 965 85 90, 

Internet: www.io-link.com 

A01120DE 

SAMSON AG · MESS- UND REGELTECHNIK 

Weismüllerstraße 3 · 60314 Frankfurt am Main 

Telefon: 069 4009-0 · Telefax: 069 4009-1507 

E-Mail: samson@samson.de · www.samson.de 

SAMSON GROUP · www.samsongroup.net

VERBAND 

Namur-Hauptsitzung: Integrated Engineering 

über den gesamten Lebenszyklus im Fokus 

Die fortschreitende Digitalisierung und Vernetzung 

industrieller Wertschöpfungsprozesse bewirkt einen 

grundlegenden Wandel in der Industrie und ermöglicht 

neue Produktivitätshebel. Moderne Industrieanlagen 

sind durch eine extrem hohe Komplexität gekennzeichnet. 

Große Datenmengen müssen nicht nur gemanagt, 

sondern auch durchgängig von der 

Planungsphase bis zum Betrieb verfügbar 

und aktuell sein. Leistungsfähige 

und „intelligente“ Tools für Integration 

von Planung, Betrieb und 

Instandhaltung sind entscheidend 

für ein ganzheitliches Engineering 

über den gesamten Produkt- und 

Anlagen-Lebenszyklus. 

Die Namur hat daher das Thema 

Integrated Engineering zum Schwerpunkt 

ihrer 76. Hauptsitzung am 

7. und 8. November 2013 in Bad 

Neue nahr gewählt. Als Partner für 

die Hauptsitzung wurde die Siemens 

AG gewonnen, die mit ihrem breiten 

Produktportfolio innovative Lösungskonzepte 

für den gesamten Lebenszyklus 

einer Anlage anbietet. 

Mit industrieller IT und Industriesoftware 

können die einzelnen Prozessschritte intelligent 

miteinander vernetzt und so der gesamte Produktionsprozess 

optimiert werden. 

Welche Möglichkeiten Integrated Engineering schon 

heute bietet und wie durchgängige Kommunikation zukünftig 

aussehen wird, werden Eckard Eberle, CEO Industrial 

Automation Systems bei Siemens, und Hans- 

Georg Kumpfmüller, CEO Sensors and Communication 

bei Siemens, in ihrem Plenarvortrag aufzeigen. Integrated 

Engineering ist das Zusammenspiel aller notwendigen 

Werkzeuge wie Anlagenmanagement, Prozessleitsystem 

und Geräteplanung/-Konfiguration. 

Der Vortrag wird anhand einzelner Phasen im Anlagen-Lebenszyklus 

zeigen, wie Informationsflüsse, basierend 

auf einem gemeinsamen, objektorientierten Datenmodell, 

enger zusammenwachsen – über Schnittstellen 

für den Informationsaustausch zwischen dem Computer 

ECKARD EBERLE UND HANS-GEORG 

KUMPFMÜLLER (v.l.) werden in ihrem 

Plenarvortrag bei der Namur-Hauptsitzung 

darstellen, welche Möglichkeiten 

Integrated Engineering schon 

heute bietet und wie durchgängige 

Kommunikation zukünftig aussehen 

wird. Bilder: Siemens 

Aided Engineering-Tool (CAE), dem Prozessleitsystem 

(PLS) und der Wartungsplanung bis hin zu einem lückenlosen 

elektronischen Workflow. 

Die Integration optimiert das Prozessengineering und 

führt so zu kürzeren Projektlaufzeiten. Durch automatisierten 

Datenabgleich existiert stets eine aktuelle Anlagendokumentation. 

Bei der Instandhaltung 

kann auf die aktuellen und engineerten 

Daten zurückgegriffen werden. 

Viele der manuell zu verarbeitenden 

Prozessdaten werden teilweise schon 

heute vollständig automatisch in unterschiedliche 

Systeme übertragen. 

Gerätedaten, die bisher nur über Messstellenblätter 

ausgetauscht wurden, 

können durch webbasierte Tools mit 

entsprechenden Schnittstellen nicht 

nur in der Verfahrensplanung und im 

Basic Engineering, sondern auch im 

Einkauf für die Beschaffung genutzt 

werden. Dadurch werden manuelle 

Eingaben vermieden, Zeit und Datenkonsistenz 

erhöht. 

Den Siemens-Hauptvortrag im Eröffnungsplenum 

ergänzen drei Beiträge 

der Namur, die Aspekte des Vortrags 

aufgreifen und die Sicht der Anwender darstellen werden. 

Dabei werden wichtige Fragen zum Datenaustausch, zu 

einheitlichen Schnittstellen und Vorteile eines aktuellen 

Datenmodells während der Betriebsphase behandelt. 

Eine Vielzahl von Workshop-Beiträgen aus den Arbeitsfeldern 

der Namur, von internationalen Kooperationspartnern 

sowie weitere Vorträge des diesjährigen Partners 

der Hauptsitzung zum Schwerpunktthema laden die 

Zuhörer zum Besuch ein. Zudem erwarten die Teilnehmer 

weitere Vorträge zu aktuellen Problemen. Auch das 

übergeordnete Thema Industrie 4.0 wird die Namur zur 

Diskussion stellen. 

(gz) 

NAMUR-GESCHÄFTSSTELLE, 

c/o Bayer Technology Services GmbH, 

Gebäude K 9, D-51368 Leverkusen, 

Tel. +49 (0) 214 307 10 34, Internet: www.namur.de 

NE 151 unterstützt Koexistenz von Funkanwendungen 

Mit dem Thema Frequenzmanagement beschäftigt sich 

die neu erschienene Namur-Empfehlung NE 151. Im 

Mittelpunkt der Empfehlung stehen die systematische 

Erfassung und Verwaltung aller Funkanwendungen sowie 

die Definition von Rollen und Verantwortlichkeiten. 

Die NE 151 soll dabei helfen, die Koexistenz von Funkanwendungen 

sicherzustellen, das heißt einen wirtschaftlichen 

und störungsfreien Betrieb ermöglichen und Planungssicherheit 

bei der Einführung von industriellen 

Funkanwendungen bieten. 

Funkfrequenzen sind eine begrenzte Ressource, die in 

unterschiedlichen Nutzungsfeldern (etwa industrielle 

Anwendungen, Consumer-Anwendungen) zum Einsatz 

kommt. Um den gleichzeitigen störungsfreien Betrieb 

mehrerer Funkanwendungen (Koexistenz) zu ermöglichen, 

kommt der Regulierung der Frequenznutzung derzeit 

eine große Bedeutung zu. 

(aha) 

NAMUR-GESCHÄFTSSTELLE 

c/o Bayer Technology Services GmbH, 

Gebäude K9, D-51368 Leverkusen, 

Tel. +49 (0) 214 307 10 34, 

Internet: www.namur.de 

10 


10 / 2013

Nach Mitgliederbefragung: Sensorverband AMA 

erweitert Ausrichtung auf Messtechnik 

Die Mitgliederversammlung des AMA Fachverband 

für Sensorik hat beschlossen, seinen Namen und die 

Ausrichtung zum AMA Fachverband für Sensorik und 

Messtechnik zu ändern. Der Verband hatte seine rund 

480 Mitglieder befragt, um seine Positionierung und das 

eigene Profil zu überprüfen. Nach Angaben des AMA 

zeigten die Ergebnisse, dass sich der Verband für Sensorik 

längst zu einem Verband für Sensorik und Messtechnik 

entwickelt hat. 

„Nach der Ausrichtung der eigenen Unternehmen befragt, 

zeigte sich, dass bereits heute mehr als die Hälfte 

aller AMA-Mitglieder sowohl in der Sensorik als auch 

in der Messtechnik beheimatet sind. Die Neuausrichtung 

des Verbandes vernetzt und vereint die Innovatoren 

der gesamten Messkette vom Sensorelement bis 

zum Messergebnis“, sagte Vorstandsvorsitzender Wolfgang 

Wiedemann. 

Der AMA Verband für Sensorik und Messtechnik startet 

parallel zur Umbenennung einen neuen Webauftritt 

unter www.ama-sensorik.de. 

(aha) 

AMA VERBAND FÜR SENSORIK UND MESSTECHNIK E.V., 

Sophie-Charlotten-Str. 15, D-14059 Berlin, 

Tel. +49 (0) 30 221 90 36 20, 

Internet: www.ama-sensorik.de 

VORSTAND DES AMA 2013: Schatzmeister 

Johannes Steinebach, AMA-Geschäftsführer 

Dr. Thomas Simmons, stellv. Vorsitzender Peter 

Krause, Schriftführer Peter Scholz, Vorsitzender 

Wolfgang Wiedemann, Vorsitzender des 

Wissenschaftsrats Andreas Schütze (v.l.n.r.). 

Bild: AMA Verband für Sensorik und Messtechnik 

Feldbusunabhängig 

in den Ex-Bereich! 

Ausgelegt für den Ex-Bereich: 

• Zugelassen für den Einsatz in Zone 2/22 

• Ex i I/O-Module zum Anschluss eigensicherer Sensorik/Aktorik 

• Zertifiziert gemäß ATEX, IECEx, UL ANSI/ISA 12.12.01, UL508, 

Schiffbau, GOST-R, etc. 

Safety meets Ex i: 

• Vereint in einem Modul: Funktionale Sicherheit und Explosionsschutz 

Kompakt, Flexibel & Modular: 

• Kleinste, feldbusunabhängige Steuerung (SPS) 

• Programmierbar gemäß IEC 61131-3 

• Über 400 verschiedene I/O-Module 

• Standard-I/O- und Ex i-Module kombinierbar 

• Einspeisungen verschiedener Potentiale in einem Knoten 

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INTERVIEW 

„Aufgabe der Automatisierer ist es, 

den Visionen rund um ‚Industrie 4.0‘ 

Bodenhaftung zu geben“ 

atp-Chefredakteur Leon Urbas fordert Stefan Kowalewski 

zur Standortbestimmung der Automatisierer in der Debatte 

um cyber-physische Systeme auf 

Prof. Dr.-Ing. Stefan Kowalewski ist Inhaber des Lehrstuhls Informatik 11 Software für eingebettete Systeme an der 

RWTH Aachen und Leiter des GMA-Fachausschusses 7.20 Cyber Physical Systems (CPS). Im Gespräch mit dem 

Chefredakteur der atp-edition, Prof. Dr.-Ing. Leon Urbas, informiert er über den Unterschied zwischen cyber-physischen 

Systemen und dem gehypten Begriff „Industrie 4.0“. Als roter Faden zieht sich seine Forderung nach Kooperation 

zwischen Informatikern und Automatisierern durch das Gespräch. Im Interview nennt er erfolgreiche Forschungsprojekte, 

die bereits über große Distanzen vernetzt miteinander arbeiten. 

atp edition: Auf der Diskussionsrunde während des GMA- 

Kongresses Automation haben Sie cyber-physische Systeme 

als eine Evolution eingebetteter Systeme bezeichnet. Welchen 

Druck auf die Entwicklung nehmen Sie dort wahr? Kann 

man daraus heute schon Entwicklungspfade erkunden? 

STEFAN KOWALEWSKI: Cyber-physische Systeme als Weiterentwicklung 

der eingebetteten Systeme zu betrachten, 

ist, flapsig gesagt, hinsichtlich der Forschungsförderung 

richtig. Inhaltlich sind wir tatsächlich aber auch schon weit. 

Wir sind jetzt in der Lage komplexe eingebettete Systeme 

so zu entwickeln, dass sie den Qualitätsanforderungen 

entsprechen. Wir können die Systeme stärker vernetzen 

als bisher, nicht nur lokal. Wir können öffentlich verfügbare 

Netze anwählen, um eingebettete Systeme zu verbinden. 

Dadurch realisieren wir Anwendungen, die vorher nicht 

möglich waren. Die Optionen sind da und wollen genutzt 

werden. Wir müssen nun flexibler auf Kundenaufträge und 

Betreiber reagieren. So entsteht der Druck auf die Weiterentwicklung 

der cyber-physischen Systeme. 

atp edition: Edward Lee aus Berkeley forderte 2008 „To 

realize the full potential of CPS, we will have to rebuild 

computing and networking abstractions. These abstractions 

will have to embrace physical dynamics and computation 

in a unified way.“ Aus dem, was Sie eingangs sagten, 

kann man also schließen, dass sich die Herausforderungen 

im Bereich Design in den letzten fünf Jahren immer weiter 

verringert haben. Warum sollte uns die über 80 Jahre erfolgreich 

eingesetzte und kontinuierlich weiterentwickelte 

Abstraktion der Kybernetik und der Systemtheorie nicht 

mehr ausreichen? Reden wir hier am Ende nicht doch über 

alten Wein in neuen Schläuchen? 

STEFAN KOWALEWSKI: Nein, finde ich nicht. Lee forderte 

ja eine einheitliche Beschreibung für alles, die diskrete Welt 

des Rechners, die physikalische Welt der automatisierten 

Anlage und die der Netzwerke. Das halte ich für illusorisch. 

Es wird immer unterschiedliche Beschreibungen, eine unterschiedliche 

Mathematik geben. Das muss man eben verbinden. 

Methodisch geht es um hybride Systeme, also Systeme 

die diskrete und kontinuierliche Dynamik verknüpfen. In der 

Forschung befassen wir uns schon seit den 90er-Jahren damit, 

beispielsweise im DFG-Schwerpunkt-Programm Kondisk 

(Analyse und Synthese kontinuierlich-diskreter Systeme, 

1996-2002, Anm. der Redaktion) Mittlerweile hat sich eine 

internationale Community aufgebaut, etwa die Tagung Hybrid 

Systems: Computation and Control, bei der Informatiker und 

Regelungstechniker zusammenkommen. 

Diese Tagung, die es seit rund 15 Jahren gibt, ist nun interessanterweise 

unter das Dach der CPS Week gerutscht. 

Das Beispiel hybride Systeme zeigt mir, dass die 

Kybernetik oder die klassische Regelungstechnik nicht 

ausreicht. Methodisch kämpfen wir immer noch damit, 

hybride Systeme skalierbar zu analysieren. Die diskrete 

und kontinuierliche Seite bekommt man jeweils einzeln 

in den Griff; durch die Kombination haben wir einen prinzipiell 

schwierig zu behandelnden Zustandsraum, bei dem 

verschiedene Abstraktionstechniken zur Analyse genutzt 

werden müssen. Da sind wir einfach noch nicht so weit, 

wie wir für eine breite praktische Anwendung sein 

müssten, obwohl wir seit 15 Jahren daran arbeiten. Wir 

können zwar die Systeme beschreiben und simulieren, es 

sind aber bessere Methoden zur mathematisch rigorosen 

Analyse gefragt. 

atp edition: Damit ist eine Wissenslücke identifiziert gibt 

es weitere „Roadblocker“ auf dem Weg zu den cyber-physischen 

Systemen? 

STEFAN KOWALEWSKI: Wir können bei diesen Systemen 

eigentlich immer nur die Komponenten entwickeln. Wir 

bauen sie nicht als Ganzes, mit allen Anforderungen, die 

12 


10 / 2013

PROF. DR.-ING. 

STEFAN KOWALEWSKI 

ist seit November 2003 

Professor an der Fakultät 

für Mathematik, Informatik 

und Naturwissenschaften 

an der RWTH 

Aachen. Seinen 

Forschungsschwerpunkt 

bilden Entwurfs- und 

Analysemethoden für 

softwareintensive 

eingebettete Systeme. 

sich während der Lebenszeit der Systeme ergeben. Wir 

entwerfen also die Komponenten mit Unsicherheiten. Wir 

wissen nicht, in welchem Kontext die Komponenten benutzt 

werden und in welchen Systemen sie kommunizieren 

müssen. Schnittstellen sind dabei viel wichtiger als 

bei einer integrierten Systementwicklung. Dabei benötigen 

wir mehr als die Syntax, nämlich auch semantische 

Informationen. Einige Ansätze gibt es bereits, sie sind 

aber noch nicht in die Praxis übertragen worden. 

atp edition: Wenn ich mir die Ansätze aus der Informatik 

anschaue, sind das alles verkürzte Beschreibungen von 

„Services“ diese hören aber üblicherweise vor der formalen 

Beschreibung der Funktion auf. Ich kenne momentan 

keine Servicebeschreibungssprache der Informatik, mit 

der ich ausdrücken kann: Dieser Service hat diese spezifische 

Aufgabe. 

STEFAN KOWALEWSKI: Für mich bedeutet ein serviceorientierter 

Ansatz, dass er mit dieser Problematik zurechtkommt. 

Das heißt, ich entwerfe Systeme und weiß 

noch nicht genau, wie sie zusammenwirken. Da sind Dienste 

geeignet, weil sie allgemein formuliert sind und kontext- 

und situationsabhängig angefordert werden können. 

Aber: Sie haben Recht, der Dienst muss sagen, was er 

kann. Sicherlich ein Thema, das man sich anschauen muss. 

atp edition: Das leitet über zu einem anderen Thema. 

Offensichtlich ist die Problematik disziplinübergreifend. 

Da müssen Bündnisse eingegangen werden. Welche Allianzen 

müssen auf nationaler, europäischer – beispielsweise 

im Forschungsrahmenprogramm Horizon 2020 – und 

weltweiter Ebene geschmiedet werden, um hier voranzukommen? 

In welchen Allianzen ist die deutsche Automatisierungstechnik 

vertreten? 

STEFAN KOWALEWSKI: Vor allem in den Ausschüssen der 

GMA, in denen Automatisierer und Informatiker zusammen 

kommen, arbeiten wir daran. Es gibt die wissenschaftlichen 

Communites, beispielsweise rund um hybride Systeme, 

die schon länger existieren und nun CPS in den Fokus 

genommen haben. Es gibt die Industrie 4.0-Plattform, die 

stark von Informationstechnik und Industrie geprägt wird. 

Was Horizon 2020 in der Hinsicht enthalten wird, da bin ich 

selber gespannt. 

atp edition: Welchen entscheidenden Beitrag leistet dabei 

die Automatisierungstechnik für die Weiterentwicklung von 


10 / 2013 

13

INTERVIEW 

CPS? Es müsste etwas sein, was die Informatik nicht kann, 

aber auch etwas, was die Anwendung nicht kann. Ich sehe 

die Automatisierer heute als Bindeglied der Prozess- und 

Produktionsdomäne und der informatischen Darstellung. 

Wo liegt eigentlich unsere Kernkompetenz? 

STEFAN KOWALEWSKI: Ich sehe das genauso. Wir kennen 

ja die Skeptiker, die beispielsweise das Acatech-Papier 

„Cyber-Physical Systems“ als nicht realisierbar ablehnen. 

Der Wert dieses Papieres ist aber gerade die Entwicklung 

einer Vision. Die Aufgabe der Automatisierer ist es jetzt, 

diesen Visionen Bodenhaftung zu geben, das heißt, wirkliche 

Anforderungen einzubringen. 

Ich kenne die Kommunikationsschwierigkeiten zwischen 

Ingenieuren und Informatikern sehr gut aus eigener Erfahrung. 

Ich bin selbst „gelernter“ Elektrotechniker, arbeite 

seit über 20 Jahren mit Informatikern zusammen 

und bin schließlich selbst einer geworden. Bevor sich ein 

Informatiker und ein Automatisierer verstehen, vergeht 

eine gewisse Zeit. Automatisierungstechniker wissen, 

dass sie eine technische Anlage – vor allem ihre Dynamik 

– verstehen müssen. Wenn sie die nicht begriffen haben, 

können sie auch das System nicht automatisieren. Ich 

glaube, dieser wesentliche Punkt kommt bei den Visionen 

zu CPS noch zu kurz. Eine Aufgabe der Automatisierungstechniker 

wäre, ihr Verständnis hier einzubringen. Andererseits 

sind auch die Methoden, mit denen Automatisierer 

arbeiten, als fundiertes Know-how zu verstehen. Wir 

müssen einfach besser darüber informieren, was wir bereits 

können. Da gibt es exzellentes Wissen in den Bereichen 

Regelungstechnik, hybride Systeme, Safety sowie 

Methoden für sich ändernde Anforderungen und Regulationen. 

Mittlerweile ist die Automation auch im Bereich 

Informationssicherheit gut unterwegs. 

„Unter cyber-physischen Systemen 

verstehe ich die Technologie, 

mit der man Industrie 4.0 realisiert.“ 

atp edition: Sie haben das Acatech-Papier angesprochen. 

Da kommt einem natürlich sofort „Industrie 4.0“ in den 

Sinn. Mir fällt es schwer, eine Grenze zwischen Industrie 

4.0 und CPS zu ziehen. Brauchen wir CPS, um die in dem 

Papier beschriebenen Use Cases umzusetzen oder ist mit 

„Industrie 4.0“ etwas komplett anderes gemeint? 

STEFAN KOWALEWSKI: Es gibt große Überschneidungen. 

Unter CPS würde ich die Technologie verstehen, mit der 

man „Industrie 4.0“ realisiert. Wir haben schon die Automatisierungssysteme, 

die mit den physikalischen Anlagen 

zusammenarbeiten. Durch die Vernetzung erhalten wir die 

cyber-physischen Systeme. Das ist ein wesentlicher Teil 

von „Industrie 4.0“. Die Initiative ist derzeit fokussiert auf 

industrielle Produktion. CPS sind jedoch mehr. Die Beispiele 

im Acatech-Papier betreffen unser ganzes tägliches 

Leben: Verkehr, Gesundheitssysteme oder Smart Cities 

etwa. Alles, was man sich vorstellen kann, wird in diesem 

Papier vernetzt. Wir finden CPS auch in der Produktautomatisierung, 

die bei „Industrie 4.0“ keine Rolle spielt. Inhaltlich 

ist CPS also breiter gefasst. Auf der anderen Seite 

geht es bei „Industrie 4.0“ auch um Prozessfragen und 

Geschäftsmodelle; das geht nach meinem Verständnis 

über CPS als Technologiebegriff hinaus. 

atp edition: Wir verlagern also Funktionen, die heute noch 

Menschen innehaben, in diese Systeme. Wir automatisieren 

die Automatisierung. Haben wir die Methoden dafür? 

Können wir diese in einem eingebetteten System, mit dessen 

beschränkten Ressourcen, unterbringen? 

STEFAN KOWALEWSKI: Die Systeme müssen mit verstärkter 

lokaler Intelligenz ausgestattet sein, da man nicht genau 

weiß, in welchem Umfeld sie später arbeiten. Sie müssen 

adaptiv, selbst organisiert und selbst heilend werden. Das 

kann man zunächst versuchen, in einem begrenzten Umfang 

deterministisch zu realisieren. So wird man vielleicht 

anfangen, irgendwann muss man aber auch mächtigere 

Adaptionsmethoden wie Künstliche Intelligenz einbringen. 

Ich glaube, dass in fünf oder zehn Jahren eine Lernkomponente 

in CPS selbstverständlich sein wird. Die Frage ist 

dann natürlich: Wie sichern wir das ab? Es ist auch noch 

unklar, welche Anwendungsfelder das betreffen wird. 

atp edition: An welchen Stellen kann das Gefundene bereits 

heute mit einem passenden Geschäftsmodell in Innovation 

umgesetzt werden? In welchen Bereichen erwarten 

Sie die ersten CPS-Produkte? 

STEFAN KOWALEWSKI: Die Grenze von herkömmlichen 

Systemen zu CPS ist ja fließend. Wir haben heute bereits SPS, 

die mit dem Internet verbunden sind. Natürlich wird der Weg 

über einfache Anwendungen gehen. Es wäre zum Beispiel 

schon interessant, Wetterdaten in die Automatisierung bestimmter 

Prozesse eingehen zu lassen, die Anlage also gemäß 

vorher gesagter Temperaturentwicklungen zu steuern. 

14 


10 / 2013

atp edition: Welche Entwicklungsstufen werden wir wahrnehmen? 

STEFAN KOWALEWSKI: Die Architekturen müssen sicher 

sein. Zuerst werden die betriebs- oder firmeneigenen 

Cloud-Dienste kommen, in überschaubarer Zeit aber auch 

wirklich offene Architekturen. Letztendlich bleibt die Frage, 

was entscheidet: Die Sicherheitsrisiken durch die Öffnung 

– die man in den Griff bekommen kann – oder der 

Flexibilitäts- und Effizienzgewinn? 

atp edition: Der GMA-Fachausschuss 7.20 wurde im Mai 

vergangenen Jahres gegründet. Als erstes nach außen 

sichtbares Ergebnis veröffentlichte der Ausschuss zur Hannover 

Messe 2013 ein viel beachtetes Positionspapier rund 

um die Thematik CPS. Wie sieht die weitere Roadmap des 

Fachausschusses aus? Welchen Beitrag können wir aus dem 

Fachausschuss zur aktuellen Diskussion erwarten? 

STEFAN KOWALEWSKI: Das Papier hat die CPS gut zusammengefasst 

und eine von Vielen getragene, praktisch 

brauchbare Definition geliefert. Zielführend sind auch die 

formulierten Thesen, die erläutern, was künftig wichtig 

wird. Zurzeit erarbeiten wir unter anderem Referenzszenarien, 

die anhand konkreter Beispielanlagen den Unterschied 

zwischen herkömmlicher und CPS-basierter Automatisierung 

illustrieren, den Nutzen von CPS deutlich 

machen und den bestehenden Forschungsbedarf identifizieren. 

Eine weitere Aufgabe besteht in der Schärfung von 

CPS-bezogenen Begriffen. Hier arbeiten wir eng mit dem 

GMA-Fachausschuss 7.20 Industrie 4.0 zusammen, der die 

dort relevante Begriffswelt im Hinblick auf die nötige Normierung 

behandelt. 

atp edition: Zuletzt: Können Sie bereits Anstrengungen 

beobachten, den Ingenieurnachwuchs auf die Herausforderungen 

der CPS vorzubereiten? Wird es ein Curriculum 

CPS geben? 

STEFAN KOWALEWSKI: Es braucht keine CPS-Studiengänge. 

Erstens handelt es sich bei konkreten Technologien 

immer um vergängliches Wissen, zweitens würde man von 

den Studenten eine zu starke Spezialisierung verlangen. 

Das Thema gehört in die einschlägigen Studiengänge Elektrotechnik, 

Automatisierungstechnik oder Informatik. CPS 

werden in Teams unter anderem aus Informatikern und 

Elektrotechnikern entwickelt werden. Leute mit Spezialkenntnissen 

ihrer Domänen müssen an einem Tisch sitzen. 

Das ist wichtig. Die Disziplinarität des Einzelnen ist Voraussetzung 

für ein erfolgreiches interdisziplinäres Projekt. 

Für CPS werden Themen wie Modellierung, hybride Systeme, 

Simulation, diskrete und kontinuierliche Systeme 

und Software-Engineering gebraucht. Wir sollten Studenten 

dann jedoch auch an cyber-physischen Systemen 

ausbilden. Bislang arbeiten wir in lokal angelegten Laboren. 

In der Initiative TuLaut (Theorie und Lehre der Automatisierungstechnik, 

www.tulaut.de) haben wir begonnen, 

Demonstratoren über große Distanzen mittels Internet zu 

verbinden und so große CPS zu realisieren. Das werden 

wir weiter ausbauen. 

Die passende Füllstand- und Druckmesstechnik 

können Sie lange suchen ... 

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von VEGA. 

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atp edition: Prof. Kowalewski, wir danken Ihnen für dieses 

Gespräch.

PRAXIS 

Steuerungstechnik ermöglicht effiziente Kühlung 

im Frankfurter Rechenzentrum von BT Germany 

Mischbetrieb zwischen freier Kühlung und Kältemaschinen spart Energiekosten 

Energieeinsparung wird für Rechenzentren immer 

wichtiger. Daher sollen neue Kühlsysteme nachhaltig 

arbeiten und damit Energiekosten einsparen. Auch in 

bestehenden Rechenzentren ist eine Optimierung des 

Kühlkonzepts sinnvoll, weil dadurch die Wirtschaftlichkeit 

erhöht wird. Die Verbesserung wird zum einen 

durch einen hohen Wirkungsgrad der eingesetzten Komponenten, 

aber auch durch die Nutzung einer zusätzlichen 

Freikühlung erreicht. 

Bei der freien Kühlung erkaltet das Medium durch die 

Umgebungsluft, also ohne dass Kältemaschinen zum 

Einsatz kommen. Um einen Mischbetrieb zwischen freier 

Kühlung und Kältemaschinen fahren zu können, ist 

eine stetige Regelung erforderlich, die sich mit intelligenter 

Steuerungstechnik realisieren lässt. Die SPS von 

Phoenix Contact erfüllen alle Anforderungen und tragen 

somit dazu bei, die Energieeffizienz und Nachhaltigkeit 

von Rechenzentren zu steigern. 

ERARBEITUNG EINES UNTERBRECHUNGSFREIEN 

KLIMATISIERUNGSKONZEPTS FÜR BT GERMANY 

In Rechenzentren verursachen nicht nur die Server Energiekosten. 

Zu den großen Verbrauchern zählt darüber 

hinaus die gesamte Peripherie wie die Kühlung oder die 

Unterbrechungsfreie Stromversorgungs-(USV-)Anlage. 

Werden diese Anlagenteile energieeffizient und nachhaltig 

ausgelegt, lassen sich die Betriebskosten erheblich 

senken. Allerdings müssen die hohen Ansprüche an die 

Verfügbarkeit des Rechenzentrums weiterhin berücksichtigt 

und möglichst ohne Einfluss auf die Effizienz 

erfüllt werden. In dem Rechenzentrum von BT Germany 

sorgen die Steuerungen der Produktfamilie Inline und 

das Redundanzkonzept von Phoenix Contact für eine 

unterbrechungsfreie Funktion bei gleichzeitig niedrigem 

Energieverbrauch. 

Die Bereitstellung von IT-Infrastruktur und somit der 

Betrieb von Rechenzentren gehört zu den Hauptgeschäftsfeldern 

der BT Germany, einem Tochterunternehmen der 

BT Group (British Telecommunications). Der Anbieter von 

Kommunikationslösungen und -services unterhält weltweit 

45 Rechenzentren, davon zwei in Frankfurt am Main. 

Einer der beiden Standorte wurde gerade neu errichtet und 

entspricht daher dem aktuellen Energieeffizienzstandard. 

DAS NEUE KÜHLSYSTEM bei BT in Frankfurt- 

Bonames senkt die Betriebskosten erheblich. 

MISCHBETRIEB KANN ENERGIEVERBRAUCH UM BIS ZU 

2,8 MILLIONEN KWH PRO JAHR SENKEN 

Um den Stromverbrauch des in den 1990er-Jahren erbauten 

Rechenzentrums in Frankfurt-Bonames zu verringern, 

wurde das Unternehmen Bit mit der Detailplanung und 

Umsetzung eines durch die Fachabteilung von BT Germany 

erarbeiteten, energieeffizienteren Klimatisierungskonzepts 

beauftragt. Bit ist als Generalunternehmen im Rechenzentrumsbau 

tätig. Als Solution Partner von Phoenix 

Contact im Umfeld von Rechenzentren hat Bit das Projekt 

von BT Germany auf Basis der Geräte des Blomberger Herstellers 

von Automatisierungstechnik umgesetzt. 

Nach Abschluss der Umbauarbeiten weist das Rechenzentrum 

in Frankfurt-Bonames eine höhere Energieeffizienz 

auf. „Bei der Modernisierung wurden die herkömmlichen 

Split-Klimageräte mit einem eher hohen Stromverbrauch 

gegen eine wirkungsvollere Klimatisierung auf 

der Grundlage von hoch effizienten Kältemaschinen und 

freier Kühlung ausgetauscht“, erläutert Michael Botzem, 

Programmierer bei Bit. „Das neue Klimakonzept senkt 

den Energieverbrauch für die Klimatisierung im Sommer 

um 50 Prozent und im Winter sogar um 85 Prozent. In 

absoluten Zahlen ausgedrückt bedeutet dies eine jährliche 

Einsparung von 2,8 Millionen kWh, was einem sechsstelligen 

Euro-Betrag entspricht.“ Dies gilt unter der Annahme 

einer konstanten IT-Last. 

Um das Projekt zu realisieren, suchte Bit eine flexible 

und redundante Steuerungslösung mit verschiedenen 

Möglichkeiten der Kommunikation und Visualisierung. 

Zudem kam der Redundanzfähigkeit der Geräte eine große 

Bedeutung zu, da die Ausfallsicherheit neben der 

Energieeffizienz der wichtigste Faktor für die Peripherie 

eines Rechenzentrums ist. 

16 


10 / 2013

MICHAEL BOTZEM, PROGRAMMIERER BEI BIT: 

„Das neue Klimakonzept senkt den 

Energieverbrauch für die Kühlung 

im Sommer um 50 Prozent und im 

Winter sogar um 85 Prozent.“ 

DIE INLINE-STEUERUNG ILC 370 PN 

von Phoenix Contact fungiert als 

zentrale Einheit des Kühlsystems. 

REDUNDANTER AUFBAU DER KÄLTEMASCHINEN 

SICHERT HOHE VERFÜGBARKEIT 

Im modernisierten Rechenzentrum in Frankfurt-Bonames 

kommen unterschiedliche Komponenten von 

Phoenix Contact wie Steuerungen, Switches, Bedienenund-Beobachten- 

sowie Energiemessgeräte zum Einsatz. 

Die hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit bedingen 

dabei einen redundanten Aufbau der Kältemaschinen 

sowie der Pumpen und Sensoren. Denn ein Ausfall der 

Klimatisierung als Single Point of Failure (SPoF) muss 

ausgeschlossen werden, um den Betrieb der Server zu 

jeder Zeit sicherstellen zu können. Daher wurden die 

Kälteanlagen in zwei baugleichen Räumen mit identischer 

Ausstattung installiert. „Die Möglichkeit der redundanten 

Verschaltung der Inline-Controller ILC 370 PN 

mittels applikativer Systemredundanz garantiert hier 

eine hohe Verfügbarkeit“, erklärt Botzem. „Im Notfall 

schaltet das System sofort von der einen auf die andere 

Kälteanlage um, die die Leistung dann komplett übernimmt. 

Alle Anlagenwerte werden zentral in der Steuerung 

gesammelt und verarbeitet.“ 

Die Regelung der Klimatisierung zwischen freier Kühlung 

und Kältemaschinen spielt eine besondere Rolle. Je 

länger ein Mischbetrieb zwischen beiden Varianten umsetzbar 

ist, desto mehr Energie wird eingespart. Eine 

möglichst genaue Regelung bestimmt hier, wie effizient 

und damit wirtschaftlich die Kühlung arbeitet. Für diesen 

Prozess zeichnet die Inline-Steuerung ILC 370 PN 

mit selbstoptimierenden PDPI-Reglern verantwortlich, 

wobei sich die entsprechenden Funktionsbausteine als 

vordefinierte Bibliothek in die Engineering-Software PC 

Worx von Phoenix Contact integrieren lassen. 

DAS BEDIENEN-UND-BEOBACHTEN-GERÄT ERFASST 

ALLE RELEVANTEN BETRIEBSDATEN 

In der Anlage werden rund 250 digitale und analoge Signale 

kontinuierlich erfasst und verarbeitet. Das Rechenzentrum 

musste im laufenden Betrieb ohne Ausfallzeiten 


10 / 2013 

17

PRAXIS 

DAS BEDIENEN-UND-BEOBACHTEN-GERÄT 

von Phoenix Contact zeigt die Energiedaten und 

Kälteleistung der Kälteanlage an. 

modernisiert werden. Aufgrund der Erweiterbarkeit der 

Steuerung um die I/O-Module aus dem Inline-Automatisierungsbaukasten 

war ein flexibler Aufbau und somit eine 

genaue Anpassung an die benötigten Ein- und Ausgangssignale 

möglich. Zudem lässt sich die Anlage bis zum Erreichen 

der endgültigen Kälteleistung weiter ausbauen. 

Die Kommunikation über Profinet und Modbus TCP/ 

RTU sowie ein passendes Redundanzkonzept waren zusätzliche 

Gründe, weshalb sich Bit für den ILC 370 PN 

von Phoenix Contact entschieden hat. Durch seine Flexibilität, 

die einfache Diagnose sowie die Nutzung von 

Redundanzmechanismen im Bedarfsfall erweist sich die 

Steuerung als besonders gut für die Verwendung in Rechenzentren 

geeignet. „Zu ihren Aufgaben gehören neben 

der Regelung die Erfassung der Betriebsstunden, das 

Melden von Störungen und Einsammeln der Daten der 

Kältemengenzähler, die Steuerung der Pumpen sowie 

die Aufnahme der momentanen Leistung und Messung 

der erzeugten Energie“, sagt Michael Botzem. „Die Betriebsdaten 

werden dann der Gebäudeleittechnik zur 

Verfügung gestellt und auf einem Bedienen-und-Beobachten-Gerät 

zur Anzeige gebracht.“ Der Datenaustausch 

mit den Kältemaschinen erfolgt über Modbus TCP, während 

das Energiemessgerät der Produktfamilie EMpro 

von Phoenix Contact die Leistung erfasst und via Modbus 

RTU an den ILC 370 PN überträgt. 

Durch den Aufbau des Profinet-Systems besteht die 

Möglichkeit, in Zukunft die einzelnen Server-Räume mit 

weiteren Profinet-Kopplern auszustatten und in die vorhandene 

Lösung zu integrieren. Die dafür beispielsweise 

aus den Umluftkühlgeräten erfassten Betriebsdaten 

lassen sich von der MSR-Steuerung (Kälteerzeugung) 

bereitstellen und können direkten Einfluss auf die Regelung 

nehmen. Das führt dazu, dass die Anlage besser auf 

den tatsächlichen Bedarf ausregelt werden kann. 

AUTOR 

BENJAMIN HOMUTH 

B.Sc. ist Mitarbeiter im 

Produktmarketing des 

Geschäftsbereichs Control 

Systems bei Phoenix 

Contact Electronics GmbH 

in Bad Pyrmont. 

DIE KÄLTEANLAGEN wurden in zwei baugleichen Räumen mit 

identischer Ausstattung installiert. Bilder: Phoenix Contact 

Phoenix Contact GmbH & Co. KG, 

Flachsmarktstraße 8, D-32825 Blomberg, 

Tel. +49 (0) 5235 300, 

E-Mail: bhomuth@phoenixcontact.com 

18 


10 / 2013

Engineering von 

Prozessleitsystemen 

– so geht‘s 

Das praxisorientierte Lehrbuch befasst sich mit der Einrichtung von 

Prozessleitsystemen. Anhand einer experimentellen Forschungsanlage 

werden die Herausforderungen hinsichtlich Anlagensicherheit und Anlagenverfügbarkeit 

dargestellt. Auch auf Modularisierung und virtuelle 

Inbetriebnahme von Anlagen geht der Autor ein. 

Hrsg.: Leon Urbas 

1. Auflage 2014 

ca. 300 Seiten, schwarz/weiß mit Schmuckfarbe, Hardcover 

ISBN: 978-3-8356-3362-9 

Preis: € 49,80 

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Das Buch erscheint im DIV Deutscher Industrieverlag GmbH, Arnulfstr. 124, 80636 München 

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Bestellung per Fax: +49 201 / 820 Deutscher 02-34 Industrieverlag oder GmbH abtrennen | Arnulfstr. und 124 im | Fensterumschlag 80636 München einsenden 

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Engineering von Prozessleitsystemen 

1. Auflage 2014 – ISBN: 978-3-8356-3362-9 für € 49,80 (zzgl. Versand) 

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Zur Wahrung der Widerrufsfrist genügt die rechtzeitige Absendung des Widerrufs oder der Sache an die Vulkan-Verlag GmbH, 

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vom DIV Deutscher Industrieverlag oder vom Vulkan-Verlag per Post, per Telefon, per Telefax, per E-Mail, nicht über interessante, fachspezifische Medien und Informationsangebote informiert und beworben werde. 

Diese Erklärung kann ich mit Wirkung für die Zukunft jederzeit widerrufen.

PRAXIS 

Neue Mess- und Steuerungstechnik sichert die 

Hochspannungsversuchsfelder der TU München 

Anpassung an aktuelle Anforderungen der Norm EN 50191:2010 gelang mit Lösung aus einer Hand 

DER 2,4 MV-STOSSSPANNUNGSGENERATOR ist durch eine 

Sicherheitslösung aus einer Sicherheits-SPS Pluto von ABB und 

einem LWL-Konverter von Phoenix geschützt. Bilder: ABB 

DIE 18 M HOHE TRANSFORMATORENKASKADE liefert 

eine maximale Prüfwechselspannung von 1,2 MV. 

SICHERHEITS-SPS 

PLUTO B20 VON ABB 

und LWL-Konverter 

PSI-MOS-DNET CAN/FO 

von Phoenix für die 

galvanisch getrennte 

Datenübertragung 

zwischen dem 

2,4 MV-Stoßspannungsgenerator 

und dem 

Steuerstand. 

Am Lehrstuhl für Hochspannungs- und Anlagentechnik 

der Technischen Universität München wurden 

in den letzten Monaten sukzessive alle Hochspannungsversuchsfelder 

modernisiert. Soweit möglich und wirtschaftlich 

sinnvoll, wurden dabei die Hochspannungserzeuger 

weiterverwendet. Die zugehörige Mess- und 

Steuerungstechnik wurde jedoch komplett erneuert und 

in den sicherheitstechnischen Belangen an die aktuellen 

Anforderungen der Norm EN 50191:2010 angepasst. Zum 

Einsatz kamen dabei überwiegend Sicherheitskomponenten 

von ABB Stotz-Kontakt, die sich besonders gut in 

das spezielle Umfeld von Hochspannungsversuchsfeldern 

integrieren lassen. 

Dem Lehrstuhl für Hochspannungstechnik an der TU 

München stehen eine große Hochspannungs-Versuchshalle 

und zwei kleinere Hochspannungsversuchsfelder 

mit Prüfanlagen für hohe Wechsel-, Gleich- und Stoßspannungen 

sowie eine Prüfanlage für impulsförmige Stoßströme 

zur Verfügung. Zusätzlich sind zehn Kleinversuchsstände 

mit Prüfspannungen von maximal 100 kV AC 

vorhanden, die auch der Lehre dienen. Erforscht werden 

auch Grundsatzfragen des Isoliervermögens und der Zustandsbewertung 

von hochspannungstechnischen Betriebsmitteln 

mit Gas- und Feststoffisolierungen sowie die 

Eigenschaften polymerer Isolierwerkstoffe. 

IMPULSFÖRMIGE STOSSSPANNUNGEN BIS 2,4 MV 

In den Generatoren zur Erzeugung impulsförmiger Stoßspannungen 

werden impulsförmige Prüfspannungen mit 

doppelexponentiellem Verlauf und einem Scheitelwert 

von bis zu zirka 2 400 kV erzeugt. Bei maximaler Ladespannung 

ist in den Kondensatoren des Stoßgenerators 

eine Energiemenge von 120 kJ elektrisch gespeichert. Vor 

dem Betreten des Versuchsfelds muss daher unbedingt 

sichergestellt sein, dass alle Kondensatorgruppen des 

Stoßgenerators auf ungefährliche Spannungen entladen 

sind. Hierfür stehen Entlade- und Kurzschlusseinrichtungen 

zur Verfügung. 

Hohe Prüfwechselspannungen von bis zu 1 200 kV(eff) 

werden mit Hilfe einer Transformatorenkaskade erzeugt. 

Über einen Einweggleichrichter und einen fest im Versuchsfeld 

installierten Kondensator können daraus hohe 

Gleichspannungen erzeugt werden. Auch hier muss sichergestellt 

sein, dass der Kondensator mit einer Glättungskapazität 

von 16 nF bei einer maximalen Spannung 

von 1 400 kV auf für Menschen ungefährliche Werte entladen 

ist. Dazu dient eine elektromechanisch betätigte 

Entladeeinrichtung. 

QUICK GUARD SICHERT HOCHSPANNUNGSFELDER 

Unter Berücksichtigung aller sicherheitsrelevanten Aspekte 

entsprechend EN 50191 und BGI 891 ergab sich für 

die Prüfanlagen aus der Risikobeurteilung ein erforderlicher 

Performance-Level von d (PLr=d) für einige wenige 

Sicherheitsfunktionen. 

Um die Sicherheitsanforderungen umsetzen zu können, 

wurde jedes Hochspannungsversuchsfeld mit 

einem Sicherheitszaun Quick-Guard zur Abtrennung 

20 


10 / 2013

des Steuerbereiches vom Prüfbereich und mit einer 

Sicherheits-SPS Pluto ausgestattet. Sie übernimmt die 

Abfrage sämtlicher sicherheitsrelevanter Sensoren 

(Not-Aus-Taster, Türsensoren, Überwachung von Erdungseinrichtungen) 

und die Ansteuerung der Warnlampen 

und Türzuhaltungen des entsprechenden 

Hochspannungsversuchsfeldes. Besonderes Augenmerk 

wurde hierbei auf ein durchgängiges und kompatibles 

System aus Sicherheitszaun, Sicherheitssteuerungen 

und Sensoren gelegt, das zum einen den in 

einem Hochspannungsversuchsfeld vorherrschenden 

elektromagnetischen Umgebungsbedingungen widerstehen 

kann, etwa bei Verwendung doppelt geschirmter 

Sensorleitungen und dem Einsatz von Überspannungsableitern. 

Zum anderen erlaubt das System eine 

einfache und strukturierte Verkabelung. 

SICHERHEITSSTEUERUNGEN VERNETZEN 

Im Idealfall wird auch bei der Kaskadierung von Sicherheitssensoren 

noch ein hoher Performance-Level erreicht. 

Die Sicherheitssteuerungen der Pluto-Familie erfüllen 

zusammen mit den Not-Aus-Tastern der Serie Inca und 

den Sicherheitssensoren des Typs Eden diese Kriterien. 

Pluto ist ein Sicherheitscontroller „All Master“, der den 

Entwurf von Sicherheitssystemen vereinfacht und den 

Performance Level e nach EN ISO 13849-1 sowie SIL 3 

nach EN 62061 unterstützt. Zusätzlich bieten die Geräte 

der Pluto-Familie noch die Möglichkeit, mehrere Sicherheitssteuerungen 

miteinander zu vernetzen und diese in 

ein gemeinsames Projekt zu integrieren. Dadurch kann 

im vorliegenden Anwendungsfall beispielsweise der 

Leistungsteil der Prüfspannungsquelle, in dem sich die 

redundanten Schaltgeräte zur sicheren Energietrennung 

nebst deren Spiegelkontakten und eventuell einigen Erdungseinrichtungen 

befinden, von der eigentlichen Laborsicherheitssteuerung 

abgesetzt werden. 

INTEGRIERT IN FAHRBARE FARADAY-KUGEL 

Da die Pluto-Sicherheitssteuerungen zur Vernetzung den 

im Industriebereich üblichen CAN-Bus verwenden, 

konnte hier durch Einsatz von LWL-Signalumsetzern des 

Typs PSI-MOS-DNET-CAN/FO von Phoenix Contact mit 

einfachen Mitteln eine sichere galvanische Trennung 

und damit eine deutliche Reduzierung der EMV-Problematik 

der einzelnen Teilbereiche der Sicherheitsanlagen 

erreicht werden. 

Die Möglichkeit der Vernetzung mehrerer Sicherheitssteuerungen 

innerhalb eines Projektes erlaubt auch die 

Realisierung von Sonderlösungen wie etwa die Integration 

einer fahrbaren Faraday-Kugel. Die Faraday-Kugel 

wird für Vorführungen im Rahmen von Experimentalvorlesungen 

für die Studierenden der Elektrotechnik 

und Informationstechnik benutzt und muss zu diesem 

Zweck mit einer Person besetzt werden. 

Da sich die Faraday-Kugel im Prüfbereich und damit 

innerhalb der Verbotszone nach EN 50191 befindet, 

musste auch diese mit Sicherheitseinrichtungen wie 

Türsensoren, Not-Aus-Taster und einer Türzuhaltung 

ausgerüstet werden. Die magnetische Zuhaltung Magne 

in Verbindung mit Sicherheitssensoren Eden und Not- 

Aus-Taster Inca übernehmen hier wichtige Sicherheitsfunktionen. 

Zur Ansteuerung dieser Komponenten wurde 

ebenfalls eine Pluto-Sicherheitssteuerung in die Faraday-Kugel 

integriert, die über LWL mit der übergeordneten 

Laborsicherheitssteuerung vernetzt ist. 

TÜRSICHERUNG MIT 1 500 N ZUHALTEKRAFT 

Die elektromagnetische Zuhaltung Magne 1B kann eine 

Tür oder Klappe mit einer Zuhaltekraft von bis zu 

1 500 N geschlossen halten. Dabei überwacht das drahtlos 

arbeitende Sensor-Paar Eden, dass die Tür oder Klappe 

sicher geschlossen ist. Es besteht aus dem aktiven, 

elektrisch verdrahteten Teil Adam und dem passiven, 

als Betätiger wirkenden Teil Eva. Der Sensor ist nur bei 

geschlossener Tür aktiviert, wenn sich Adam und Eva 

gegenüber stehen. 

Die Sicherheits-Komplettlösung aus einer Hand von 

ABB Stotz-Kontakt überzeugt die Anwender am Lehrstuhl 

für Hochspannungs- und Anlagentechnik der TU 

München. Neben der leicht verständlichen Produktdokumentation, 

der problemlosen Montage, der hohen 

EMV-Verträglichkeit und der einfachen und intuitiven 

Bedienung der eingesetzten Sicherheitsprodukte von 

ABB sorgten auch kompetente Beratung und gut aufeinander 

abgestimmte Kundenschulungen zum Thema Maschinensicherheit 

für Zufriedenheit. 

AUTOREN 

Dr.-Ing. THOMAS HINTERHOLZER ist als 

Akademischer Oberrat am Lehrstuhl für 

Hochspannungs- und Anlagentechnik der 

TU München mit der Betreuung der 

Hochspannungs-Versuchsstände betraut. 

Technische Universität München, 

Lehrstuhl für Hochspannungs- und Anlagentechnik, 

Arcisstraße 21, D-80333 München, 

Tel. +49 (0) 89 28 92 20 09, 

E-Mail: thomas.hinterholzer@tum.de 

Elektrotechniker GÜNTHER BISSLE ist Key 

Account Manager bei ABB Stotz-Kontakt. 

ABB Stotz-Kontakt GmbH, 

Max-Planck-Straße 21, D-78549 Spaichingen, 

Tel. +49 (0) 7424 95 86 50, 

E-Mail: guenther.bissle@de.abb.com 


10 / 2013 

21

PRAXIS 

Safe Human-Robot Collaboration Combines 

Expertise and Precision in Manufacturing 

A Paradigm for Industrial Assembly in Mixed Environments 

USER INTERFACE for the HRC assembly station. 

During the past decade, the interest in safe humanrobot 

collaboration (HRC) for applications in industrial 

production has developed from a niche research 

topic to a broad effort encompassing activities from basic 

research to application profiles and from standardization 

to biomechanics and ergonomics. The driving 

force behind the entire effort is the vision that practically 

relevant industrial scenarios will include both 

human workers with their specific expertise and robotic 

production assistants with their characteristic strengths, 

combining forces to empower a production facility with 

superior productivity and flexibility. A drawback of present 

prototypical HRC implementations is that the basic 

reaction in the event of an impending risk to a human 

worker is to stop robot motion, thus interrupting the 

application and curtailing productivity. 

To avoid productivity loss due to such down-times, 

the situations causing them must be avoided. Solving 

this by requiring workers to adhere to very rigid behavior 

requirements would result in serious difficulties in 

the acceptance of HRC technology in the production 

workplace. If, on the other hand, it is the collaborative 

robot that adapts its behavoir appropriately, the acceptance 

of the technology may actually be furthered. Such 

adaptivity must be designed to ensure worker safety 

while simultaneously upholding productivity to the 

highest extent possible. 

ENABLING INDUSTRIAL ROBOTS FOR SMALL LOT SIZES 

Present trends in production optimization for consumer 

products, such as 3C (Computing, Communication and 

Consumer Electronics) devices, are driving manufacturing 

paradigms away from mass production towards 

what is sometimes referred to as mass customization, 

the extreme at which each unit produced is unique to 

meet individual customer needs and taste. In this process 

to accommodate as much customer individualism 

as possible in modern technology products, manufacturers 

are striving to salvage as much as possible of the 

advantages of mass production. Relevant issues here are 

quality and reproducibility, as well as cost advantages 

in the economy of scale. In discrete manufacturing, one 

possible enabler for quality and reproducibility is the 

use of automation. 

Fixed automation is the most inflexible choice, and 

does not allow for product variants in a cost-efficient 

manner. The introduction of robotic automation has 

introduced an important dimension of flexibility for 

the past decades. Presently, manufacturers are at 

times facing the limitations of the fully automated 

robotic approach, since the automation of certain manufacturing 

steps in a sufficiently flexible manner still 

escapes economical realization. At present, only manual 

work is economical in this area. With the advent 

of safety-rated robot controllers, manufacturing now 

has access to a new dimension of flexibility in production 

processes. It becomes possible to realize partial 

automation by distributing manufacturing steps 

among robots and human workers in the mixed production 

environment, while still maintaining personnel 

safety. Robots can be assigned to tasks for which 

they are best suited and in which they bring to bear 

22 


10 / 2013

The figure shows the dependence of unit cost on production 

volume in a schematic way, including manual 

assembly, fixed automation, conventional robotic automation, 

and HRC. Note that, depending on the production 

volume, different approaches will lead to the lowest 

cost per unit produced. Human-robot collaboration 

thus serves to extend the applicability of robots in 

industrial production to smaller lot sizes than is presently 

economical. 

IMPROVING PRODUCTIVITY IN COLLABORATION 

To analyze the collaborative application with regard to 

safety and productivity, this section introduces terminology 

and a descriptive formalism. Whenever specificity 

is required, the application type that we consider is 

industrial assembly in a collaborative setting. 

DIFFERENT MANUFACTURING PARADIGMS 

and their areas of relevance. 

their traditional strengths, such as precision and repeatability, 

and human workers handle the tasks that 

require understanding of context, adaptation to variability, 

and even manipulation tasks needing complex 

dexterity skills. For future production topologies, a 

new instrument to realize lean aspects in production 

thus has become available. 

Production Behavior: Maintain productivity and 

avoid safety-critical situations 

Safety and Productivity (S&P) Exception: Irregular 

situation which either interferes with productivity 

or compromises workers safety 

Exception Behavior consists of: 

Exception Reaction: execution of S&P functions to 

uphold productivity and to ensure worker safety 

Exception Recovery: dedicated set of commands 

to restore regular productive operation after Exception 

Reaction 

In the normal operation, collaborative robots run with 

production behavior. Safety and productivity exceptions 

which either interfere with productivity or compromise 

workers safety are caught by the corresponding exception 

reaction. A dedicated set of commands in exception 

Living FieLdbus 

Keeps Your process running 

Halle 7A 

stand 338 

Zukunftstechnologie für mehr verfügbarkeit 

▪ Advanced Diagnostic Gateways mit I/O Funktion 

▪ Segment Protectoren mit intelligenter Fehlerisolation 

▪ Diagnosefähiger Blitzschutz mit Leittechnikanbindung ohne 

wiederkehrende Prüfungen 

▪ Leckagesensoren für garantiert wasserdichte Installationen 

Feldbus mit intelligenter diagnose: www.pepperl-fuchs.de/living-fieldbus 


10 / 2013 

23

PRAXIS 

HUMAN-ROBOT 

COLLABORATION 

in different states. 

recovery restores the regular productive operation after 

exception reaction. 

TESTING HRC IN AN EXPERIMENTAL SETUP 

To experiment with the proposed concept, a demonstrator 

is set up. In the experiment, the assembly station 

consists of a workbench with the ABB Dual-Arm Concept 

Robot. The robot is designed as a harmless robotic coworker 

for industrial assembly. It consists of two robotic 

arms with 7 DOF in each arm, which can be controlled 

individually or synchronously. The robot is able to collaborate 

with a human worker on the assembly of a PLC 

I/O module as shown in the trade shows Hannover Fair 

2011 and Automatica 2012. 

The assembly scenario is observed with two depth cameras, 

which detect the worker’s positions, for workspace 

supervision. Two interaction zones in which direct 

contact between the robot and the human might occur 

are designated in this scheme. One zone is located between 

the robot and the human side-by-side, and the other 

face-to-face. 

A user interface is implemented. Distance thresholds 

δ 1 , δ 2 and δ 3 , specified in advance by the user, are introduced 

to define the events (like elbow-down, speed reduction, 

standstill) of threshold crossing. 

When the human worker approaches the robot and 

crosses the distance threshold δ 1 , this is interpreted as 

an exception. As a reaction, the robot moves its elbow 

down, keeping the position and orientation of its toolcenter 

point to continue with its normal work. When 

the human worker approaches further and crosses the 

distance threshold δ 2 , this generates another exception 

and the robot reaction is speed reduction. When the 

human worker crosses the distance threshold δ 3 , this 

exception leads to the robot reaction of standstill. Once 

the distance increases beyond the threshold δ 1 again, 

the system automatically recovers to its normal production 

behavior. 

In case of a communication failure or a failure in the 

robot controller, this exception generates a protective 

stop regardless of the current system state. Only manual 

recovery is allowed in this case. 

IMPROVING UPTIME OF COLLABORATIVE ASSEMBLY 

Experimentation with this setup has shown that the uptime 

of the collaborative assembly application can be 

AUTHORS 

HAO DING (born in 1980), is 

Scientist in the Robotics and 

Manufacturing group at ABB 

Corporate Research in Germany. 

He obtained his PhD in the 

area of optimized robotic 

manipulation for safely interacting 

with humans. He has 

5+ years of experience in 

industrial robotics, control, safety, and humanrobot 

collaboration. 

ABB AG, Corporate Research Center, 

Wallstadter Straße 59, D-68526 Ladenburg, 

Tel. +49 (0) 6203 71 60 28, 

E-Mail: hao.ding@de.abb.com 

24 


10 / 2013

www.atp-edition.de 


Die Referenzklasse für die 

Automatisierungstechnik 

EXAMPLE SETUP for HRC in 

industrial assembly. 

atp edition ist das Fachmagazin für die Automatisierungstechnik. 

Die Qualität der wissenschaftlichen Hauptbeiträge 

sichert ein strenges Peer-Review-Verfahren. Bezug zur 

automatisierungstechnischen Praxis nehmen außerdem 

die kurzen Journalbeiträge aus der Fertigungs- und Prozessautomatisierung. 

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improved, particularly in this example by moving 

down the elbow in case that the worker’s arm approaches. 

The robot does not have to stop as frequently 

due to human intervention. Speed reduction or standstill 

is mostly sufficient, which can be automatically 

recovered to normal operation from exception to 

uphold the productivity. As a result, this reduces the 

frequency of unintended contacts between worker 

and robot. 

BJÖRN MATTHIAS (born in 

1961), is Senior Principal 

Scientist for Robotic Automation 

at ABB Corporate Research 

in Germany, where he has 

gained extensive experience in 

robotics research & development 

for 10+ years, working 

on robotic automation applica 

tions, safety, and human-robot collaboration. He is 

a member of national and international standardization 

committees on robot safety and collaborative 

robots (ISO TC 184/SC2/WG3). He obtained his 

PhD in physics in 1990 at Yale University. 

ABB AG, Corporate Research Center, 

Wallstadter Straße 59, D-68526 Ladenburg, 

Tel. +49 (0) 6203 71 61 45, 

E-Mail: bjoern.matthias@de.abb.com 

atp edition erscheint in der DIV Deutscher Industrieverlag GmbH, Arnulfstr. 124, 80636 München

PRAXIS 

Industrial WLAN erlaubt auch zuverlässige 

Kommunikation mit Echtzeitanforderungen 

Wireless vom Feld in die Welt: Sicher drahtlos kommunizieren im Automatisierungsumfeld, Teil 2 

Drahtlostechnologien werden für die Automatisierungstechnik 

immer wichtiger. Der erste Teil dieses 

Beitrags in atp edition 9/2013 stellte die Möglichkeiten 

von WirelessHart und die Grundzüge der WLAN-Standards 

dar. Die zweite und letzte Folge beschreibt nun 

konkrete industrielle WLAN-Anwendungen und die 

Möglichkeiten der Mobilfunknetze. 

Die WLAN-Standards, die im ersten Teil dieses Beitrags 

beschrieben wurden, bieten verschiedene Ansatzpunkte 

für industrielle Anwendungen. Allerdings sind 

Heim-/Büronetzwerke nicht einfach auf den Industrieeinsatz 

übertragbar. Erforderlich ist ein Industrial Wireless 

LAN (IWLAN). Dafür müssen zum einen funktechnische 

Optimierungen durchgeführt werden. Zum 

anderen muss die Hardware für die besonderen industriellen 

Bedingungen ausgelegt werden (Bild 8). Denn 

hier wird nicht nur mit direkten Endteilnehmern wie 

etwa einem Laptop, Tablet-PC oder Smartphone über 

WLAN kommuniziert, sondern häufig auch mit kleinen, 

mobilen Netzwerken mit mehreren Geräten, die über 

Kabel an einem Wireless-LAN-Client-Modul angebunden 

sind. 

BÜRO-WLAN SCHEITERT IN INDUSTRIE-NETZWERKEN 

Ein gutes Beispiel hierfür ist ein fahrerloses Transportsystem: 

Hier sind neben einer lokalen Steuerung oft 

auch noch Kameras, Touchpanels (HMIs) und zusätzliche 

dezentrale Peripherie an Bord, welche mit einer 

zentralen Steuerung kommunizieren (Bild 9). WLAN, 

wie es heute in vielen Heim- und Büronetzwerken installiert 

ist, kann bei derartigen Netzen nicht gewährleisten, 

dass die einzelnen WLAN-Client-Module immer 

direkten Zugriff auf „ihren“ Wireless Access Point 

erhalten. Sie müssten folglich warten, bis sie „an der 

Reihe“ sind. Damit geht die für Feldbussysteme und 

insbesondere für Sicherheitsaufgaben relevante Deterministik 

bei der Kommunikation verloren. Im 

schlimmsten Fall könnte es zu einem Not-Stopp und 

einem teuren Anlagenstillstand kommen, wenn ein sicherheitsrelevantes 

Signal nicht rechtzeitig beim Endteilnehmer 

ankommt. Gefährliche Situationen können 

aufgrund der Verwendung von Safety-Protokollen erst 

gar nicht entstehen. 

POLLINGVERFAHREN VERMEIDET KOLLISIONEN 

Um dennoch eine zuverlässige Kommunikation auf der 

Feldbusebene über WLAN zu ermöglichen, sind für die 

Kommunikation mit Echtzeitanforderungen Erweiterungen 

gegenüber den Standards notwendig. Das Problem 

der Echtzeitkommunikation in Feldbussen in Verbindung 

mit sicherheitsgerichteter Kommunikation wird 

beispielsweise durch die iPCF-Funktion der IWLAN- 

Produkte von Siemens gelöst, die häufig in Verbindung 

mit Leckwellenleitern zum Einsatz kommt. 

Die Technologie iPCF basiert auf dem Medienzugriffsverfahren 

Point Coordination Function (PCF), welches 

schon seit 1999 Bestandteil des IEEE 802.11-legacy-Standards 

ist. PCF ist ein Pollingverfahren, bei dem der Access 

Point als zentrale Station den Zugriff über die einzelnen 

Stationen koordiniert, um Kollisionen zu vermeiden. 

Mit iPCF wird ein vergleichbares Pollingverfahren 

verwendet, kombiniert mit einer Methode, welches 

schnelleres Roaming ermöglicht. Damit ist sichergestellt, 

dass jedes verbundene Wireless-Client-Modul mit dem 

Access Point mindestens einmal innerhalb des ausgewählten 

Feldbuszyklus Daten austauschen kann. 

Ein Leckwellenleiter wird dann eingesetzt, wenn sich 

die drahtlose Kommunikation an einer vorgegebenen 

Wegstrecke orientieren soll oder muss und die Verwendung 

üblicher Antennen nicht möglich ist, weil es beispielsweise 

Schwierigkeiten bei der Ausleuchtung gibt 

oder Interferenzen zu erwarten wären. Beispiele hierfür 

sind die Einschienenhängebahn oder ein schienengeführtes, 

fahrerloses Transportsystem. Der Leckwellenleiter 

stellt durch seine definierte Abstrahlung eine sehr 

zuverlässige drahtlose Verbindung zur Verfügung und 

kann, abhängig vom verwendeten Frequenzband, Segmentlängen 

von bis zu 300 Meter pro Wireless Access 

Point abdecken (Bild 10). 

ROAMINGZEITEN KÜRZER ALS 50 MS 

Roaming auf den nächstgelegenen Access Point ist notwendig, 

weil nicht jede Applikation auf eine maximale 

Segmentlänge von 300 Meter eingeschränkt werden 

kann. Dabei muss die Zeit für das Roaming so kurz wie 

möglich gehalten werden, weil während dieses Vorgangs 

die Kommunikation unterbrochen wird. Kombiniert 

mit einer vorgegebenen Strecke lässt iPCF sogar 

Roamingzeiten von unter 50 ms zu. Hierdurch können 

echtzeitfähige Netzwerke drahtlos über große Entfernungen 

betrieben werden, ohne die Applikation weiter 

einzuschränken. 

Für Applikationen, in denen frei bewegliche Wireless- 

Client-Module eingesetzt werden wie Mobile Panels mit 

Not-Aus, die von Personen getragen werden oder fahrerlose 

Transportsysteme im weitflächigen Bereich ist eine 

Ergänzung dieser Technologie erforderlich. Denn hier 

ist es aufgrund der freien Beweglichkeit nicht möglich, 

vorherzusagen, zu welchen Access Point das Wireless- 

Client-Modul als nächstes Verbindung aufnehmen (roamen) 

wird. Um trotz dieser freien Beweglichkeit die 

Roamingzeiten so kurz wie möglich zu halten, kommt 

hier iPCF-MC (industrial Point Coordination Function 

– Management Channel) ins Spiel. 

DATA CHANNEL UND MANAGEMENT CHANNEL 

Für iPCF-MC werden Access Points mit zwei integrierten, 

aber getrennten Funkinterfaces benötigt. Ein 

Funkinterface wird für den Datenaustausch (Data 

Channel) gebraucht und das zweite für das Versenden 

von Wireless-LAN-Management-Informationen (Management 

Channel). Dieser Management Channel 

sendet administrative Informationen über den Data 

Channel mittels sogenannter Beacons und muss in 

der kompletten Anlage auf den gleichen Funkkanal 

eingestellt werden. 

26 


10 / 2013

BILD 11: Mobile Panel mit Not-Aus 

in einer Sicherheitsanwendung. 

Der Management Channel überträgt 

administrative Informationen. 

BILD 9: Im Industrieeinsatz sind WLANs meist deutlich 

komplexer als im Büroumfeld. Das zeigt beispielsweise 

dieser Aufbau eines WLANs in einem Container- 

Terminal mit fahrerlosen Transportsystemen. 

BILD 12: Klassische Telecontrol-Anwendungen finden sich in 

Wasseraufbereitung oder Trinkwasserversorgung. Bild: Siemens 

BILD 10: Eine drahtlose Schraubersteuerung 

in der Automobilproduktion mit iPCF und 

Leckwellenleiter: Die Pollingfunktion iPCF 

ermöglicht hier die Echtzeitkommunikation. 

Wenn ein Wireless Client sich nicht im Datenaustausch 

befindet, kann er nach Access Points mit einer 

besseren Empfangsqualität suchen – das ist Standard 

bei jedem WLAN. Er scannt die Kanäle ab und entscheidet 

nach Abschluss, zu welchem Access Point er Verbindung 

aufnimmt. Das Scannen aller Kanäle führt 

allerdings zu erheblichen Kommunikationsunterbrechungen, 

weil während des Vorgangs kein Datenaustausch 

stattfinden kann. Diese relativ lange Unterbrechung 

ist in der Feldbuskommunikation nicht gewünscht 

und würde zu einem Busfehler führen, was 

einen Anlagestillstand zur Folge haben könnte. Durch 

die Verwendung von iPCF-MC beschränkt sich der Scanvorgang 

des gesamten Netzwerks auf einen einzigen 

Funkkanal. Hierbei werden die Informationen von Access 

Points, die sich in Reichweite befinden, zur gleichen 

Zeit empfangen, damit wird erheblich Zeit eingespart. 

Der Wireless Client entscheidet nach dem Scanvorgang 

direkt, mit welchem Access Point er über welchen Kanal 

Daten austauschen möchte (Bild 11). 


10 / 2013 

27

PRAXIS 

MOBILFUNK ÜBERBRÜCKT DIE GRÖSSTEN STRECKEN 

Bei weit verteilten Applikationen oder bei Dienstleistungen 

aus der Ferne müssen bestehende Infrastrukturen 

wie Telefon- oder Mobilfunknetze genutzt werden, 

da WirelessHart und WLAN dies nicht leisten können. 

Mobilfunk basiert auf einer zellenartig aufgebauten 

Netzwerkinfrastruktur. Mit individuellen nationalen 

Implementierungen bieten diese Netzwerke einen nahezu 

weltweiten Fernzugriff auf industrielle Anlagen. 

Besonders bei schwer zugänglichen, verteilten Anlagen, 

ohne festverdrahtete Kommunikationsinfrastruktur 

oder bei mobilen Objekten wird die Anbindung der 

Teilnehmer an zentrale Leitstellen über Mobilfunk 

realisiert. Durch steigende Geschwindigkeiten und 

Bandbreiten bei gleichzeitig fallenden Kosten ermöglichen 

es die neuen Mobilfunk-Generationen UMTS 

(Universal Mobile Telecommunications System) und 

LTE (Long Term Evolution), ganz neue Applikationen 

wie Videoübertragung umzusetzen. 

Klassische Fernwirklösungen bei Öl- und Gaspipelines, 

im Bereich der Wasserversorgung und Abwasserentsorgung 

sowie im Energiesektor stellen hohe Anforderungen 

an die Fernwirktechnik. Außen- und Messstationen 

müssen mit zum Teil großen Datenvolumina über 

weite Entfernungen mit der zentralen Leitstelle kommunizieren, 

oft auch über die verschiedensten Telekommunikationsnetze. 

In unterschiedlichen Branchen und Regionen 

werden zudem spezielle Fernwirkprotokolle 

vorgeschrieben. Typische Anwendungen sind die Steuerung 

prozesstechnischer Anlagen wie etwa beim optimierten 

Betrieb kommunaler Einrichtungen zur Wasseraufbereitung, 

Energieverteilung und Verkehrsüberwachung 

sowie im Gebäudemanagement (Bild12). 

ANLAGENÜBERWACHUNG AUS DER FERNE 

Ein weiterer Anwendungsbereich, der Mobilfunk nutzt, 

ist die wirtschaftliche Anlagenüberwachung und -wartung 

aus der Ferne. Teleservice ist der Datenaustausch 

mit räumlich weit auseinander liegenden technischen 

Maschinen, Anlagen, Computern zum Zweck der Fehlererkennung, 

Diagnose, Wartung, Reparatur oder Optimierung. 

Denn immer häufiger werden Maschinen und Anlagen 

an Orten betrieben, die weit vom Lieferanten entfernt 

sind. Dennoch müssen Anlagenbauer bei Fehlern 

oder zur vorbeugenden Instandhaltung Service-Leistungen 

anbieten. Teleservice trägt wesentlich dazu bei, Reiseund 

Personalkosten bei Serviceeinsätzen einzusparen. 

Darüber hinaus kann Kunden auf Basis der Remote- 

Kommunikation Mehrwert angeboten werden, beispielsweise 

Condition Monitoring. Dabei werden permanent 

Zustandsdaten einer Maschine oder Anlage 

erfasst. Auf Basis dieser Erhebungen können vorbeu- 

GSM 

(2.Generation) 

UMTS 

(3. Generation) 

LTE 

(4. Generation) 

Datenrate Uplink 384 kBit/s (EDGE) 5,76 MBit/s (HSPA+) 50 MBit/s 

Datenrate Downlink 384 kBit/s (EDGE) 14,4 MBit/s (HSPA+) 100 MBit/s 

Weltweite Verfügbarkeit (zukünftig) ++ +++ +(++) 

Netzabdeckung (zukünftig) +++ + +(++) 

Standardisierte Frequenzbänder 3 6 40 + x 

BILD 13: Die existierenden 

Mobilfunktechnologien: 

Höchste Geschwindigkeit und 

eine weltweit relative gute 

Netzabdeckung soll Prognosen 

zufolge LTE erreichen. 

BILD 14: Durch geeignete Maßnahmen, 

vor allem in der Planungsphase, lässt sich 

die Koexistenz verschiedener Funksysteme sicherstellen, 

sodass alle ungestört arbeiten können. 

28 


10 / 2013

gend Wartungseinsätze durchgeführt werden, bevor es 

zu teuren Stillstandszeiten bedingt durch den Ausfall 

einer Maschine oder Anlage kommt. Immer häufiger 

werden auch sichere Lösungen über das Internet nachgefragt. 

Basis für eine optimale Fernwartung sind: zuverlässige, 

immer verfügbare, gesicherte und preisgünstige 

Datenverbindungen. 

GSM IST ETABLIERT ABER RELATIV LANGSAM 

GSM (Groupe Spécial Mobile) ist der erste, nahezu weltweit 

verfügbare Mobilfunkstandard, der sich besonders 

im industriellen Umfeld immer noch großer Beliebtheit 

erfreut. Vorteile sind die hohe Verfügbarkeit der Technologie 

in vielen Ländern, die gute Netzabdeckung der 

einzelnen Zellnetze sowie niedrige Anschaffungs- und 

Betriebskosten. Da in der Regel Telecontrol- und Teleservice-Applikationen 

eher geringe Anforderungen an die 

Bandbreite stellen, werden die vergleichsweise niedrigen 

Datenraten von GSM in Kauf genommen. 

Der UMTS-Standard sollte dem GSM-Standard nachfolgen 

und hohe Datenraten bieten. Die anfänglichen 

Hoffnungen auf eine schnelle Einführung haben sich bis 

heute nicht erfüllt. Praktisch ist der 3G-Standard in 

Deutschland nur in dicht besiedelten Gebieten verfügbar 

und die Datenraten des UMTS-Standards liegen nicht 

deutlich genug über jenen von GSM-Netzen. Erst durch 

neue Dienste, wie HSPA (High Speed Packet Access) und 

HSPA+, ist ein markanter Unterschied gegenüber den 

GSM-Netzen spürbar. Darüber hinaus ist UMTS der erste 

Mobilfunkstandard, der garantiert auch weltweit verfügbar 

ist. 

Mit LTE, der vierten Generation Mobilfunk, versucht 

die Branche nun aus den Fehlern der Vergangenheit zu 

lernen. LTE dürfte zukünftig weltweit verfügbar sein. In 

vielen Ländern hat der Netzausbau bereits begonnen und 

geht schneller voran, als prognostiziert. Getrieben wird 

diese rasante Entwicklung vorrangig vom Endanwender, 

der mit mobilen intelligenten Geräten permanent mit 

dem Internet verbunden sein möchte (Bild13). 

KOEXISTENZ-MANAGEMENT VERMEIDET KONFLIKTE 

WirelessHart und WLAN arbeiten im weltweit lizenzfreien 

Frequenzbereich 2,4 GHz. In diesem Bereich tummeln 

sich aber noch einige andere: Bluetooth, RFID (Radio 

Frequency Identification), WSAN (Wireless Sensor 

and Actor Network) und DECT (Digital Enhanced Cordless 

Telecommunications). Sobald mehrere Systeme am 

gleichen Ort, zur gleichen Zeit und auf der gleichen Frequenz 

funken, besteht die Möglichkeit einer gegenseitigen 

Funkbeeinflussung, was den reibungslosen Ablauf 

in einer Anlage stören könnte. 

Mittels Koexistenz-Management lässt sich aber ein 

störungsfreier Betrieb trotz gegenseitiger Funkbeeinflussung 

gewährleisten. Die beste Wirkung lässt sich erzielen, 

wenn das Koexistenz-Management in der Planungsund 

Projektierungsphase umgesetzt wird. Denn hier 

lassen sich mögliche Konflikte frühzeitig erkennen und 

berücksichtigen. 

Der wichtigste Baustein hierbei ist die Funkfeldplanung 

(site survey). Damit kann der Projektierungsingenieur 

bei der Einbettung der Funkapplikation in die 

vorhandene Anlage auf die Platzierung, Antennenauswahl 

und Frequenzvergabe Einfluss nehmen. Ziel ist, 

dass sich Funkfelder nicht überlappen und nicht gegenseitig 

stören. Bei WirelessHart bietet es sich an, die von 

anderen Funktechnologien belegten Kanäle in eine 

‚Blacklist‘ einzutragen und sie nicht mehr für die Kommunikation 

zu nutzen. Dadurch wird eine Koexistenz 

mit anderen drahtlosen Kommunikationssystemen im 

2,4-GHz-ISM-Band gewährleistet. Bei WLAN hingegen 

kann ein Wechsel in das 5-GHz-ISM-Band Störungen mit 

dem 2,4-GHz-SM-Band vermeiden. 

ZUKUNFTSSICHER MIT GANZHEITLICHEM KONZEPT 

Der Einsatz von Funktechnologien bietet also erhebliches 

Potenzial für industrielle Automatisierungsanwendungen 

und wird deshalb weiter zunehmen. Die Akzeptanz 

wird besonders im Hinblick auf Flexibilität und Zuverlässigkeit 

im Feld immer mehr wachsen (Bild14). WirelessHart 

sorgt für den Transport der Daten von der Feldzur 

Steuerungsebene, Industrial Wireless LAN übernimmt 

die drahtlose Vernetzung der Steuerungsebene 

und Mobilfunk ermöglicht den Zugriff auf weltweit entfernte 

Anlagenteile. Mit diesem ganzheitlichen Konzept 

der drahtlosen Datenübertragung sind Anlagenbauer 

sowie -betreiber heute und in Zukunft bestens gerüstet. 

AUTOREN 

Dipl.-Ing. JENS GREBNER ist 

Product Manager für Industrial Remote 

Commu nication bei Siemens. 

Siemens AG, 

Gleiwitzer Str. 555, D-90475 Nürnberg, 

Tel. +49 (0) 911 895 28 94, 

E-Mail: jens.grebner@siemens.com 

BSc SANDER ROTMENSEN ist 

Product Manager Industrial Wireless 

LAN bei Siemens. 

Tel. +49 (0) 911 895 46 92, 

E-Mail: sander.rotmensen@siemens.com 

Dipl.-Betriebswirtin ROSWITHA SKOWRONEK 

ist Marketing Manager für industrielle 

Netzwerk komponenten bei Siemens. 

Tel. +49 (0) 911 895 43 09, 

E-Mail: roswitha.skowronek@siemens.com 


10 / 2013 

29

HAUPTBEITRAG 

Konfigurationsmanagement 

im Anlagenlebenszyklus 

Effiziente Versionsverwaltung von Komponenten 

Ausgehend von Anlagenlebenszyklen zwischen 15 und 20 Jahren, kann die Integration 

von Messgeräten in Leitsystemen eine komplexe und aufwendige Angelegenheit sein. Im 

Beitrag wird eine Lösung zur Verfügbarkeit der Gerätetreiber über den gesamten Lebenszyklus 

beschrieben. Dieser setzt protokollspezifische Identifikationsmerkmale der jeweiligen 

Feldgeräte im Feld mit herstellerinternen Produktarten in Beziehung, um Abläufe 

des Konfigurationsmanagements bei Engineering, Inbetriebnahme und Instandhaltung 

effizient zu unterstützen. 

SCHLAGWÖRTER Konfigurationsmanagement / Anlagenlebenszyklus / Geräteintegration / 

Gerätetausch 

Configuration Management in the Plant Life Cycle – 

Efficient Version Management of Components 

In view of plant life cycles of 15 to 20 years, the integration of instruments in a control 

system can be a complex and costly affair. A solution is described for the availability of 

the device driver for the entire life cycle. Protocol specific identification attributes of the 

field device are put in relation with vendor internal product data in order to efficiently 

support the configuration management processes for engineering, commissioning and 

maintenance. 

KEYWORDS configuration management / life cycle management / device integration / 

device exchange 

30 


10 / 2013

GÜNTHER GREDY, JÖRG HÄHNICHE, MIRKO BRCIC, Endress+Hauser Process Solutions 

Mit zunehmender Intelligenz der Feldgeräte und 

deren Integration in Leitsysteme gewinnen 

Gerätetreiber im Lebenszyklus einer Automatisierungsanlage 

immer größere Bedeutung. Da 

alle Komponenten einer Automatisierungsanlage 

wie Leitsystem (Anzeige- und Bedienkomponenten 

(ABK), prozessnahe Komponenten (PNK) [1]), die Feldgeräte 

und deren Gerätetreiber einer stetigen Weiterentwicklung 

unterliegen, besteht das Risiko von Inkompatibilitäten. 

Deshalb müssen die verschiedenen Versionen der 

Komponenten sorgfältig aufeinander abgestimmt werden. 

In den Feldbus-Spezifikationen wurden Festlegungen für 

die Gerätebeschreibungsversionen in Abhängigkeit von den 

Gerätetreiberversionen getroffen [2]. Diese Festlegungen 

allein reichen jedoch nicht aus. Um genügend Information 

zur Verträglichkeit der verschiedenen Versionen, insbesondere 

in Bezug auf die Leitsystemversionen zu erhalten, 

werden aufwendige Integrationstests beim Leitsystem- und 

Feldgerätehersteller durchgeführt. Die Ergebnisse der Integrationstests 

und die Versionsfortschreibungen aller Komponenten 

lassen sich mittels geeigneter Datenbankstrukturen 

sehr gut in Beziehung zueinander setzen und dem jeweils 

Verantwortlichen einer Lebenszyklusphase zur Verfügung 

stellen. 

Wie sich eine Inkompatibilität auswirkt, verdeutlicht das 

folgende Beispiel. Beim Bau des Gotthard-Basistunnels fällt 

ein Messgerät aus. Ein Servicetechniker tauscht das Gerät 

gegen ein neueres Gerät aus. Am nächsten Tag soll die Bohranlage 

wieder in Betrieb genommen werden, jedoch kann das 

neue Gerät nicht parametriert werden, da der Treiber auf dem 

Leitsystem nicht kompatibel mit dem neuen Gerät ist. Neben 

dem Gerätetausch hätte auch der Gerätetreiber aktualisiert 

werden müssen. Dies ist sicher kein Einzelfall. In der Konsequenz 

geht ein Tag verloren, da der Servicetechniker abermals 

einfahren muss, um den richtigen Treiber zu installieren. 

Bei dem beschriebenen Fall sind mehrere Aspekte zu 

betrachten: 

1 | Wie kann eine Aussage zu der Kompatibilität der 

Gerätetreiber mit der entsprechenden Feldgeräteversion 

getroffen werden? 

2 | Wie kann der Servicetechniker wissen, dass er 

neben dem Tausch des Feldgerätes auch den Gerätetreiber 

aktualisieren muss? 

3 | Wie kann derartige Information auch dem Endanwender 

in anderen Lebenszyklusphasen von Komponenten 

einer Anlage bereitgestellt werden? 

Der Beitrag betrachtet die Aspekte der Kompatibilitäten 

Feldgerät/Gerätetreiber und Gerätetreiber/Automatisierungssystem 

über den Lebenszyklus einer Automatisierungsanlage. 

Aufgrund der Lebensdauer von Automatisierungsanlagen 

in der Prozessindustrie von 15 bis 20 

Jahren spielen diese Gesichtspunkte eine Rolle, um die 

gesamte Anlage während dieses Zeitraums betriebsfähig 

zu halten. Um zu jedem Zeitpunkt Aussagen über 

die Kompatibilität mit minimalem Aufwand tätigen zu 

können, sind mit Hilfe von Asset-Information und deren 

systematischer Verwaltung, entweder seitens der Gerätehersteller 

oder der Anlagenbetreiber, entsprechende 

Dienste zur Verfügung zu stellen. Exemplarisch wird 

anhand vorhandener Asset-Information aufgezeigt, wie 

sich eine Verwaltung der Feldgeräte und Gerätetreiber 

realisieren lässt und welche unterstützenden Dienste 

den Anwendern bezüglich Geräteintegration bereitgestellt 

werden können. 

1. ANFORDERUNGEN DER ANWENDER 

Der steigende Wettbewerbsdruck fordert effizientere 

Anlagen mit hoher Verfügbarkeit, die sich durch einen 

deutlich wachsenden Automatisierungsgrad und damit 

Digitalisierung der Komponenten bemerkbar macht. Die 

Folge: Automatisierungssysteme und die zu integrierenden 

Feldgeräte werden komplexer und unterliegen kürzeren 

Entwicklungszyklen, währenddessen die Anforderung 

an die Lebensdauer einer Anlage bestehen bleibt. 

Der Anlagenlebenszyklus in der Prozessindustrie (siehe 

Bild 1) unterscheidet sich wesentlich von dem der 

Automatisierungssysteme und dem der Feldgeräte. Natürlich 

arbeiten die Automatisierungskomponenten vie- 


10 / 2013 

31

HAUPTBEITRAG 

le Jahre zuverlässig, jedoch werden in der Zwischenzeit 

neue Versionen freigegeben und zur Verfügung gestellt. 

Im Falle eines Austauschs von Altgeräten müssen die 

entsprechenden Treiber nahtlos in das Automatisierungssystem 

integriert werden [11]. Die Koexistenz verschiedener 

Geräteversionen bei einer Anlagenerweiterung 

oder die Sicherstellung von kompatiblen Softwareständen 

über einen längeren Zeitraum bei einer 

neuen Anlage sind ebenfalls zu berücksichtigen. 

Dabei spielen für System- und Gerätehersteller folgende 

Anforderungen der einzelnen Phasen des Anlagenlebenszyklus 

eine Rolle, um jederzeit kompatibel zu sein 

und je nach Bedarf die richtige Asset-Information bereitzustellen. 

Planung und Beschaffung: 

Auswahl der Feldgeräte entsprechend der 

Anlagenanforderungen 

Prüfung der Verfügbarkeit der Feldgeräte 

(Messtechnik und Aktorik), des Automatisierungssystems 

und der benötigten Gerätetreiber 

Installation: 

Feldgeräte werden montiert und angeschlossen 

Gerätetreiber sowie Feldgeräte- und Systemdokumentation 

müssen verfügbar sein 

Inbetriebnahme: 

Feldgeräte werden für den Prozess optimal 

eingestellt 

Feldgeräte und System sind mit Hilfe der 

Geräte treiber in Betrieb zu nehmen 

Betrieb: 

Anlagenverfügbarkeit sicherstellen und erhöhen 

Anlage kann nach Bedarf erweitert werden 

Gerätetreiber sind bei Feldgeräteaustausch 

jederzeit verfügbar und kompatibel 

Feldgerätefehler müssen schnell identifiziert 

und behoben werden 

Wie in Bild 2 dargestellt, sind dem Betreiber einer Anlage 

aus Kosten- und Produktivitätssicht zwei Gesichtspunkte 

wichtig: die Inbetriebnahme und die Instandhaltung 

seiner Anlagenassets. In beiden Fällen möchte er 

die Zeiten minimieren, die er für diese Aufgaben aufwenden 

muss. Dies entspricht der Zielsetzung der NE 105 

[13]. Der Betreiber möchte so schnell wie möglich über 

eine produktivfähige Anlage verfügen (time to market) 

und die Zeiten des Produktionsausfalls während notwendiger 

Wartungsarbeiten möglichst kurz halten. Wesentliche 

Voraussetzung hierfür ist die Information über 

diese Anlagenassets in den zuvor genannten Phasen. 

2. ANLAGEN-ASSETS 

Im Rahmen dieses Beitrags sind die digital kommunizierenden 

Feldgeräte und die zugehörigen Gerätetreiber 

die wesentlichen Assets einer Anlage. 

Ein digital kommunizierendes Feldgerät ist ein über ein 

industrielles digitales Kommunikationssystem (zum Beispiel 

Hart, Wireless-Hart, Foundation Fieldbus H1, Profibus 

PA, Profibus DP, EtherNet/IP) an ein Leitsystem beziehungsweise 

eine SPS angeschlossenes Gerät, das Parameter eines 

technischen Prozesses messen und digital an ein Leitsystem 

oder eine SPS übertragen kann [3]. Ein Feldgerätetyp ist eine 

bestimmte Ausprägung eines Feldgerätes, zum Beispiel ein 

Füllstands-, ein Radar- und Ultraschallmessgerät. Zudem 

können innerhalb eines Messprinzips (zum Beispiel Radar) 

mehrere Feldgerätetypen existieren. Die Funktionalität von 

Feldgeräten wird maßgeblich über eine eingebettete Soft- 

BILD 1: Anlagenlebenszyklus 

32 


10 / 2013

ware dargestellt, die Firmware. Ein Feldgerät hat einen Lebenszyklus 

und somit fallen Firmware-Versionen an. 

Unter Geräterevision verstehen die Autoren die Zusammenfassung 

mehrerer bezüglich der Geräteintegration 

kompatibler Firmware-Versionen. 

Ein Gerätetreiber ist eine im Kontext des Leitsystems 

gehaltene Integrationskomponente (zum Beispiel GSD, 

EDD, DTM), die das Verhalten eines Feldgerätetyps in Betrieb 

und bei Konfiguration beschreibt und somit das Feldgerät 

repräsentiert. Es besteht eine eindeutige Beziehung 

zwischen einem Feldgerätetyp und dessen Gerätetreiber, 

wie in Bild 3 dargestellt. Sowohl ein Gerätetreiber als auch 

ein Leitsystem haben Lebenszyklen und somit ergeben sich 

Gerätetreiberversionen und Leitsystemversionen. 

Feldgerätetypen müssen mit neuen Funktionsmerkmalen 

und Optionen oftmals an die wachsenden Anforderungen 

einer effizienten Anlagenproduktivität oder aufgrund 

von technologischen Fortschreibungen (zum Beispiel 

standardisierte Diagnose gemäß NE 107 [12]) angepasst 

werden. Diese kontinuierliche Innovation führt im 

Lebenszyklus eines Feldgerätetyps zu einer großen Anzahl 

von Firmware-Versionen respektive Geräterevisionen 

[2]. Dabei gehen die Verfasser von ein bis zwei Firmware-Versionen 

innerhalb von zwei Jahren aus. 

Die wesentliche Herausforderung ist also, über den gesamten 

Lebenszyklus einer Anlage – entlang der Lebenszyklen 

der Feldgerätetypen, der Gerätetreiber und des 

Leitsystems – immer den korrekten und optimalen Gerätetreiber 

bezogen auf eine hundertprozentige Anlagenperformance 

im Kontext des Leitsystems bereitzustellen. 

3. KONFIGURATIONSMANAGEMENT 

Bezüglich der Feldgerätetypen und der zugehörigen Gerätetreiber 

wird im Beitrag ein Begriff aus der Softwareentwicklung 

verwendet und deshalb von der Konfiguration 

der Anlagentags in einer Anlage gesprochen. 

Die Antwort auf die zuvor aufgezeigten Herausforderungen 

ist ein Konfigurationsmanagement. 

Eine weitere Dimension dieses Konfigurationsmanagements 

entsteht durch die Tatsache, dass bei Lieferung 

der Feldgerätetypen zum Anlagenbetreiber mehr als eine 

Firmware-Version desselben Feldgerätetyps dort ankommen 

kann (produzierte Instanzen einer Feldgeräteklasse); 

die Feldgerätetypen werden von unterschiedlichen 

Produktionsstandorten des Feldgeräteherstellers oder 

aus Lagern von Ingenieurbüros geliefert, sind Bestandteil 

von Verpackungseinheiten oder wurden zu unterschiedlichen 

Zeitpunkten bestellt [2]. 

Diese Vielfalt im Griff zu behalten ist eine große Herausforderung. 

Sie hat zur Konsequenz, Identifikationsmerkmale 

der jeweiligen Feldgeräteinstanz im Feld (Anlagentag) 

mit denen der Feldgeräteklasse abzugleichen. 

Im Laufe des Lebenszyklus einer Anlage entsteht somit 

in der installierten Basis über alle Komponenten ein 

mehrdimensionales Versions- beziehungsweise Revisionsprofil, 

dargestellt in Bild 4. 

Die Attribute, die einen wesentlichen Bestandteil dieses 

geforderten Konfigurationsmanagements bilden, sind 

abhängig vom digitalen Kommunikationssystem. Bei 

Hart-Kommunikation sind dies zum Beispiel der Feldgerätehersteller, 

der Feldgerätetyp, die Firmware-Version 

respektive die Feldgeräterevision und die Gerätetreiberversion. 

Dies sind Attribute der Hart-Geräteklasse. 

Für ein optimales Tag-bezogenes Konfigurationsmanagement 

sind in der jeweiligen Instanz eines bestimmten 

Anlagen-Tags diese dem Feldbus zuzuordnenden 

Attribute über die Serialisierungsinformation 

des Feldgerätetyps mit den herstellerinternen Produktdaten 

in Beziehung zu setzen [4], zum Beispiel der 

Bestellnummer. 

ABK 

Gerätetreiber 

Version des 

Gerätetreibers 

passt zur 

Geräterevision 

Feldbus 

PNK 

BILD 2: Verlauf der durchschnittlichen 

Investition pro Betriebsmittel über die Zeit 

mit und ohne Asset-Management 

Geräterevision 

Feldgeräte 

BILD 3: Versionen von Treiber und Gerät 


10 / 2013 

33

HAUPTBEITRAG 

Kompatibilitätsbereich 

Firmware 1 Firmware 2 

Kompatibilitätsbereich 

Firmware 3 Firmware 4 

Komp 

BILD 4: Zusammenhang zwischen 

Geräterevisionen und Gerätetreiberversionen 

Geräterevision 1 

Geräterevision 2 

Lebenszyklus Feldgerätetyp (Innovation) 

Lebenszyklus 


Gerätetreiberversion 1 

Gerätetreiberversion 2 

Benutzer 

Plant Asset 

Management 

System 

Datenbanksystem 

Seriennummer 

Gerätetyp 

Firmwareversion 

Treibername 

Treibertyp 

Treiberversion 

ABK Hersteller 

ABK Name 

ABK Version 

Relationen 

Feldgerätetyp 


ABK 

BILD 5: Konfigurationsmanagement 

BILD 6: Device Integration Manager 

Idealerweise sollten die genannten Attribute innerhalb 

einer relationalen Datenbank in Beziehung gesetzt 

werden (siehe Bild 5). Ein Benutzer oder ein technisches 

System, wie ein Plant Asset Management System, 

können strukturierte Abfragen durchführen und Reports 

generieren. 

3.1 Phasen im Anlagenlebenszyklus 

Im Lebenszyklus einer Anlage lassen sich folgende Phasen 

mit Szenarien identifizieren, während derer das 

Konfigurationsmanagement den oben gestellten Anforderungen 

bezüglich der genannten Assets gerecht werden 

muss. 

Engineering 

Anlagenplanung: In der Phase der Anlagenplanung ist es 

wichtig zu wissen, ob für die zu planenden/geplanten 

Anlagenkomponenten Leitsystem, digitales Kommunikationssystem 

sowie Messtechnik und Aktorik entsprechende 

Gerätetreiber zur Verfügung stehen. Schon in dieser 

frühen Phase des Anlagenlebenszyklus kann das Datenbanksystem 

wertvolle Information zur Verfügung stellen. 

Inbetriebnahme 

Erstinbetriebnahme: Idealerweise lässt der Betreiber einer 

Anlage alle kommunizierenden Instanzen der Feldgerätetypen 

in einem Plant Asset Management System 

verwalten. Auf diese Weise sind alle Feldgerätetypen mit 

ihrer jeweiligen Serialisierungsinformation unter einer 

zentralen Nummer, einem Kundenaccount, identifizierbar. 

Es ist nun einfach, mittels des oben erwähnten Datenbanksystems 

ein Paket aller benötigten Gerätetreiber 

zusammenzustellen, das vom Betreiber der Anlage heruntergeladen 

und im Kontext des Leitsystems installiert 

werden kann. Ein solches Vorgehen senkt die Inbetriebnahmekosten 

und die Inbetriebnahmezeit erheblich. 

Anlagenerweiterung: Wir unterscheiden zwei Fälle, 

die Erweiterung um A) denselben Feldgerätetyp oder B) 

um einen neuen Feldgerätetyp. In beiden Fällen sinken 

die Inbetriebnahmekosten und die Inbetriebnahmezeit. 

A | Beim selben Feldgerätetyp ist die Anlagenerweiterung 

oftmals nur auf Basis einer neueren Firmware-Version 

des Feldgerätetyps möglich. Das Plant 

Asset Management System hat Kenntnis über diese 

Erweiterung und eine erneute Anfrage an das Datenbanksystem 

ermittelt die gegebenenfalls fehlenden 

Gerätetreiber zur Anlagenaktualisierung. Vergleichsfunktionen 

für relevante Asset-Information 

bieten zusätzlichen Nutzen. 

B | Hier gelten die Aussagen der Erstinbetriebnahme 

Gerätetausch: Aufgrund der langen Anlagenlaufzeiten 

kann der Fall eintreten, dass bei einem Tausch eines Feldgerätetyps 

der ursprüngliche Feldgerätetyp vom Hersteller 

bereits abgekündigt wurde. In unserem Szenario stünde 

zwar ein aus funktionaler Sicht geeigneter Nachfolger 

zur Verfügung, er hätte jedoch nicht denselben Feldgerätetyp 

wie sein Vorgänger. Auch hier kann das Datenbanksystem 

unterstützen, indem es zum Beispiel bei Profibus 

dem Benutzer Vorschläge über mögliche Feldgerätetypen 

macht, die in der Lage sind, den Vorgänger zu emulieren 

(Profibus Profil 3.02 Funktionalität). Die Inbetriebnahmekosten 

sinken in diesem Szenario, da unter Umständen 

34 


10 / 2013

keine neue GSD installiert werden muss, gleichzeitig aber 

die Information über den aktuellen Gerätetreiber für die 

Konfiguration angeboten wird [5]. 

Instandhaltung 

Fehlerbehebung bei Feldgerätetypen: Eine Elektronikkomponente 

eines Feldgerätetyps muss wegen eines Fehlers 

nach längerer Betriebszeit ausgetauscht werden (siehe 

Einleitung). Die Elektronikkomponente ist zum Beispiel 

mit der aktuellen Firmware-Version des Feldgerätes 

vorkonfiguriert, die gegenüber der Vorgängerversion einen 

Geräterevisionsübergang mit sich bringt. Unter Umständen 

ist der passende Gerätetreiber nicht im System 

vorhanden und der Austausch der Elektronikkomponente 

führt zu einer unerwarteten Ausfallzeit der Anlage 

und damit zu einem Produktivitätsverlust. In diesem 

Szenario kann das Datenbanksystem in Verbindung mit 

der Serialisierungsinformation zur Instanz eine Serviceplanung 

ideal unterstützen. Es kann im Vorfeld die Entscheidung 

getroffen werden, ob die zu ersetzende Elektronikkomponente 

mit der alten Feldgerätefirmware 

vorkonfiguriert wird, oder aber ob der passende Gerätetreiber 

zum Serviceeinsatz mitgebracht und installiert 

wird. Die Ausfallzeit wird auf diese Weise minimiert. 

Funktionserweiterung von Feldgerätetypen: Funktionserweiterungen 

von Feldgerätetypen führen in den 

allermeisten Fällen zu Geräterevisionsübergängen bei 

der Feldgerätefirmware, zum Beispiel infolge von zusätzlichen 

Parametern oder erweiterten Enumerationen. Diese 

oftmals im Sinne einer Steigerung der Anlageneffizienz 

kundenseitig erwünschten Updates lassen sich nun 

hinsichtlich des damit notwendigerweise einhergehenden 

Updates des zugehörigen Gerätetreibers sehr gut 

planen. Die Ausfallzeit einer Anlage wird minimiert. 

Vorausschauende Wartung: Wird ein Plant Asset Management 

System eingesetzt, so lässt sich mit dem Datenbanksystem 

eine vorausschauende Wartung realisieren. 

Es kann ein Wartungsplan oder Wartungsprofil einer 

Anlage erstellt werden, mit Aussagen zu Firmware-Versionen, 

passenden Gerätetreibern und deren Versionen 

oder sogar zu aktualisierten Gerätetreiberversionen, 

deren Verwendung die Anlagenproduktivität steigert. 

Zur Unterstützung der zuvor erwähnten Phasen wird 

ein Datenbanksystem vorgeschlagen. 

3.2 Anforderungen an ein Datenbanksystem 

Ein relationales Datenbanksystem, das den oben geschilderten 

Anforderungen genügt, ist typischerweise webbasiert 

und zudem technologisch offen für webbasierte 

Zugriffe (Webservices). Es bietet kommunikationssystembezogene 

Komplettübersichten über alle Feldgerätetypen 

und deren Firmware-Versionen respektive Geräterevisionen. 

Eine Darstellung der Kompatibilitätsmatrix 

entlang der Historie der Firmware-Versionen bezogen auf 

die Gerätetreiber oder Integrationskomponenten (wie 

GSD, DTM, EDD) ist ebenso selbstverständlich wie der 

schnelle Zugriff auf die Herstellerinformation nach 

NE 53 [6]. Eine komfortable Suchfunktion sowohl auf 

Basis von Geräteinstanzen, also Tag-bezogen, als auch 

Geräteklassen und ein übersichtliches Reporting runden 

das Portfolio ab. 

Zur Optimierung der Inbetriebnahme- und Wartungszeiten 

kann solch ein System in einer weiteren Ausbaustufe 

dem Benutzer in den beschriebenen Szenarien 

gezielt Standard Operating Procedures (SOP) an die 

Hand geben. 

Die Anordnung der notwendigen Attribute in einem 

zentralen, relationalen und Web-basierten Datenbanksystem 

bringt erhebliche Vorteile mit sich. Es lassen sich 

mittels geeigneter SQL-Abfragen nahezu beliebige Datenaggregate 

realisieren. Damit ist es möglich, flexibel 

auf unterschiedliche Fragestellungen eine Antwort zu 

geben. Dabei ist es unerheblich, ob die Abfragen an das 

Datenbanksystem durch einen Benutzer über einen Webclient 

erfolgen oder durch ein technisches System, wie 

zum Beispiel bei einem Plant Asset Management System, 

über Webservices. 

Einer Umfrage des Namur-AK 2.6 Feldbus zufolge ergaben 

sich bei einer Gesamtzahl von 26 untersuchten 

Anlagen bei 18 Anlagen Probleme mit der Geräteintegration 

bei Erstinbetriebnahme [7]. Das beschriebene Konfigurationsmanagement 

mittels eines relationalen Datenbanksystems 

kann einem Großteil der genannten Probleme 

wirksam begegnen. 

3.3 Implementierung des Systems 

Bei Endress+Hauser steht ein Softwarewerkzeug zur 

Verfügung, das alle angesprochenen Szenarien unterstützt. 

Dabei bildet dieser Device Integration Manager 

(siehe Bild 6) den erweiterten Lebenszyklus eines Feldgerätes 

unter Einbeziehung der Entwicklungsphase ab 

[4]. Der Device Integration Manager wird derzeit intern 

genutzt und erprobt. 

Neben der eindeutigen Suchfunktion über Seriennummer 

besteht die Möglichkeit, ein Feldgerät über den 

Suchbaum auszuwählen. Der rechte Teil der Anzeige 

ist zweifach gegliedert, im oberen Teil findet sich die 

Firmware-Historie, im unteren Teil die Gerätetreiberinformation 

beziehungsweise Detailinformation zu den 

Feldgeräten. 

Der obere Teil der Applikation bietet dem Nutzer ein 

komfortables Compatibility Assessment. Entlang der 

Firmware-Historie wird die gerätetreiberrelevante Geräterevision 

zusammen mit einer Kompatibilitätsmatrix 

bezogen auf die jeweilige Integrationskomponente (grüner 

Bereich) dargestellt. Innerhalb des grünen Bereichs 

können die Firmware-Versionen der Feldgeräte variieren, 

ohne dass in der Anlage ein Gerätetreiber-Update nötig 

wäre. Weitere Unterstützung beim Compatibility Assessment 

bietet die als PDF-Dokument verfügbare Manufacturer 

Information nach NE 53 [6]. Für Feldgeräte mit 

Profibus-Kommunikation steht die Information über 

GSD-kompatible Gerätetypen bereit, die beim Feldgerätetausch 

von großer Bedeutung ist. 

AUSBLICK 

Das einwandfreie Zusammenspiel zwischen allen Anlagenkomponenten 

setzt ein Verständnis für die Anforderungen 

der einzelnen Anlagenlebenszyklusphasen voraus. 

Darüber hinaus ist eine aktive Beteiligung der Her- 


10 / 2013 

35

HAUPTBEITRAG 

REFERENZEN 

[1] Urbas, L.: Skript Prozessleittechnik SS 2006, Technische Universität 

Dresden, 2006 

[2] Device Revision and Lifecycle Management Guide, 12.12.2012, 

www.eddl.org 

[3] Wesner, S., Sommer, R.: Geräteintegration – Schlüssel für erfolgreichen 

Feldbuseinsatz. CHEManager, (8/2008), S. 16, 2008 

[4] IEC 65/526/NP: Life-Cycle management for systems and products used 

in industrial-process measurement, control and automation. May 2013 

[5] Diedrich, Ch., Bangemann, Th..: PROFIBUS PA Instrumentation 

Technology for the Process Industry. Oldenbourg Industrieverlag, 2007 

[6] NE 53: Software und Hardware von Feldgeräten und signalverarbeitenden 

Geräten mit Digitalelektronik. Namur 2010 

[7] Pelz, M., Seintsch, S.: Gerätekommunikation im Wandel, atp – Automatisierungstechnische 

Praxis 50(4), S. 52-57, 2008 

[8] Schrieber, R., Wollschlaeger, M., Mühlhause, M., Niemann, J..: 

Kompatibiliät: der zentrale Schlüssel für Nachhaltigkeit. atp – Automatisierungstechnische 

Praxis 37(9), S. 50–57, 2011 

[9] acatech: Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 

4.0, Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0, April 2013 

[10] Früh, K.F., Maier, U., Schaudel, D..: Handbuch der Pro zessautomatisierung, 

Prozessleittechnik für verfahrenstechnische 

Anlagen. München. Oldenbourg 2009 

[11] ZVEI: Life-Cycle-Management für Produkte und Systeme der 

Automation, Frankfurt, 2010 

[12] NE 107: Selbstüberwachung und Diagnose von Feldgeräten. 

Namur 2006 

[13] NE 105: Anforderungen an die Integration von Feldbusgeräten in 

Engineering-Tools für Feldgeräte. Namur 2003 

steller an der Weiterentwicklung von Integrationstechnologien 

unabdingbar [8]. 

Es ist zu vermuten, dass sich die Produktlebenszyklen 

weiter verkürzen werden und damit der Aufwand, jede 

Komponente mit mehreren Softwareversionen kompatibel 

zu halten, rasant steigt. Dadurch ergeben sich häufig ungeplante 

Änderungen im Ablauf der Anlage, weshalb die Beteiligten 

immer schneller und effizienter reagieren müssen. 

Die Umsetzungsempfehlungen der Forschungsunion 

und Acatech für Industrie 4.0 zeigen auf, dass die Bereitstellung 

der richtigen Information zur richtigen Zeit und 

deren Verwaltung eine immer größere Rolle spielen wird 

[9]. Szenarien, in denen Geräte und Systeme automatisch 

alle benötigten Information erhalten oder bei der Inbetriebnahme 

sich selbst konfigurieren, werden immer 

greifbarer. Es stellt sich die Frage, ob dann eine Integration 

im herkömmlichen Sinne [10] noch sinnvoll ist oder 

ob man sich vielmehr auf neuen Technologien basierend 

auf die Industrie 4.0-Anwendungsfälle konzentrieren sollte? 

Der Schlüssel wäre eine zentrale Datenbank, die unter 

anderem Methoden, System-, Gerätefunktionalitäten und 

Anlagenanforderungen miteinander verknüpft und auf 

Anfrage automatisiert bereitstellt. Simulationen aller 

möglichen Szenarien könnten bereits im Vorfeld durchgeführt 

werden und würden die Anwender nicht mehr 

nur zum Reagieren zwingen, sondern ihnen die Durchführung 

vorbeugender Maßnahmen ermöglichen. 

MANUSKRIPTEINGANG 

07.06.2013 

Im Peer-Review-Verfahren begutachtet 

AUTOREN 

Dipl.-Ing. 

GÜNTHER GREDY 

(geb. 1953) ist 

verantwortlich für 

die Entwicklung 

des Device Integration 

Manager 

innerhalb der 

Endress+Hauser 

Process Solutions AG. Er leitet das Test 

& Certification Team der FDT Group. 

Endress+Hauser Process Solutions AG, 

Kägenstraße 2, 4153 Reinach, Schweiz, 

E-Mail: 

guenther.gredy@solutions.endress.com 

Dipl.-Ing. (FH) 

MIRKO BRCIC 

(geb. 1982) ist 

Leiter des Technology 

Managements- 

Integration 

Development 

innerhalb der 

Endress+Hauser 

Process Solutions AG. Sein Arbeitsgebiet 

ist die technische Analyse 

digitaler Kommunikations- und 

Integrationstechnologien für die 

Prozessautomatisierung und deren 

Überführung in die Entwicklung. 



Tel. +41 61 715 73 55, 

E-Mail: mirko.brcic@solutions.endress.com 

Dr.-Ing. JÖRG 

HÄHNICHE 

(geb. 1957) ist 

Leiter der Abteilung 

Development 

and Integration 

Services und 

Mitglied der 

Geschäftsleitung 

der Endress+Hauser Process Solutions 

AG. Seine Hauptarbeitsgebiete sind die 

Geräteintegration in Automatisierungssysteme 

und digitale Kommunikationstechnologien. 



E-Mail: 

joerg.haehniche@solutions.endress.com 

36 


10 / 2013

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PAATP52013 




HAUPTBEITRAG 


-management 

Teil 1: von der Integration mit EDDL und FDT zu FDI 

Gerätemanagement beinhaltet die Integration von intelligenten Feldgeräten und -komponenten 

in der Fertigungs- und Prozessautomatisierung. Die Integration dieser Geräte stellt 

eine große Herausforderung dar. Field Device Integration (FDI) ist eine neue vielversprechende 

Geräteintegrationstechnologie, die sich dieser Aufgabe stellt. Zum einen behandelt 

der Beitrag die heute üblichen Geräteintegrationstechnologien EDDL und FDT. Zum anderen 

wird der aktuelle technische Status von FDI sowie eine aus der Produktentwicklung 

stammende Implementierung vorgestellt, die um FDI erweitert wurde. 

SCHLAGWÖRTER Geräteintegration / Gerätemanagement / EDDL / FDT / FDI 

Device Management and Integration – 

Part 1: From Integration with EDDL and FDT towards FDI 

Device management involves the integration of intelligent field devices in both factory 

and process automation, and this is still a challenge. Field Device Integration is a promising 

new approach. After addressing current device integration by means of EDDL and 

FDT, the technical status regarding FDI is described and a product development implementation 

is presented which has been enhanced by FDI. 

KEYWORDS device integration / device management / EDDL / FDT / FDI 

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HOLGER RACHUT, HERMANN RICHTER, STEFAN RUNDE, RONALD LANGE, 

ALBERT JUSTUS, JÜRGEN FICKER, KARSTEN SCHNEIDER, Siemens 

In Automatisierungssystemen der Fertigungs- und Prozessindustrie 

kommen eine Vielzahl von Feldgeräten – Aktoren 

und Sensoren – von unterschiedlichen Herstellern 

zum Einsatz [1], die wiederum verschiedene Kommunikationsprotokolle 

unterstützen. In der Prozessindustrie 

sind dies überwiegend FF, Hart und Profibus / Profinet. Neben 

der Übertragung der Prozesswerte bilden die Kommunikationsprotokolle 

zudem die Grundlage des Versions-, 

Update- und Statusmanagements für Feldgeräte. Diese zusätzliche 

Information stellt wiederum die Basis für höherwertige 

Anwendungen wie Condition Monitoring und Asset 

Management dar. Um die Funktionen und Anwendungen 

nutzen zu können, sind die Feldgeräte in Supervisory Control 

and Data Acquisition (Scada)-Systeme und Distributed 

Control Systems (DCS) zu integrieren. Für diese Geräteintegration 

sind Gerätemanagement-Werkzeuge verantwortlich. 

Dieser Beitrag über Geräteintegration und -management 

besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil behandelt 

das Thema Geräteintegration – Technologien und Realisierung. 

Der später erscheinende zweite Teil befasst sich 

mit dem Gerätemanagement. 

Die Integration intelligenter und -komponenten in ein 

SCADA-System und PLS stellt eine große Herausforderung 

für Anwender dar. Die Gründe dafür sind die Komplexität 

der Feldgeräte mit zahlreichen und vielfältigen Parametern 

und Funktionen und die unterschiedlichen Geräteintegrationstechnologien. 

Neben verschiedenen Ansätzen im wissenschaftlichen 

Umfeld, werden in der industriellen Praxis 

von Automatisierungssystemen in der Prozessindustrie fast 

ausschließlich die Technologien Electronic Device Description 

Language (EDDL) und Field Device Technology (FDT) 

angewendet – EDDL und FDT unterstützen die genannten 

Kommunikationsprotokolle. Die Geräteintegrationstechnologie 

Field Device Integration (FDI) vereint die Vorteile von 

EDDL und FDT zu einer zukünftigen Lösung. 

1. GRUNDLAGEN HEUTE – EDDL UND FDT 

Die Geräteintegration ist hinsichtlich des Gerätemanagements 

verantwortlich für die semantische Bereitstellung 

der Feldgeräte-Information im Rahmen eines DCS. Es 

bildet die Basis für das Gerätemanagement und stellt 

einen elementaren Bestandteil für den optimierten, automatisierten 

Betrieb einer Anlage dar. Die Integration 

ist zeitaufwendig sowie fehlerbehaftet [1]. Die Hauptbestandteile 

jeder Geräteintegration – unabhängig von 

EDDL und FDT – sind: 

Gerätebeschreibung: Sie dient der Beschreibung der 

notwendigen Information über die Funktion eines 

Feldgerätes; unter anderem anhand von Variablen, 

Methoden, Graphical User Interface (GUI). 

Host: Er bereitet unter anderem die durch die Gerätebeschreibung 

bereitgestellten Information eines 

Feldgerätes für das jeweilige DCS auf. Die weiteren 

Aufgaben eines Host adressieren vor allem das Gerätemanagement, 

das in Teil 2 dieses Beitrags behandelt 

wird. 

Im Zusammenhang mit der Gerätebeschreibung definiert 

FDT sogenannte Device Type Managers (DTM) mit 

Schnittstellen, zum Beispiel für die Kommunikation mit 

einem Feldgerät. Diese DTM werden im Host mit Hilfe 

einer FDT-Rahmenapplikation ausgeführt. Die definierten 

Schnittstellen stellen die Interoperabilität mit dem Host 

sicher, wobei der Feldgerätehersteller nur bedingt Restriktionen 

hinsichtlich der jeweiligen DTM-Implementierung 

hat; zum Beispiel in Bezug auf die Programmiersprache 

und der Gestaltung der GUI [1]. Auf der einen Seite 

erlaubt dieser Ansatz nahezu uneingeschränkte Freiheiten 

in der Gestaltung der GUI. So können untern anderem 

3D-Vektor-Diagramme dargestellt werden. Auf der anderen 

Seite führen diese Freiheiten zu mannigfaltigen GUI 

mit unterschiedlichen Bedienphilosophien, die von der 

Anwenderseite nicht gewünscht sind. In FDT wird versucht, 

dem mit einem Style Guide zu entgegnen. 

Mit Hilfe von EDDL, ebenfalls eine offene und standardisierte 

Gerätebeschreibungssprache, werden textbasierte 

Gerätebeschreibungen erstellt – Electronic Device Descriptions 

(EDD). Die EDD werden von einem EDD-spezifischen 

Interpreter verarbeitet. Der Interpreter ist abstrakt betrach- 


10 / 2013 

39

HAUPTBEITRAG 

tet vergleichbar mit der FDT-Rahmenapplikation. Bei FDT 

ist die Rahmenapplikation jedoch firmenunabhängig zu 

beziehen. Ein EDD-Interpreter kann zum einen firmenspezifisch 

implementiert werden. Zum anderen besteht die 

Möglichkeit ein DTM, dessen Logik über EDDL beschrieben 

ist, mit einer FDT-Rahmenapplikation zu verarbeiten. 

Die EDDL-Sprachelemente sind auf die Geräteintegration 

ausgerichtet – das Look and Feel ist daher einheitlich. Es 

sind jedoch keine 3D-GUI möglich [2]. 

2. GERÄTEINTEGRATION ZUKÜNFTIG – FDI 

2.1 Motivation und Herausforderungen 

aus Anwendersicht 

Sämtliche Aspekte eines Automatisierungssystems müssen 

sich den Zielen eines automatisierten technischen 

Systems unterwerfen (zum Beispiel Produktivitäts- und 

Verfügbarkeitszielen) – so auch die Geräteintegration. [3], 

[4], [5]. Die Installation und Parametrierung der Geräte 

müssen dieses Ziel so gut wie möglich unterstützen – 

auch darf der Tausch eines Feldgerätes und die Inbetriebnahme 

nicht die Qualität des automatisierten technischen 

Prozesses beeinflussen. 

In installierten Automatisierungssystemen werden vor 

allem die Geräteintegrationstechnologien EDDL und FDT 

bei Automatisierungsanwendern und -betreibern eingesetzt 

– nicht selten beide Technologien in einer Anlage. 

Die installierte Basis der Geräte und Softwareanwendungen 

ist groß, Anwender und Betreiber verfügen über 

werthaltiges Know-how. Eine neue, vereinheitlichte 

Technologie zur Geräteintegration muss darum zu EDDL 

beziehungsweise FDT rückwärtskompatibel sein. Damit 

muss eine neue Technologie ebenso eine zuverlässige 

Umstiegslösung für beide Technologien darstellen. Im 

Idealfall ändern die Gerätehersteller jeweils ihre Parametriersoftware 

derart, dass sie sowohl den neuen Ansatz 

also auch die existierenden Technologien unterstützen. 

Das schließt die Forderung nach einem einheitlichen 

Parametrierwerkzeug [6] für alle Feldgeräte ein, 

unabhängig vom Hersteller. Es muss mit allen Geräten 

auf dem Markt funktionieren. Sicher wird es hier auch 

eine gewisse Zeit der Umstellung geben, bis es für alle 

Geräte eine entsprechend neue Beschreibungsdatei geben 

wird. Umso mehr bedarf es der Rückwärtskompatibilität 

der Software. Das heißt beispielsweise, dass der 

jeweilige Host in der Lage sein muss neben dem entsprechenden 

neuen Ansatz ebenfalls „alte“ EDDs beziehungsweise 

DTMs verarbeiten kann. 

Ein weiterer Schritt in Richtung Investitionssicherheit 

ist die Unabhängigkeit von einer Softwareplattform. Der 

Umstieg auf ein anderes Betriebssystem oder das Update 

auf eine neue Betriebssystemversion darf die Geräteintegration 

nicht behindern. 

EDDL und FDT unterscheiden sich hinsichtlich der Bedienphilosophie. 

Aus Anwendersicht besteht jedoch die 

Forderung nach einer einheitlichen Bedienoberfläche über 

alle Werkzeuge für Geräteintegration und -management 

hinweg [6]. Hier sind die Werkzeug- und Gerätehersteller 

hisnsichtlich einer einheitlichen Bedienphilosophie gefordert. 

Die darin befindlichen Teile müssen nach einem 

einheitlichen Bedienkonzept entwickelt werden, um die 

gewünschte Austauschbarkeit der Geräte zu garantieren. 

Die Ansätze EDDL und FDT zur Geräteintegration unterscheiden 

sich neben der Bedienphilosophie auch 

grundlegend in anderen Aspekten; zum Beispiel hinsichtlich 

des Basiskonzepts (siehe Abschnitt 1). Diese 

Unterschiede sind aus Sicht des Anwenders ungünstig, 

Betreiber und Anwender sind für beide Technologien zu 

schulen. Zusätzlich erhöht sich die Komplexität in einem 

Automatisierungssystem, wenn EDDL und FDT gemeinsam 

eingesetzt werden. Nicht zuletzt muss die Auswahl 

eines Feldgerätes grundsätzlich unabhängig von der Geräteintegrationstechnologie 

und dem Systemumfeld/ 

DCS erfolgen können – dies ist seit Jahren eine Forderung 

der Anwender. In der Praxis ist dies noch lange nicht der 

Fall. Aus diesem Grund gaben das EDDL Cooperation 

Team (ECT) und die FDT Group im April 2007 eine Vereinbarung 

über die Entwicklung einer einheitlichen Lösung 

für die Field Device Integration (FDI) bekannt [7]. 

Die Geräteintegrationstechnologie FDI – für Automatisierungssysteme 

und Feldbusse der Fertigungs- und 

Prozessindustrie – verfolgt zur Vereinheitlichung nicht 

den Ansatz, EDDL und FDT aufzuaddieren, was im Wesentlichen 

einem Nebeneinanderstellen der Technologien 

entspricht. Dies ist bereits ohne zusätzliche Spezifikationsarbeiten 

möglich und wird von Lösungen umgesetzt, 

wie zum Beispiel DTM, dessen Logik über EDDL 

beschrieben ist. FDI verfolgt einen synergetischen Ansatz 

der Konzepte von EDDL und FDT. Dadurch bietet 

FDI auch Möglichkeiten, die heute weder von EDDL noch 

von FDT alleine angeboten werden können. Die erwähnten 

Forderungen der Anwender lassen sich erstmals vollständig 

erfüllen, worauf im folgenden Abschnitt zu Konzept 

und Realisierung Bezug genommen wird [8]. 

2.2 FDI-Basiskonzept 

Das FDI-Basiskonzept definiert die zentrale Komponente 

FDI Device Package sowie den FDI Host. FDI Device 

Packages werden vom Gerätehersteller erstellt und zertifiziert. 

Sie enthalten die Information, die für eine Geräteintegration 

notwendig ist, wie in Bild 1 gezeigt. 

Die Device Definition (Def) des FDI Device Package 

umfasst Verwaltungsinformation sowie das Gerätemodell. 

Die Konsistenzsicherung dieses Modells und die 

Kommunikationslogik zum Gerät erfolgt über die Business 

Logic (BL). Die Beschreibung der Präsentation der 

Geräteparameter und Gerätefunktionen übernimmt die 

User Interface Description (UID). Diese Bestandteile 

sind mit EDDL nach IEC 61804-3 zu beschreiben, wobei 

der UID-Teil verpflichtend zu beschreiben ist. Dazu 

werden die unterschiedlichen EDDL-Dialekte harmonisiert 

[9] – EDDL und ihre Harmonisierung nehmen 

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10 / 2013

die zentrale Rolle in FDI im Allgemeinen und im FDI 

Device Package im Speziellen ein. Zusätzlich können 

Oberflächenanteile als programmierte Komponenten 

– User Interface Plugin (UIP) – integriert werden, deren 

Basiskonzept dem FDT-Konzept nach IEC 62453 entspricht. 

Der FDI Host (Bild 2) besteht vor allem aus FDI 

Server und FDI Client – die Robustheit und Sicherheit 

des FDI-Konzepts wird durch eine klare Trennung der 

Systemkomponenten erreicht. 

Mittels FDI Server werden FDI Device Packages importiert. 

Die Device Definition und Business Logic eines FDI 

Device Package werden über die EDD Engine ausgeführt, 

die auch als EDD Interpreter bezeichnet wird. Die programmierten 

UIP werden vom Server nur verwaltet, jedoch 

nicht ausgeführt. Sie werden auf Anfrage von Clients 

zu diesen transferiert. Ein FDI Client realisiert die 

Schnittstelle zum Anwender. Das Client-Server-Konzept 

erlaubt dabei die Verteilung der Clients auf verschiedene 

Rechner und den koordinierten und autorisierten Zugriff 

mehrerer Clients auf das gemeinsame Informationsmodell. 

Clients führen die User Interface Descriptions über 

einen Interpreter sowie die UIP aus, um dem Anwender 

die Geräteparametrierung, Diagnose, Prozessvariablen 

und Gerätefunktionen anzubieten. Dabei interagieren 

Clients nicht direkt mit dem Gerät sondern über das Informationsmodell 

(zum Beispiel basierend auf OPC UA) 

des FDI Servers. So kommunizieren FDI Clients nur über 

den FDI Server mit den Geräten. 

Da sich Clients beim Server authentifizieren müssen, 

lässt sich erreichen, dass nur zugelassene Clients Zugriff 

bekommen. Sie haben zudem nur lesenden Zugriff auf 

bestimmte Teile des Informationsmodells des Servers. 

Eine weitere Sichereitsfunktionalität ist die Rechtekonfiguration 

der Clients, wodurch ein unautorisierter Zugriff 

auf Betriebsfunktionen verhindert wird. Bei Modifikationen 

der Daten durch Clients wird die Konsistenz 

des Gerätemodells durch die im FDI Server verfügbare 

Business Logic sichergestellt. In diesem Zusammenhang 

ist auch darauf hinzuweisen, dass die in der UID des FDI 

Device Packages beschriebene Anwenderpräsentation der 

Geräteparameter im FDI Server vorverarbeitet wird. Für 

die Darstellung am Client werden vom FDI Server Beschreibungen 

erzeugt, die nur noch die für die Anzeige 

erforderliche Information erhalten. Somit ist auf Client- 

Seite keine EDD Engine nötig. UIP werden im FDI Client 

zum Ablauf gebracht. Dabei hat ein UIP nur definierte 

Schnittstellen zur Verfügung, über die es auf die Client- 

Umgebung zugreifen kann. Somit kann ein UIP nicht 

direkt mit dem FDI-Server kommunizieren, sondern nur 

Aufträge an den Client weitergeben. Dadurch wird eine 

definierte Ablaufumgebung (Sandbox) erzeugt, über die 

die Ausführung der Plug-ins kontrolliert werden kann. 

Die Architektur ist dabei Bus-neutral und durch zusätzliche 

Protokollabbildungen erweiterbar – aktuell 

werden in FDI konkrete Abbildungen für die Protokolle 

Profibus/Profinet, Hart und FF definiert. Dafür können 

rein deskriptive und programmierte Erweiterungen, 

Communication Server, verwendet werden. Selbst beim 

Communication Server (sein Einsatz ist optional) entscheidet 

der FDI Server, wann und welche Daten zum 

Gerät übertragen werden – dieser Aspekt wirkt sich positiv 

auf die Robustheit aus. Insbesondere in Multi-Client-Umgebungen 

werden so eine gegenseitige Beeinflussung 

sowie Überlastsituationen vermieden. 

Die FDI-Architektur bietet Möglichkeiten, die Anforderungen 

der Anwender besser zu erfüllen, als bisher. 

Neben der funktionalen Gleichwertigkeit zu EDDL und 

FDT hat FDI noch zusätzliche Eigenschaften, die von den 

bisherigen Geräteintegrationstechnologien nicht angeboten 

werden. Dabei handelt es sich beispielsweise um 

die skalierbare Nutzung von deskriptiven und programmierten 

Anteilen unter Beibehaltung der Plattformunabhängigkeit 

und ein Erweiterungskonzept für zusätzliche 

Kommunikationsprotokolle [8]. 

FDI Client 

FDI Package 

FDI Device Package 

EDDL 

encoded 

file format 

Def BL UID 

Electronic Device 

Description 

Language 

(EDDL) 

UIP 

User 

Interface 

Plugin 

(mandatory) 

Windows 

Presentation 

Foundation 

(WPF) 

Attachments 

Manuals 

Certificates 

Protocol-specific 

files (GSD/ML/etc.) 

UID Interpreter 

User 

Interface 

Description 

User 

Interface 

Plug-in 

FDI Server 

Device Object 

Device Object 

Device Object 

System Communication Hardware 

EDD Interpreter 

Device 

Definition 

Business 

Logic 

Communication 

Server 

BILD 1: FDI Device Package 

BILD 2: FDI Host 


10 / 2013 

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HAUPTBEITRAG 

2.3 Realisierung und Varianten 

Die geforderte Plattformunabhängigkeit wird von FDI in 

mehrfacher Hinsicht adressiert. So basieren wesentliche 

Teile des Geräteintegrationskonzepts auf EDDL, welche 

als Beschreibungstechnik plattformunabhängig ist und 

die Langzeitverfügbarkeit ihrer Geräteintegrationen bereits 

bewiesen hat. Da UIP lediglich optionale Bestandteile 

sind, kann ein Gerätehersteller ein FDI Device Package 

nur mit diesen deskriptiven Mitteln erstellen. 

In einem FDI Server werden ausschließlich die deskriptiven 

Anteile eines FDI Device Packages zum Ablauf 

gebracht. Die UIP werden vom Server nur verwaltet 

und an die Clients verteilt. Für diese UIP sind die Anforderungen 

genauer zu betrachten: Programmierte 

Komponenten sind immer abhängig von einer Basistechnologie, 

deren Weiterentwicklung nicht durch die Automatisierungshersteller 

beeinflusst wird. Für die Realisierung 

der UIP wird die .net-Technologie von Microsoft 

verwendet. Diese Technologie ist auf allen aktuellen 

PC-basierten Windows-Versionen vorhanden. Sie nutzt 

eine Zwischensprache (intermediate language), sodass 

eine einmal erstellte und in die Zwischensprache übersetzte 

.net-Komponente auf allen Windows-Versionen 

lauffähig ist. Die Abstraktion zum Betriebssystem wird 

über die .net-Laufzeitumgebung sichergestellt. 

Das FDI-Konzept stützt sich nicht darauf, dass .net 

auch für Nicht-Windows-Systeme angeboten wird. Stattdessen 

spezifiziert FDI die Nutzung von Varianten der 

UIP. Die verschiedenen Varianten eines UIP können sich 

dabei in dem unterstützten Betriebssystem und in der 

unterstützten Client-Umgebung unterscheiden. So kann 

es eine Variante für die Nutzung auf einem PC, eine 

andere für die Nutzung auf einem Handheld geben. 

Mehrere Varianten eines User Interface Plug-ins können 

in einem FDI Device Package geliefert werden. Ein FDI 

Client lädt nur die Variante vom FDI Server, die für seine 

Ablaufumgebung am besten geeignet ist. Wenn ein 

Hersteller die Geräteparameter und Gerätefunktionen 

über UID im FDI Device Package zur Verfügung stellt 

und die UIP vor allem für spezialisierte Darstellungen 

und Komfortfunktionen nutzt, kann ein FDI Device Package 

nichtsdestotrotz sinnvoll eingesetzt werden, zum 

Beispiel wenn in einem FDI Client keine der UIP-Varianten 

zum Ablauf gebracht werden kann oder aus bestimmten 

Gründen nicht ausgeführt werden soll. 

Ausgehend von den genannten Gründen fordern Namur 

und WIB die User Interface Description (UID) – basierend 

auf EDDL – als verpflichtenden Anteil des FDI 

Device Packages. Dies bedeutet, dass beispielsweise die 

Inbetriebnahme eines Gerätes ausschließlich über diese 

deskriptiven Oberflächeanteile eines FDI Device Packages 

möglich ist. So ist die Rückwärtskompatibilität 

mit bestehenden EDD gegeben und somit der Schutz der 

Investition gewährleistet. 

Die FDI Cooperation entwickelt Software-Werkzeuge 

und Komponenten, die unter anderem der Validierung 

der erarbeiteten FDI-Spezifikationen (IEC 62769 – Field 

Device Integration) dienen. Diese werden über die beteiligten 

Nutzerorganisationen zur Verfügung gestellt. 

Zu diesen Software-Erzeugnissen zählt eine integrierte 

Entwicklungsumgebung (IDE), die es dem Gerätehersteller 

ermöglicht, FDI Device Packages zu erstellen. Die IDE umfasst 

dabei die Packetierung der einzelnen Device-Package- 

Bestandteile, die Erstellung der Kataloginformation und 

Tokenizer, die die EDD semantisch prüfen und die textuelle 

Darstellung in eine maschinell besser auswertbare 

Form überführen. Für die Erstellung der UIP im Kontext 

der IDE wird eine .net Library zur Verfügung gestellt. Diese 

Library ermöglicht eine optimale Integration in gängige 

Entwicklungswerkzeuge wie Microsoft Visual Studio. Angefangen 

von Editierhilfen wie Intellisense über Online 

Hilfe bis hin zu out-of-the-box Lösungen für asynchrone 

Nutzung der FDI-Interfaces stehen dem Entwickler damit 

sofort zur Verfügung. Die IDE beinhaltet zudem einen Reference 

Host, das heißt eine beispielhafte Implementierung 

eines FDI-Host-Systems. Damit lassen sich FDI Device Packages 

direkt innerhalb der Entwicklungsumgebung testen. 

Für die Systemhersteller werden Komponenten für die 

mögliche Nutzung im Host-System zur Verfügung gestellt. 

Zu diesen Komponenten zählen die EDD Engine 

und die UI Engine bestehend aus UID Renderer und UIP- 

Hosting-Komponente. Ein wichtiges Software-Designprinzip 

ist dabei die Unabhängigkeit dieser Komponenten 

voneinander. Systemhersteller stehen damit nicht 

vor einer „Alles-oder-Nichts“-Entscheidung, sondern 

können dediziert evaluieren, welche der FDI-Komponenten 

ihre bestehenden Systeme ergänzen können. 

Das vorgestellte FDI-Basiskonzept (siehe Abschnitt 2.1) 

erlaubt verschiedene Implementierungsvarianten, die 

nach den Spezifikationen zertifiziert werden können: 

Ein FDI Host (Single User) wird auf einem Gerät wie 

einem Notebook, installiert. Nur ein Benutzer kann 

zu einer Zeit mit diesem Host arbeiten. Beispiele 

sind Device Tools, Stand-alone Device-Management- 

Applications und Handheld Devices. 

Ein FDI Host (Multi User) wird auf einem Gerät aber 

potenziell auch auf mehreren Geräten installiert (zum 

Beispiel Client-Server-Architektur). Mehrere Benutzer 

können zur gleichen Zeit mit diesem Host arbeiten. 

Gleichzeitiger Zugriff auf Gerätedaten und Benutzeroberflächen 

gehört zum regulären Benutzungsmodell 

für diese Art von Hosts. Beispiele sind Distributed 

Host Systems und Asset Management Systems. 

Ein FDI Host/OPC UA (Multi User) kann zusätzlich 

die FDI Information Model Facet unterstützen. In 

diesem Fall unterstützt der FDI Host OPC UA als 

Kommunikationsmechanismus und bietet darüber 

das Informationsmodell an. 

Ein FDI Client (OPC UA) ist eine Client-Applikation, 

die getrennt von einem Distributed Control System 

(DCS) angeboten wird und typischerweise auch von 

einem anderen Hersteller. Der FDI Client (OPC UA) 

erfordert einen FDI Host, der die oben angeführte 

FDI Information Model Facet unterstützt. 

42 


10 / 2013

AUTOREN 

Dipl.-Ing. HOLGER RACHUT (geb. 1957) ist seit 2000 

im Produktmanagement für das Prozessleitsystem 

Simatic PCS 7 in der Siemens AG tätig. Nach der 

Ausbildung zum Betriebs- Mess- und Regelungstechniker 

studierte er an der Otto-von-Guericke- 

Universität Magdeburg Automatisierungstechnik 

und technische Kybernetik. Im Produktmanagement 

ist er zuständig für die Themen Feldgeräteintegration/Diagnose 

und Assetmanagement. 

Siemens AG, 

Östliche Rheinbrückenstraße 50, 

D-76187 Karlsruhe, 

Tel. +49 (0) 721 595 65 56, 

E-Mail: holger.rachut@siemens.com 

Dipl.-Ing. HERMANN RICHTER (geb. 1954) ist im 

globalen Produktmanagement der Prozessleittechnik 

in der Siemens AG tätig. Nach seinem Studium 

der Elektrotechnik an der Technischen Universität 

München arbeitete er bei Siemens in unterschiedlichen 

Funktionen und Regionen im Umfeld der 

Industrieautomation. Im Produktmanagement für 

das Prozessleitsystem Simatic PCS 7 leitet er die 

Fachgruppe System Hardware. 

Siemens AG, 



Tel. +49 (0) 721 595 68 74, 

E-Mail: hermann.richter@siemens.com 

Dr.-Ing. STEFAN RUNDE (geb. 1980) ist in der 

Vorfeldentwicklung des Sektors Industry der 

Siemens AG seit 2010 Projektleiter für das Thema 

Future DCS Architecture und seit 2012 zudem 

Programm Manager für das Themenfeld PC-based 

Architecture. Nach der Ausbildung zum Energieelektroniker 

studierte er Elektro- und Informationstechnik 

an der FH Hannover und promovierte 

an der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg. 

Aktuelle Schwerpunkte seiner Arbeit sind die 

Verbesserung von Engineering und Architekturen 

im Umfeld von Scada und DCS. 

Siemens AG, 



Tel. +49 (0) 721 595 79 77, 

E-Mail: stefan.runde@siemens.com 

Dipl.-Inf. RONALD LANGE (geb. 1965) ist seit 1989 in der 

Siemens AG tätig. Er studierte Informatik an der Universität 

Erlangen. Seit 1995 liegt sein Arbeitsschwerpunkt in der 

Systemarchitektur der Automatisierungssysteme. Aktuelle 

Arbeiten sind dabei die Geräteintegration in Engineeringsysteme 

sowie die Architektur des TIA-Portals. 

Siemens AG, 

Gleiwitzer Straße 555, D-90475 Nürnberg, 

Tel. +49 (0) 911 895 26 89, 

E-Mail: lange.ronald@siemens.com 

Dipl.-Ing. ALBERT JUSTUS (geb. 1960) arbeitet seit 2008 im 

globalen Produktmanagement im Bereich der Prozessinstrumentierung 

mit den Schwerpunkten Geräteintegration und 

Kommunikation. Nach seinem Studium an der Fachhochschule 

Bielefeld begann er 1987 seine berufliche Laufbahn als Ingenieur 

bei der Siemens AG. Er war mehrere Jahre als Inbetriebsetzer 

und Projektleiter im In- und Ausland tätig. 

Siemens AG, 

Östliche Rheinbrückenstraße 50, D-76187 Karlsruhe, 

Tel. +49 (0) 721 595 51 08, 

E-Mail: albert.justus@siemens.com 

Dr. JÜRGEN FICKER (geb. 1971) ist seit 2012 im globalen 

Produktmanagement der Prozessinstrumentierung in der 

Siemens AG tätig. Nach seinem Physikstudium an der Friedrich-Alexander-Universität 

Erlangen-Nürnberg promovierte er 

im Rahmen einer Industriepromotion an der technischen 

Universität Darmstadt in Zusammenarbeit mit Siemens. Im 

Produktmanagement beschäftigt er sich mit fachübergreifenden 

Themen der Prozessinstrumentierung aus Sicht des Marktes. 

Siemens AG, 

Östliche Rheinbrückenstraße 50, D-76187 Karlsruhe, 

Tel. +49 (0) 721 595 35 22, 

E-Mail: juergen.ficker@siemens.com 

Dipl.-Ing. KARSTEN SCHNEIDER (geb. 1969) absolvierte das 

Studium der Elektrotechnik an der Friedrich-Alexander-Universität 

Erlangen-Nürnberg. Vor mehr als 15 Jahren startete er 

bei der Siemens AG in der zentralen Forschung und Entwicklung. 

Seitdem war er dort in verschiedenen Tätigkeitsfeldern 

beschäftigt. Im April 2012 wurde er in den Vorstand der 

Profibus Nutzerorganisation e.V. gewählt. 

Siemens AG; 

Gleiwitzer Straßse 555, D-90475 Nürnberg, 

Tel. +49 (0) 911 895 43 21, 

E-Mail: karsten.schneider@siemens.com 


10 / 2013 

43

HAUPTBEITRAG 

REFERENZEN 

Ein FDI-Host (Single User) und FDI-Host (Multi User) 

– mit oder ohne OPC UA – kann eine FDI-Communication-Server-Facet 

anbieten. In diesem Fall unterstützt 

der Host die Anbindung von FDI Communication 

Servern. 

Ein FDI Communication Server wird genutzt, um Kommunikationshardware 

an ein Kommunikationsnetzwerk 

anzuschließen (Network Entry Point). FDI Communication 

Server werden über FDI Communication Packages 

integriert. Die eigentliche Treibersoftware wird aber separat 

installiert oder ist direkt in die Kommunikationshardware 

integriert. Der FDI Communication Server 

erfordert einen FDI Host, der die oben angeführte FDI 

Communication Server Facet unterstützt. 

3. FDI-REALISIERUNG MIT SIMATIC PDM 

Der Simatic Process Device Manager (Simatic PDM) von 

Siemens ist ein universelles, herstellerneutrales Werkzeug 

zur Projektierung, Parametrierung, Inbetriebsetzung, 

Diagnose und Wartung von intelligenten Feldgeräten. 

Kernfunktionen von Simatic PDM sind unter anderem 

das Einstellen und Ändern von Geräteparametern, 

das Vergleichen (zum Beispiel von Projekt- und Gerätedaten) 

sowie Inbetriebsetzungsfunktionen (wie Messkreistests 

von Gerätedaten). Hinsichtlich der Unterstützung 

der Betriebsführung sind Funktionen wie die einheitliche 

Darstellung/Bedienung von Geräten sowie die 

Darstellung von Diagnoseinformationen zu nennen. Diese 

und weitere Funktionen werden im zweiten Beitragsteil 

mit dem Schwerpunkt Gerätemanagement behandelt. 

[1] Grossmann, D., Bender, K., Danzer, B.: OPC UA based Field Device 

Integration. In: Proc. SICE Annual Conference, S. 933 – 938., 2008 

[2] Mahnke, W., Gössling, A., Graube, M., Urbas, L.: Information Modeling for 

Middleware in Automation. In: Proc. 16th IEEE Int. Conf. Emerging Technologies 

and Factory Automation (ETFA’11), S. 1-8. IEEE 2011 

[3] NE 91: Anforderungen an Systeme für Anlagennahes Asset Management. 

Namur, November 2001 

[4] NE 105: Anforderungen an die Integration von Feldbus-Geräten in 

Engineering-Tools für Feldgeräte. Namur, September 2008 

[5] NE 121: Qualitätssicherung leittechnischer Systeme. Namur, September 2008. 

[6] Pelz, M., Seintsch, S.: Gerätekommunikation im Wandel. 

In: atp – Automatisierungstechnische Praxis 50(4), S. 52 –57, 2008 

[7] Kumpfmüller, H.G.: Standard für Feldgeräteintegation. 

In: atp – Automatisierungstechnische Praxis 51(8), S. 10, 2009 

[8] Kumpfmüller, H.G, Lange, R.: FDI Device Integration – Best of both worlds. 

In: atp – Automatisierungstechnische Praxis 52(6), S. 16 –19, 2010 

[9] Grossmann, D, John, D., Laubenstein, A.: EDDL Harmonisierung. 

In: atp – Automatisierungstechnische Praxis 51(10/11), S. 6 – 14, 2009 

[10] IEC 62769: Field Device Integration. 2013 

Simatic PDM basiert auf der Geräteintegrationstechnologie 

EDD. Es unterstützt alle mit Hilfe von EDDL – inklusive 

der verschiedenen Dialekte (siehe Abschnitt 2.1) – beschriebenen 

Geräte. Es ist zudem die Richtlinie der etablierten 

Organisationen Profibus & Profinet International 

(PI), Hart Communication Foundation (HCF) und Fieldbus 

Foundation (FF). Mehrere tausend Geräte von über 200 Herstellern 

lassen sich damit beschreiben. Bisher noch nicht 

unterstützte Geräte können durch den Import ihrer Gerätebeschreibungen 

(EDD) in Simatic PDM integriert werden. 

Hinsichtlich der FDI-Realisierung mit Simatic PDM ist 

weiterhin EDDL mit dem gewohnten Komfort unter Bersückichtigung 

der Herausforderung Investitionsschutz zu 

unterstützen. Darüberhinaus ist unter dem Aspekt Innovation 

künftig auf FDI zu setzen – dazu sind die FDI Device 

Packages zu verarbeiten. Es wird angestrebt, dass mit 

EDDL vertraute Anwender möglichst ohne Umgewöhnung 

FDI nutzen können. So soll dahingehend beispielsweise 

die vertraute Usability wird nicht gestört werden – unter 

Berücksichtigung des geforderten minimierten Aufwands 

für Schulungen ein nicht zu vernachlässigendes Argument 

(siehe Abschnitt 2). 

Ausgehend von der EDDL-Basis unterstützt Simatic 

PDM ebenfalls die harmonisierte EDDL – auch unabhängig 

von FDI. Somit ist Simatic PDM vorbereitet, FDI Device 

Packages in FDI zu unterstützen. Unter Berücksichtigung 

des aktuellen Status von FDI wurde in der Produktentwicklung 

ein um FDI erweiterter Stand von Simatic 

PDM entwickelt. Dieser ist um entsprechende 

Funktionen ergänzt worden und erlaubt es, verschiedene 

Feldgräte auf Basis von FDI einzubinden – unter anderem 

mit UIP (siehe Abschnitt 2.1) 

ZUSAMMENFASSUNG 

Die Geräteintegrationstechnologie FDI – grundsätzlich 

für Automatisierungssysteme und Feldbusse der Fertigungs- 

und Prozessindustrie – verfolgt zur Vereinheitlichung 

nicht den Ansatz, EDDL und FDT einfach aufzuaddieren. 

FDI strebt einen synergetischen Ansatz der 

Konzepte von EDDL und FDT an, wobei EDDL eine entscheidende 

Rolle zukommt. FDI erfüllt die Forderungen 

der Anwender, zum Beispiel eine einheitliche Usability. 

Darüber hinaus sichert es EDDL-basierte Investitionen in 

bestehenden Anlagen. Siemens zeige auf der Namur- 

Hauptversammlung anhand des verbreiteten Gerätemanagement-Werkzeugs 

Simatic PDM und unter Berücksichtigung 

des aktuellen Status von FDI einen um FDI erweiterten 

Stand aus der Produktentwicklung. Dieser um FDI 

erweiterte Stand aus der Produktentwicklung von Simatic 

PDM erlaubt die Einbindung verschiedener Feldgräte 

auf Basis von FDI. SIMATIC PDM wird wie gefordert in 

der Lage sein, neben den neuen FDI Device Packeges in 

FDI auch parallel dazu weiterhin „alte“ EDDs bzw. DTMs 

zu verarbeiten. 


10.06.2013 


44 


10 / 2013

Wissenschaftlich 

fundierte Beiträge zur 

Anlagensicherheit 

Safety in der Praxis 

Die Automatisierungstechnik wird durch neue Forschungen und Entwicklungen 

bestimmt. Damit Ingenieure fit für ihren Job sind und die aktuellen Trends in der 

Automatisierungstechnik schnell und praktisch zur Hand haben, hat die Zeitschrift 

„atp edition – Automatisierungstechnische Praxis“ die Buchreihe „atp kompakt“ 

etabliert. Daraus erscheint der mittlerweile sechste Band: „Safety in der Praxis“. 



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___Ex. 

Safety in der Praxis 

1. Auflage 2014 – ISBN: 978-3-8356-7115-7 für € 59,– (zzgl. Versand) 





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PAATP62013 




HAUPTBEITRAG 

Geräteintegration 

in AT-Systeme 

Bestandsaufnahme und Ausblick 

Automatisierungsgeräte sind nicht länger nur Peripherie der Leitsysteme, sondern auch 

integrale Systembestandteile. Damit steigt die zu erbringende Integrationsleistung. Die 

Bedeutung lässt sich an den entsprechenden Anstrengungen der Systemanbieter ablesen. 

Gerätebeschreibungen, Proxy-Funktionsbausteine, Diagnosestrategien und Feldbusprofile 

sind Technologien, die gemeinschaftlich für eine vertiefte Integration stehen. Zusätzlich 

sind diese im gesamten Lebenszyklus der Anlage zu betrachten. Nur aufeinander abgestimmte 

Integrationsmodelle und -methoden, in Verbindung mit zueinander passenden 

Technologien, führen zu Ergebnissen, die die Anwender befriedigen. In diesem Beitrag 

werden die Vielschichtigkeit und Lösungsansätze zusammengetragen und bewertet. Besondere 

Herausforderungen werden genannt. 

SCHLAGWÖRTER Geräteintegration / Gerätemodell / AT-Systemarchitektur / Proxy- 

Funktionsbausteine 

Device Integration in Automation Systems – 

State of the Art and Future Prospects 

Automation devices are no longer peripheral components of control systems but are integral 

parts of the system. The integration demands are increasing. This becomes apparent 

for the activities of main system providers. Device descriptions, proxy function blocks, 

diagnosis strategies and fieldbus profiles are technologies which stand for deep integration. 

Additionally, they are relevant for the overall life cycle of the plant. Only consistent 

integration models and integration methods together with suitable technologies lead to 

satisfactory benefits for the end users. The multiple facets of existing approaches are reported 

and assessed. Recommendations are made for future developments. 

KEYWORDS device integration / device model / system architecture for automation / proxy 

function blocks 

46 


10 / 2013

CHRISTIAN DIEDRICH, THOMAS HADLICH, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg 

Geräteintegration wird oft mit dem Thema der 

Gerätebeschreibungstechniken EDD, FDT und 

FDI gleichgesetzt. Dies deckt vor allem die 

Inbetriebnahme und den Service für ein AT- 

Gerät ab. Im Allgemeinen muss ein AT-Gerät 

jedoch mit dem Automatisierungssystem und übergeordneten 

Ebenen der Unternehmens-IT-Struktur (MES/ 

ERP) integriert werden. Damit dies in ausreichender 

Tiefe gelingt, muss eine Vielzahl von Teilaspekten so 

gelöst werden, dass die Komponenten, die das System 

bilden, kompatibel zueinander sind beziehungsweise 

miteinander interoperieren können. In diesem Beitrag 

werden ausschließlich Geräte mit digitaler Informationsverarbeitung 

betrachtet. Für diese Geräte muss bei 

allen kooperierenden Systemkomponenten ein gemeinsames 

Verständnis der verwendeten Daten und Kommunikationssysteme 

sowie der Anwendungsfunktionen 

vorliegen. 

Die technologische Basis für die verschiedenen Integrationen 

wird gebildet durch: 

Beschreibungssprachen 

Objekt- und Informationsmodelle 

Schnittstellenfunktionen 

Datensemantik 

Funktionsabstraktion 

Die Diskussion in diesem Beitrag stellt die Integrationsaufgaben 

der Geräte in Bezug zum Lebenszyklus 

der Anlagen detaillierter dar. Bild 1 zeigt einen Querschnitt 

an Aufgaben im Lebenszyklus, in dem Integrationsaufgaben 

zu lösen sind. Integrationsaufgaben 

basieren oft auf Normen, da nur dadurch ein gleiches 

Verständnis sowie kompatible und interoperable 

Schnittstellen für die Integration geschaffen werden 

können. Um die Vielfalt der zu behandelnden Aspekte 

darzustellen, werden die Normen beispielhaft und 

stellvertretend für Technologien betrachtet. Querschnittsthemen, 

wie Security und Safety sind intrinsisch 

zu betrachten, werden aber nur am Rande erwähnt. 

1. MODELL DES ZU INTEGRIERENDEN GERÄTES 

Integration bezeichnet den Zusammenschluss zu Einheiten 

beziehungsweise die Bildung übergeordneter 

Ganzheiten [1]. Charakteristisch für die Integration ist, 

dass die Teilsysteme erhalten bleiben und dass diese 

Teilsysteme in Wechselwirkung stehen. Zusammen entsteht 

etwas Neues. Es gibt sehr viele Integrationsaspekte, 

beispielsweise: 

Daten-, Funktions-, Struktur-, Prozessintegration 

Vertikale und horizontale Integration 

Lebenszyklusintegration 

In diesem Beitrag wird die Integration von Automatisierungsgeräten 

(AT-Geräten) betrachtet, insbesondere von 

Feldgeräten. Dabei liegt folgendes Gerätemodell zugrunde 

(Bild 2). Ein Gerät (Device, informationstechnisch 

auch als Node bezeichnet) ist ein räumlich materiell abgegrenzter 

Gegenstand, der signalumsetzende Aufgaben 

erfüllt (in der Abgrenzung zu energie- und stoffumsetzenden 

Aufgaben). In IEC 62390 wird ein Gerät wie folgt 

definiert: „independent physical entity of an industrial 

system capable of performing specified functions in a 

particular context and delimited by its interfaces“ [2]. 

Heute werden diese Geräteaufgaben immer mehr mit 

Unterstützung von Software realisiert. Dazu dient eine 

in das Gerät eingebundene und an den technischen Kontext 

angepasste Recheneinheit (eingebettetes System). 

Zunehmend werden die Geräte in digitalen Netzverbünden 

eingesetzt (Intelligente Geräte, Smart Devices). Sind 

die Netzverbünde mit dem Internet verbunden, können 

Geräte als Komponenten von cyber-physischen Systemen 

(CPS) betrachtet werden. Automatisierungsgeräte stellen 

spezifische Funktionen bereit, zum Beispiel zum Messen, 

Stellen, Steuern, Regeln, Alarmieren. Feldgeräte 

sind Geräte, die in der direkten Prozessumgebung eingesetzt 

werden. Sie werden in der Prozess- und der Fertigungsindustrie 

eingesetzt. 

AT-Geräte können hardwaretechnisch und logisch modular 

sein (siehe Bild 2b). Module können funktionale 


10 / 2013 

47

HAUPTBEITRAG 

Elemente (FE) enthalten, die je nach Technologie und Einsatzgebiet 

als Objekte, Funktionsbausteine oder Parameterlisten 

ausgeprägt sind (Bild 2c). Die funktionalen Elemente 

stellen die spezifischen Funktionen der AT-Geräte 

bereit. Funktionale Elemente enthalten Parameter, die über 

die Schnittstellen der Feldgeräte ausgetauscht werden. Die 

Gerätestrukturelemente (Module, funktionale Elemente 

und Parameter) können hierarchisch aufgebaut sein. 

Feldgeräte, als eine Untermenge der AT-Geräte, stellen 

laut IEC 62390 aus funktionaler Sicht die folgenden 

Schnittstellen zur Verfügung [2], (siehe Bild 2c): 

Schnittstelle zur Informationsankopplung an das 

Feld (Maschine, Anlage) (process interface) 

Schnittstelle zu einem AT-Gerät, mit dem die 

prozessbezogenen Daten ausgetauscht werden 

sollen, zum Beispiel zwischen Messumformer und 

Steuerung (control interface) 

Schnittstelle, über die Parametrisierung und 

Konfiguration durchgeführt werden (parameterisation 

and configuration interface) 

Schnittstelle, die für Diagnosezwecke verwendet 

wird (diagnosis interface) 

Zwischen den informationsbezogenen Schnittstellen des 

AT-Gerätes und den durch die Hardware untersetzten 

Schnittstellen gibt es unterschiedliche Kombinationen. 

So können zum Beispiel über eine hardwaretechnische 

Schnittstelle zur industriellen Kommunikation (typische 

Kommunikationsschnittstellen sind beispielsweise 

in IEC 61158/IEC 61784 standardisiert) die prozessbezogenen 

Daten ausgetauscht (control interface) und die 

Parametrisierung und Konfiguration (parameterisation 

and configuration interface) sowie Diagnose (diagnosis 

interface) durchgeführt werden. Parametrierung, Konfiguration 

und Diagnose benötigen zusätzliche Software- 

Werkzeuge und -beschreibungskomponenten, zum Beispiel 

EDDL (IEC 61804-3 bis -5), FDT (IEC 62453) und FDI 

(IEC 62769). Sensoren und Aktoren sind in der Regel als 

separate Hardware an das AT-Gerät gekoppelt. 

ISO 15745 [3] beschreibt umfassend die beteiligten Elemente 

zur Integration in ein Enterprise-System (AT-Systemtechnik 

aber auch Anlagentechnik, Material, Personal). 

Ein Teilaspekt ist die Geräteintegration. Die definierten 

Strukturelemente Device Manager, Device Identity, 

Device Function und Application Process werden 

in der IEC 62390 als Functional Element abstrahiert (Bild 

2b), was in dem betrachteten Gerätemodell übernommen 

wird. Konkrete Details für die Geräteintegration beziehen 

sich in ISO 15745 auf die Kommunikationsintegration, 

für die die notwendigen Technologien, wie GSD 

und FDCML, standardisiert werden (siehe Abschnitt 2.2). 

Eine Übersicht über die verschiedenen Aspekte von Geräten 

zeigt Bild 3. 

Diese Aspekte müssen bei der Integration von Geräten 

betrachtet werden. Dabei liegt der Fokus in unterschiedlichen 

Phasen des Lebenszyklus auf unterschiedlichen 

Aspekten des Geräts. 

2. INTEGRATIONSLANDSCHAFT 

Die Integrationslandschaft für ein Feldgerät setzt sich 

zusammen aus dem Automatisierungssystem (AT-System) 

und den überlagerten Systemen, zum Beispiel Manufacturing 

Execution System (MES), Produktionsplanungssystem 

(PPS) oder Enterprise Resource Planning 

(ERP) (siehe Bild 4). Je nach Integrationsaufgabe und 

-partner gibt es verschiedene Integrationsprinzipien und 

-technologien. 

BILD 1: Themenvielfalt der Geräteintegration 

BILD 2: Gerät – Modellstruktur 

48 


10 / 2013

Zusätzlich zu der Integration von Geräten und Komponenten 

zu einem AT-System ist deren Lebenszyklus zu 

betrachten. Entsprechend der ZVEI-Guideline Lifecycle 

Management, besteht ein Unterschied zwischen dem Lebenszyklus 

eines AT-Systems und den Lebenszyklen seiner 

Komponenten [13]. Jede Komponente (und damit jedes 

Gerät) durchläuft seinen eigenen Lebenszyklus innerhalb 

des Rahmens, der vom System-Lebenszyklus vorgegeben 

wird. Dabei hat die Komponente kompatibel zu sein. Kompatibilität 

wird nach [1] als Fähigkeit verstanden, die Austauschbarkeit, 

Konsistenz oder Äquivalenz von Eigenschaften 

zu gewährleisten. Diese Eigenschaften lassen 

sich nach IEC 81346-2 in die Aspekte Funktion, Gerät und 

Örtlichkeit klassifizieren (siehe Bild 5). 

In [13] wird basierend auf diesen Aspekten ein Kompatibilitätsmodell 

aufgebaut, das Graduierungen in Bezug 

auf Erfüllungsstufen, aber auch bezogen auf die 

Funktionen, Signale, Konstruktion und weiteres mehr 

einführt (siehe zum Beispiel [13], Tabelle 1). Hier wird 

die Detailtiefe für die Integrationsaufgaben sowie die 

Verflechtung von Teilaufgaben sichtbar. 

2.1 Planungsintegration und Beschaffungsintegration 

Bei Planungs- und Beschaffungsprozessen müssen die 

Funktionen und Eigenschaften der Geräte prägnant repräsentiert 

werden. Planer und Gerätehersteller stehen dabei 

in enger Wechselwirkung, weil die funktionalen und nichtfunktionalen 

Eigenschaften detailliert abzustimmen sind. 

Die Repräsentation der Geräteeigenschaften erfolgt vorzugsweise 

durch signifikante Merkmale. In den Werkzeugen 

müssen deshalb diese Merkmale verfügbar sein, sowohl 

zur Beschreibung der Anforderungen für die Rollen, in der 

die Geräte verwendet werden sollen, als auch zur Zusicherung 

durch die Geräte. Planer und Hersteller müssen deshalb 

die gleiche Merkmalterminologie verwenden [5]. 

Prolist und eCl@ss sind prominente Vertreter für standardisierte 

Merkmalterminologien, deren Nutzung bei 

der Planung oder der Instandhaltung (zusätzlich zum 

Beschaffungsprozess) sich erst am Anfang befindet. 

2.2 Integration der Geräte in Kommunikationssysteme 

Bevor auf Gerätefunktionen und Gerätedaten zugegriffen 

werden kann, muss eine Integration des Gerätes in das 

Kommunikationssystem erfolgen. Eine zum geplanten 

System passende Kommunikationsschnittstelle des Gerätes 

muss entsprechend konfiguriert werden. 

Die Kommunikationsfähigkeiten eines zu integrierenden 

Gerätes (zum Beispiel unterstützte Protokolle, Baudraten) 

müssen erfasst werden. Das jeweilige Gerät muss 

passend zur Umgebung (bestehend aus anderen Geräten, 

Kommunikationsinfrastruktur und Steuerungshardware) 

konfiguriert werden, und die Kommunikationsverbindungen 

müssen etabliert werden. Technologien, die die Kommunikationsintegration 

von Geräten unterstützen, sind 

Beschreibungssprachen wie GSD, FDCML und EDS, aber 

auch OO-orientierte Technologien wie FDT. 

2.3 Abbildung auf die Kommunikation 

Gerätefunktionen, seien es die Produktivfunktionen, wie 

Messen, Stellen, Zählen und Signalkonfektionierung 

oder die Hilfsfunktionen für den Betrieb der Geräte, werden 

durch ihre Variablen und Parameter im Kommunikationssystem 

abgebildet. Außerdem stellen diese Gerätefunktionen 

Diagnosedaten zur Verfügung. Ziel dieser 

BILD 3: Aspekte von Geräten 

BILD 4: Integrationslandschaft 


10 / 2013 

49

HAUPTBEITRAG 

Integration eines Feldgerätes ist es, ihre Daten mit der 

Steuerungsanwendung oder anderen Hosts auszutauschen. 

Dafür müssen die Prozess- und Diagnosedaten 

und Parameter in einer zur Dynamik der Anwendung 

äquivalenten Weise durch das Kommunikationssystem 

transportiert werden. Partner der Integration sind die 

Geräteanwendungsfunktionen und die Dienstprimitiven 

der jeweiligen Kommunikationssysteme. 

Industrielle Kommunikationssysteme bieten in der 

Regel zyklische Verbindungen für die prozessrelevanten 

Daten (ehemals Einheitssignale), azyklische Verbindungen 

für die Parameter und Alarm-Diagnose-Verbindungen 

für das Ereignishandling. 

Bei der Abbildung der Anwendungsfunktionen auf die 

Dienste (siehe Bild 6) unterscheiden sich die Kommunikationssysteme. 

Zum Beispiel erfolgt bei Profibus und 

Profinet diese Abbildung durch Module, welche die Daten 

mit Index adressieren. Modellmäßig verbergen sich 

dahinter Objektverzeichnisse, wie sie nur bei einigen 

Kommunikationssystemen verwendet werden. Entsprechend 

dem erweiterten ISO/OSI-Referenzmodell [6] 

kommt das ASE/APO-Modell zum Einsatz, wie es zum 

Beispiel in [7] beschrieben ist. 

2.4 E/A-Datenintegration in die Steuerung 

Heutige Steuerungen arbeiten nach dem Softwaremodell 

von IEC 61131-3. Die Prozessdaten aus den Geräten müssen 

in das Prozessabbild der Steuerungen gelangen. Dazu 

muss die Eingangs-Ausgangsdatenstruktur (E/A-Struktur) 

der Geräte in die Prozessabbildstruktur der Steuerung 

eingeordnet werden. 

Feldbusgekoppelte Geräte ersetzen die E/A-Steckmodule 

(mit Einheitssignalen) an den Steuerungen. Die Punktzu-Punkt-Verdrahtung 

jedes einzelnen Signals zu den 

Sensoren und Aktoren wird durch das industrielle Kommunikationssystem 

ersetzt. Die Zuordnung der E/A-Daten 

in das Prozessabbild der Steuerungen erfolgte bei der 

Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung durch Projektierung. Die 

Vereinbarung des Prozessabbildes hat darauf zu referenzieren. 

Heute transportiert nur ein Kommunikationsmedium 

eine Vielzahl von Daten, deren Zuordnung ins 

Prozessabbild bei heutigen Systemen ebenfalls durch 

Vorabkonfiguration durchgeführt wird. Dafür sind entsprechende 

Beschreibungsdateien vorhanden, zum Beispiel 

GSD, EDS und FDCML. Die Kommunikationskenngrößen 

und -parameter sind deskriptiv in diesen Dateien 

enthalten. Diese Beschreibungen werden durch Kommunikationskonfiguratoren 

verarbeitet. 

2.5 Funktionsintegration 

Feldgeräte übernehmen Funktionen, die bei signalorientierten 

Punkt-zu-Punkt-Verbindungen in den Steuerungen 

ausgeführt wurden. Dazu sind auf Steuerungsseite 

bestimmte Abläufe einzuhalten und oft zusätzliche 

Parameter auszutauschen, die die bestimmungsgemäße 

Nutzung der Gerätefunktionen sicherstellen. Die Funktionen 

der Steuerung und die der Geräteanwendung 

müssen deshalb zusammenarbeiten, was eine Kooperation 

zusätzlich zum Prozessdatenaustausch erfordert. 

Für diese Integration haben sich Proxy-Funktionsbausteine 

(FB) durchgesetzt (siehe Bild 7). Dies ist beispielsweise 

bei der verfahrenstechnischen AT für die gesamte 

Mess- und Stelltechnik der Fall (zum Beispiel Profibus 

PA-Profile) und in der Fertigungstechnik Standard in Taktstraßen 

und Roboterzellen für die Antriebe, Schrauber, 

Drehtische, Barcodeleser. Diese Gerätestellvertreter erlauben 

einen Programmentwurf mit den Mitteln der Steuerungsprogrammentwicklung 

und weisen in dem jeweiligen 

Kontext eine standardisierte Schnittstelle (FB-E/A) 

auf. Gerätehersteller kapseln darin den zum Teil umfangreichen 

und komplexen Umgang mit den Gerätefunktionen. 

Die Kooperation zwischen den Proxy-FB in den Steuerungen 

und den Geräten wird in den Proxy-Algorithmen 

organisiert. Prominente Beispiele sind die PLCopen-Antriebsbausteine 

und die Indent- und Waagenprofile der 

PNO. Der Integrationsaufwand sinkt um ein Vielfaches, 

wobei zusätzlich die Qualität der Integration steigt. 

2.6 Integration in Diagnose- und 

Parametrierungs anwendungen 

Analoge AT-Geräte mit einfachen Funktionen konnten 

noch mit Schraubendreher parametriert und mit einfachen 

Messgeräten diagnostiziert werden. Seit die digitalen 

Feldgeräte über Kommunikationssysteme kommunizieren 

und komplexe Funktionen bereitstellen, reicht 

dies nicht mehr aus. Heutige Geräte werden über eine 

Vielzahl von Parametern konfiguriert und bieten eine 

Reihe von Diagnosefunktionen. Um auf diese Parameter 

und Diagnosefunktionen zuzugreifen, wird spezielles, 

gerätespezifisches Know-how benötigt. 

Die Integrationstechnologien EDD [10], FDT [11] und 

FDI [12] bieten dieses Wissen in elektronischer Form, sodass 

es in Host-Systeme integriert werden kann. Bei allen 

diesen Technologien wird für das jeweilige Gerät eine 

Software-Komponente (Package) bereitgestellt, die in das 

Host-System integriert werden muss. Diese Packages stellen 

die Businesslogik für den konsistenten Informationszugriff 

über die verfügbaren Prozessdaten, Parameter und 

Funktionen des Gerätes bereit und unterstützen den Nutzer 

mittels einer speziell für das Gerät geeigneten GUI. 

2.7 HMI-Integration 

Beim Betreiben einer Anlage besteht die Notwendigkeit, 

die Anlage insgesamt und die Bestandteile der Anlage 

einzeln beobachten und bedienen (B&B) zu können. Für 

ein einzelnes Gerät muss eine HMI vorhanden sein, die 

in das HMI der Anlage integriert werden muss. 

Die Zuordnung von Faceplates zu den Geräten ist ein 

Standard. Attributierte Symbole werden für Gerätetypen 

vorgehalten, die dann bei der B&B-Konfiguration aus 

Bibliotheken eingebaut werden. Voraussetzung ist, dass 

die Interfaces der Geräte (siehe Abschnitt 2.2) eindeutig 

und bekannt sind. Hier kommen die Feldbusprofile zum 

Einsatz, wobei einige Systeme für die Steuerungen HMI- 

Proxies anbieten. 

Für die bisher genannten Integrationsaufgaben (2.2 bis 

2.7) schaffen die Feldbusprofile die notwendigen Daten-, 

Parameter- und Diagnosestandardisierungen, wie sie als 

50 


10 / 2013

BILD 5: Kompatibilitätsaspekte im Lebenszyklus [13] 

BILD 6: Kommunikationsintegration der Gerätefunktionen 

Proxy-FB 

Rumpfalgorithmus 

Visualisierung, Scada, Leitsystem 

Faceplate 

Engineering 

System 

BILD 8: 

OPC UA-Architektur 

nach [8] S.324 

FB Anwendung 

FB Anwendung 

Steuerung 

zyklisch 

Komm. 

FBs 

azyklisch 

Alarm 

Feldgerät 

Feldgerät 

FB 

Feldgerät 

zyklisch 

FB 

Alg. 

azyklisch 

Alarm 

FB 

Alg. 

Feldgerät 

Maschine/Anlage 

Kommunikations-FB 

Kommunikation zwischen Proxy und Hauptjunktion 

Kommunikation zwischen übergeordneter Anwendung und Proxy 

BILD 7: Proxy-Integration in Steuerungen und Leitsystemen 

Ablösung für die Einheitssignale notwendig sind. Sie 

bieten jedoch auch eine neue Qualität, weil nicht nur die 

Syntax, sondern auch die Bedeutungsinhalte (Semantik) 

der Signale sowie wichtige Kooperationsvorschriften 

(zum Beispiel Gerätemodi) standardisiert werden. Die 

gestiegene Integrationskomplexität wird so beherrschbarer. 

Bedauerlich ist nur, dass die verschiedenen Kommunikationsfamilien 

jeweils unterschiedliche Lösungen 

gewählt haben. Technologiehersteller von Kommunikationslösungen 

stellen deshalb neutrale Schnittstellen 

zwischen Geräteanwendung und Kommunikationssystem 

zur Verfügung. Proxies und Beschreibungstechnologien 

ermöglichen profilbezogene Softwarekomponenten, 

wie Proxy-FBs und Profil-GSD, -DTM, -EDD, die im 

Gegensatz zu Aussagen von Hodek et.al. [8] eine hohe 

Integrationsleistung erbringen. Diese Komponenten bilden 

die Geräte as-built mit den Daten und der Business- 

Logik ab und offerieren so den verschiedenen Host-Anwendungen 

die Gerätefunktionalität. Diese im System 

neu nachzubilden, widerspricht dem Kapselungs-, Wiederverwendungs- 

und Modularitätsprinzip. Wird aus 

technologischen oder architektonischen Gründen eine 

IT-bezogene, das heißt eine mit loser Kopplung arbeitende 

Kommunikation verwendet, so kann diese durch 


10 / 2013 

51

HAUPTBEITRAG 

Web-Services unter Verwendung des ASE/APO-Modells 

bereitgestellt werden, wie in [14] beschrieben. 

2.8 Wartungsintegration und MES/ERP-Integration 

Entsprechend Vogel-Heuser et.al. ergibt sich eine Öffnung 

des AT-Systems für den Zugriff durch das MES beziehungsweise 

ERP. [4] Dabei werden bisher vor allem Daten 

direkt aus den Feldgeräten übernommen. Die für ein MES 

interessante Information findet sich hauptsächlich in Prozessdaten, 

die die Qualität des Verarbeitungsprozesses 

beschreiben (zum Beispiel Temperatur beim Sintern), beziehungsweise 

in statistischen Daten (wie Menge des verarbeiteten 

Werkstoffs). Besonders für die Bereitstellung 

der statistischen Daten müssen die Geräte spezielle Funktionen 

vorhalten (zum Beispiel zur Aggregation des aktuellen 

Durchflusswertes) beziehungsweise die Konfiguration 

weiterer Funktionen ermöglichen (zum Beispiel 

durch Programmierung). Im Sinne der Öffnung kommen 

auch Daten hinzu, die sich nicht in der Dynamik des Prozesses 

verändern. Neben der Typenschildinformation 

kann dies der aktuelle Parametersatz zur Online-Dokumentation 

sein. Hier bieten die Profildefinitionen und die 

Proxy-Technologie [21] Ansatzpunkte. 

Die Integration in diese MES verlässt das klassische 

AT-System. Nicht der operative Betrieb steht im Mittelpunkt, 

sondern dispositive Aufgaben, die das Gerät über 

azyklische Anforderungen abdeckt. Zwei Herangehensweisen 

sind typisch. Die Parametrierwerkzeuge FDT und 

FDI öffnen sich für Host-Systeme und OPC UA bietet mit 

seinem Objektmodell und Zusatzkonzepten (zum Beispiel 

device model security) eine Integrationsplattform 

(siehe Bild 8). Umfangreiche Arbeiten wurden im Rahmen 

des EU-Projektes Socrades vorgenommen [15]. 

2.9 Safety-Integration 

AT-Systeme müssen die Sicherheit für den Menschen 

und die Umwelt sicherstellen. Je nach Natur des automatisierten 

Produktionsprozesses gibt es unterschiedliche 

Anforderungen an die Sicherheit, die in Safety Integrity 

Level (SIL) ausgedrückt wird. Betreiber der Anlage legen 

das notwendige SIL-Niveau fest. Ein Gerät, das in eine 

Anlage mit SIL ≥ 1 integriert werden soll, muss als Safety-Gerät 

entwickelt worden sein. Die Kommunikationsintegration 

muss zusätzlich funktional sicher sein und 

erfolgt in der Regel durch eine weitere Kommunikationsschicht 

oberhalb der Schicht 7. Die Kommunikation 

selbst wird dann als Black-Channel betrachtet. Die verschiedenen 

Kommunikationssysteme stellen dafür entsprechende 

Lösungen bereit, die in der IEC 61158 standardisiert 

sind. 

2.10 Security-Integration 

Geräte in AT-Anlagen müssen schon immer gegen den 

unautorisierten Zugriff von Menschen geschützt werden, 

zum Beispiel die Konfiguration oder Parametrierung 

durch unautorisierten lokalen Zugriff oder in einer vernetzten 

Umgebung der unautorisierte Remote-Zugriff. 

Security wird noch mehrheitlich als organisatorische 

Maßnahme in der industriellen Produktion wahrgenommen. 

Verhinderung der Parameterveränderung durch 

Passwortschutz und Jumper sind jedoch Stand der Technik. 

Weitere technische Maßnahmen, wie Firewalls, 

VPN und Verschlüsselung, werden noch nicht bei AT- 

Geräten eingesetzt. Hier beginnen erste Initiativen [16]. 

3. INTEGRATIONSLÖSUNGEN UND HERAUSFORDERUNGEN 

Bei der Bewertung existierender Integrationslösungen 

für den operativen Betrieb ergibt sich folgende Situation: 

Prozess- und Diagnosedaten sowie Parameter der 

Geräte sind durch das ASE/APO-Modell im Kommunikationssystem 

verfügbar. 

Die Abbildung der E/A-Daten der Geräte auf das Prozessabbild 

der Steuerungen wird durch Beschreibungsdateien 

(zum Beispiel GSD) organisiert. 

Die funktionale Repräsentation der Geräte im Steuerungsprogramm 

und im Faceplate der B&B-Anwendung 

erfolgt durch Proxy-FB. 

Diese vertikale Integration beruht auf enger Signalkopplung. 

Ein Gerätetausch berührt alle diese Integrationstechnologiebestandteile. 

Geräte, die in all diesen Bestandteilen 

schnittstellenkompatibel sind, lassen sich 

per se austauschen. Ist dies nicht der Fall, muss das System 

umgebaut werden (siehe [13]). Vor allem müssen 

dann die Proxy-FBs ausgetauscht werden. In manchen 

Steuerungsprogrammsystemen kann dies während des 

operativen Betriebs geschehen. Dies entspricht der Anforderung 

an Flexibilität. 

Methodische Grundlage für diesen Teil der Geräteintegration 

ist die Trennung der planerischen Entwicklung 

des gesamten Steuerungs- und Leitsystems mit dem Steuerungsprogramm 

im Zentrum der Anwendung von dem 

operativen Betrieb, bei dem nur ein Austausch existierender 

Komponenten ohne strukturellen Umbau vorgesehen 

ist. Die funktionale Dezentralisierung löst diese 

zentrale Steuerungssicht nicht auf. Veränderungen der 

Steuerungsanwendung im Rahmen der vorgedachten Flexibilität 

der Steuerungsstruktur sind zum Beispiel durch 

Veränderungen im Funktionsbausteinnetzwerk möglich. 

Eine Systemkonfiguration Bottom-up, das heißt durch 

operatives Zusammensetzen der Geräte zu AT-Systemen, 

ist mit den erwähnten Technologien nicht vorgesehen. 

Aus der Bewertung existierender Integrationslösungen 

für die Diagnose im operativen Betrieb, ergibt sich: 

Diagnose ist für diesen vertikalen Pfad eng in das 

Abtastinterval des Steuerungsprogramms integriert, 

im Steuerungsprogramm wird ereignisbezogen reagiert 

und die Information wird zum Anlagenfahrer 

weitergeleitet. 

Diagnose für den Service- und Wartungsfall ist 

durch die Gerätebeschreibungstechnologien (EDD, 

FDT, FDI) mit hoher Qualität gegeben. Störend sind 

noch die Technologievielfalt und gewisse Besonderheiten 

in unterschiedlichen Kommunikationssystemen 

sowie das Handling der Variantenvielfalt. Wegen 

der steuerungszentrierten Sicht sind Gerätezu- 

52 


10 / 2013

Bilanzraum der Integration Integrationstechnologien Angebote zur Initiative Industrie 4.0 

Planung von Geräten mittels Merkmalsystemen 

vor oder getrennt vom 

operativen Betrieb 

Parametrierung, Diagnose und Test in 

Wartung und Service für Einzelgeräte 

als enge Punkt-zu-Punkt-Kopplung 

Episodische Parametrierung und 

Diagnose im operativen Betrieb 

Prozessdaten, Parameter und Diagnose- 

Datenaustausch als lose Kopplung für 

sporadische geräteübergreifende 

Host-Anwendungen (wie Wartung, 

Inventory Control) 

Zyklisch getaktete zeitdiskrete 

Steuerungs- und Regelungsfunktionen 

Merkmalleistenstandardisierung 

Geräterepräsentanten durch EDD, 

FDT/DTM, FDI/Device Package mit 

Businesslogik der Geräte 

Proxy-Funktionen in der Steuerung 

Feldbusprofilbildung 

OPC/OPC UA-Schnittstelle und FDT/ 

Frame und FDI-Host-Anwendungen 

Zyklische Kommunikation 

der Prozessdaten zwischen den 

beteiligten Geräten 

Feldbusprofilbildung 

Merkmale sind Ansätze für Ontologien zur Nutzung von 

semantischen Technologien. 

Gerätestellvertreter (Repräsentant mit Businesslogik zur 

Konsistenzgewährleistung) als Softwarekomponente für 

die Kopplung ins IT-System 

Ausstattung der Proxies mit Dienstschnittstellen (zum 

Beispiel Web-Services) ermöglicht die lose Kopplung zu 

AT-Geräte-Daten 

Standardisierte Web-Service-orientierte Schnittstellen mit 

integriertem Informationsmodell. Hier könnten Gerätestellvertreter 

(für Einzelgeräteintegration im Sinne von 

Gateways) oder Informationsaggregation (im Sinne von KPI 

oder Mediatoren) integriert werden. 

Nicht im Fokus 

TABELLE 1: Beziehungen von Geräte-Integrationstechnologien zu Industrie 4.0 

griffe entweder nur vor Ort oder durch spezielle 

Maßnahmen zwischen System- und Gerätehersteller 

durchführbar. Die Schnittstellen zwischen diesen 

Gerätebeschreibungskomponenten und übergeordneten 

Host-Systemen (Anwendungen der MES-Ebene, 

zum Beispiel nach IEC 62264 Wartung, Lagerverwaltung, 

Qualitätsmanagement) werden bisher 

kaum gelebt. Die Integration verbleibt oft systemherstellerspezifisch. 

Ein Firmware-Update für AT-Geräte 

im Feld ist heute noch ein Albtraum. 

Methodisch ist damit nur eine reaktive Diagnose 

möglich, obwohl in den Geräten in vielen Fällen 

Grundlagen, zum Beispiel für Condition Monitoring, 

bereits vorhanden sind [17]. Hier fehlt noch die Integration 

in übergeordnete Systeme. 

Bei Bewertung existierender Integrationslösungen für 

die dispositive MES/ERP-Integration, ergibt sich: 

OPC UA ist eine sehr leistungsfähige und am Markt 

eingeführte Technologie, die der Natur der dispositiven 

Aufgaben entsprechend die lose Kopplung zwischen 

den Geräten und Host-Anwendungen anbieten 

kann. Die benötigten Informationsmodelle sind prinzipiell 

vorhanden, haben aber noch nicht die Verbreitung 

gefunden, um so den erhofften Mehrwert zu 

erzielen. Ein prominentes Beispiel sind die I&M- 

Funktionen, die jedes Profibus- und Profinet-Gerät 

unterstützt [18]. Dies sind standardisiert auslesbare 

Auskunftsfunktionen mit Typenschildinhalten einschließlich 

einer möglichen Verlinkung zur Webseite 

der Hersteller. Nennenswerte Anwendungsfälle hat 

es leider noch nicht gegeben. Ebenso ist die Standardisierung 

von KPIs schwach entwickelt, was die 

Systemhersteller-spezifischen Lösungen bevorzugt. 

Die Kombination von OPC UA mit Gerätebeschreibungen 

weist die größten Möglichkeiten auf, da die 

Businesslogik im OPC UA-Server den konsistenten 

Zugriff auf die Geräte erlaubt. 

Methodisch sind damit die in der Industrie 4.0-Initiative 

angedachten flexiblen Szenarien durchführbar. 

Es gibt eine Vielzahl von Herausforderungen, von denen 

der Beitrag zwei wesentliche behandelt. Zunächst das 

scheinbare Detail der Software-Komponentenidentifikation, 

auf deren Basis das Zusammenspiel der einzelnen 

Integrationskomponenten beruht: 

Jede einzelne Integrationsaufgabe stellt eine oder mehrere 

technologische Möglichkeiten der Identifikation zur 

Verfügung. Diese sind separat aus ihrem jeweiligen Gewerk 

gewachsen. Dadurch sind Querbezüge zwischen 

ihnen zurzeit nur manuell herstellbar. Am Beispiel verfahrenstechnischer 

AT-Geräte und Komponenten ist folgende 

Identifikationskette zu meistern (auszugsweise): 

R&I-Fließbild – PLT-Stellennummer und einige 

Kenngrößen (Prozessvariable (T, P, …), Verarbeitungsfunktionen 

(wie I, R, C, A) 

PLT-Stellenblatt – PLT-Stellennummer und Merkmale 

PLT-Stellenplan – PLT-Stellennummer und Signalpfad 

Funktionsblockdiagramm – Proxy-FB Bezeichner 

und Version 

Kommunikationskonfiguration – Dateibezeichnung 

(zum Beispiel GSD Ident-number im Dateinamen 

und Typenschildinformationen in der 

Datei sowie Kennungsbyte, das heißt digital 

kodierte Repräsentation des zyklischen Signals) 


10 / 2013 

53

HAUPTBEITRAG 

Dispositive Aufgaben für 

AT-System 

Operativer 

Betrieb 

Visualisierung – Faceplate-Bezeichner und Version 

Parametrierung und Diagnose – zum Beispiel 

Dateinamen und interne Typenschildinformationen 

bei EDD, DTM und FDI-Device-Package 

Host-Integration von Feldgeräten über OPC/ OPC UA 

– auslesbares Typenschild, Mapping in OPC/OPC UA- 

Objektraum frei wählbar von OPC-Softwareanbieter 

Host-Integration von SPS nach IEC 61131-3 – Abbildungsvorschrift 

bereitgestellt durch PLCopen 

Diese grobe Zusammenstellung zeigt, dass eine durchgängige 

Geräteidentifikation in den verschiedenen Sichten 

nicht erreicht ist. Gleiches gilt für die Prozess- und 

Diagnosedaten- und Parameteridentifikation in den einzelnen 

Sichten. 

Die aus Sicht der Autoren wichtigste Aufgabe ist die 

eindeutige Beschreibung der Semantik der Gerätedaten 

und Information für den planerischen Prozess und für 

den operativen Betrieb. Sie müssen aber einerseits für 

den Einsatz im Sinne von Ontologien für die einzelnen 

Geräteklassen und Gewerke ausgebaut werden. Die benannten 

Merkmalleisten und -klassifikationen sind dafür 

ein wichtiger Ansatzpunkt [20]. So wie die Merkmale 

müssen alle anderen Daten (Prozess-, Diagnosedaten 

und Parameter) mit maschinenlesbaren Kennzeichen 

versehen werden, die auf semantische Definitionen verweisen. 

Das ist bei den Profilen bisher nicht der Fall. Nur 

so lassen sich aber rechnergestützte Integrationsaufgaben 

durchführen. Es muss auch angemerkt werden, dass 

sich der Einsatz von semantischen Technologien in diesem 

Umfeld noch in einem frühen Stadium befindet. 

Nur beim Einsatz aller oben dargestellten Integrationsmethoden 

zusammen mit einer konsistenten Identifizierung 

der jeweiligen Geräte-Repräsentanten, ergibt sich die Fähigkeit, 

alle Information zu dem Gerät zu integrieren. Ein Ansatz 

für diese Art der Integration ist in [19] dargestellt. 

IEC 62264 

Modelle (MES) 

Ethernet 

ERP, MES, 

Engineering des AT-Systems 

Gerätemanagement (Diagnose, Service) 

IEC 61512 

Modell (Batch) 

Profile, Merkmale 

Operation 

Ethernet 

BILD 9: Migrationsschritt der klassischen Automatisierungspyramide 

zu offener IT-Architektur 

Modellbasierte Dienste auf die 

AT-Komponenten mit Semantik 

(lose Kopplung) 

IEC 61131-3 

Modell 

Fieldbus 

Operativer Datenaustausch 

(enge Kopplung) 

IEC 62390 

Feldgerätemodell 

ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 

In diesem Beitrag steht das AT-Gerät im Mittelpunkt. 

Ausgehend von einem allgemeingültigen AT-Gerätemodell 

sowie einer Einordnung der Geräte-Kompatibilität 

für Lebenszyklusaufgaben werden die wesentlichen 

Konzepte 

Kommunikationsintegration in die Geräte mit dem 

APO/ASE-Modell, 

Proxy-Modell für die Steuerungs- und Visualisierungsintegration, 

Gerätebeschreibungstechnologie 

und die dafür umspannende Profilbildung und 

Merkmaldefinition als Ansatz für semantische 

Inhalte 

vorgestellt. Es wird deutlich, dass die Integration für die 

enge Kopplung der Komponenten vorzugsweise im Sinne 

des Signalflusses sehr weit fortgeschritten ist. Die 

Profilbildung und die Merkmaldefinitionen bilden hier 

einen wertvollen Ansatz, der jedoch einer Weiterentwicklung 

bedarf. 

Es wird jedoch auch erkennbar, dass die dispositiven 

und Management-Aufgaben mit diesen Ansätzen bisher 

nicht befriedigend gelöst wurden. Die Erzielung des Mehrwertes 

der digitalen AT-Geräte, zum Beispiel für Diagnose 

oder Geräteverwaltung, wird durch die geschlossene 

Architektur der Leitsysteme behindert. Hier beflügelt die 

Initiative Industrie 4.0 einen Aufbruch dieser Strukturen. 

Als Ansatz für evolutionäre Schritte der Industrie 

4.0-Revolution wird vorgeschlagen, die dispositiven Aufgaben 

als Ausgangspunkt für offenere Architekturen 

basierend auf IT-Technologien zu verwenden, wie Web- 

Services und SOA. Hierzu müssen Schnittstellen geschaffen 

werden, zum Beispiel über OPC UA, die mit den 

domänenspezifischen Modellen und deren semantischen 

Definitionen ausgerüstet werden (Bild 9). Dadurch wird 

eine Transformation von signalorientierter enger Kopplung 

in Web-service-basierter loser Kopplung ermöglicht. 

Diagnose und Condition-Monitoring-Aufgaben sind sehr 

geeignete Kandidaten für dieses Vorgehen. 

Wenn die Anforderungen an AT-Systeme aus technologischer 

Sicht betrachtet werden, die die Initiative Industrie 

4.0 stellt, so lassen sich vor allem 

mehr Flexibilität der funktionalen Struktur auch 

während des operativen Betriebs 

offenere Schnittstellen von den AT-Systemen für 

IT-orientierte Anwendungen 

Bereitstellung semantischer Information 

identifizieren. Wegen der unterschiedlichen Anforderungen 

für die Geräteintegration lassen sich Bilanzräume der 

Integration (Tabelle 1) bestimmen. Als Kriterium gelten 

die Integrationspartner der Geräte, gepaart mit dem zeitlichen 

Charakter der Interaktionen. Neben der Zuordnung 

der beschriebenen Integrationstechnologien werden 

Ansätze für die technologische Kopplung mit IT-Systemen 

vorgeschlagen. 


09.06.2013 


54 


10 / 2013

AUTOREN 

Prof. Dr.-Ing. CHRISTIAN DIEDRICH 

(geb. 1957) leitet den Lehrstuhl Integrierte 

Automation an der Otto-von- 

Guericke-Universität Magdeburg. 

Außerdem ist er stellvertretender 

Institutsleiter des Ifak e.V. in Magdeburg. 

Seine Hauptarbeitsfelder umfassen 

Beschreibungsmethoden für 

Automatisierungsgeräte und -systeme 

(Funktionsblocktechnologie, Feldbusprofile, Gerätebeschreibungen 

(EDD), FDT, IEC 61131), Engineeringmethoden und 

Informationsmanagement (Objektorientierte Analyse und 

Design, UML, Web-Technologien, Wissensverarbeitung), 

formale Methoden in der Automatisierungstechnik. Er ist in 

nationalen und internationalen Standardisierungs- und 

Fachgremien (IEC, DKE, ZVEI, PNO) tätig. 

THOMAS HADLICH (geb. 1967) ist 

wissenschaftlicher Mitarbeiter 

am Lehrstuhl Integrierte Automation 

an der Otto-von-Guericke- 

Universität Magdeburg. Zuvor 

hatte er eine leitende Stelle in der 

Industrie im Bereich der Softwareentwicklung 

automatisierungstechnischer 

Komponenten. 

Seine Arbeitsfelder sind insbesondere System 

Engneering, Geräteintegration und die digitale 

Fabrik. Er ist auf diesen Gebieten in nationalen und 

internationalen Standardisierungs- und Fachgremien 

(IEC, DKE, FDT Group) tätig. 

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, 

Institut für Automatisierungstechnik, 

PF 4120, D-39016 Magdeburg, 

Tel. +49 (0) 391 671 84 99, E-Mail: christian.diedrich@ovgu.de 

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, 

Institut für Automatisierungstechnik, 

PF 4120, D-39016 Magdeburg, 

Tel. +49 (0) 391 671 88 78, E-Mail: thomas.hadlich@ovgu.de 

REFERENZEN 

[1] Integration, Wikipedia, http://de.wikipedia.org/wiki/Integration, 

abgerufen am 07.06.2013. 

[2] IEC, IEC 62390: Profile development Guideline, 2004. 

[3] ISO 15745-1: Industrial automation systems and integration — Open 

systems application integration framework — Part 1: Generic reference 

description, ISO, 2002. 

[4] Vogel-Heuser, B.; Kegel, G.; Bender, K.; Wucherer, K.: Global Information 

Architecture for Industrial Automation. atp edition – Automatisierungstechnische 

Praxis 51(1-2), S. 108–115, 2009 

[5] Prinz, J., Suchold, N., Drath, R., Lüder, A.: Integriertes Engineering 

durch die standardisierte Beschreibung mechatronischer Objekte 

durch Merkmale. atp edition – Automatisierungstechnische Praxis 

51(7-8), S. 62–69, 2011 

[6] ISO: ISO 7498-1: Information technology – Open Systems Interconnection 

– Basic Reference Model: The Basic Model (1994). 

[7] Hadlich, T.; Diedrich, C.; Eckert, K.; Frank, T.; Fay, A.; Vogel-Heuser, B.: 

Common communication model for distributed automation systems. In 

Proc. IEEE 9th Int. Conf. Industrial Informatics (INDIN), S. 131; 136-141. 

IEEE 2011 

[8] Hodek, St, Loskyll, M., Schlick, J.: Feldgeräte und semantische 

Informationsmodelle. atp edition – Automatisierungstechnische 

Praxis 54(12), S.44. – 51, 2012 

[9] FDT2.0 Technical Specification, FDT Group AISBL, Jodoigne, 

Belgium 2012. 

[10] Riedl, M., Naumann, F.: EDDL. Oldenbourg-Industrie Verlag 2011. 

[11] Simon, R., Kleegrewe, T., Birkhofer, R., Jeske, J.; Field Device Tool: 

FDT, Oldenbourg-Industrie Verlag, München 2005. 

[12] IEC 62769 Devices and integration in enterprise systems; 

Field Device Integration, CD; 2012 

[13] R. Birkhofer et al., Life-Cycle-Management für Produkte und Systeme 

der Automation: Ein Leitfaden des Arbeitskreises Systemaspekte im 

ZVEI Fachverband Automation, Zentralverb. Elektrotechnik- und 

Elektronikindustrie, Fachverb. Automation, Frankfurt, M, 2010 

[14] Diedrich, Chr.; Mühlhause, M.; Riedl, M.; Bangemann, Th.: Mapping of 

smart field device profiles to web services. In: 7th IEEE Int. Workshop 

Factory Communication Systems (WFCS) – Communication in 

Automation, [CD]. IEEE 2008 

[15] Karnouskos, St., Bangemann, Th., Diedrich, Ch.: Integration of Legacy 

Devices in the Future SOA-based Factory. In: Proc. 13th IFAC Symposium 

on Information Control Problems in Manufacturing (INCOM 09), 

[CD], IFAC 2009 

[16] M. Runde, C. Tebbe, K. Niemann: IT-Security in Automatisierungsnetzwerken 

unter Verwendung kryptografischer Maßnahmen. In: Konferenzband 

KommA 2013, S. 157-165, Selbstverlag ifak/inIT 2012. 

[17] J. Kiesbauer: Von der Handdrossel zum smarten Stellgerät. Vortrag 

Namur Hauptsitzung 2013, Bad Neuenahr 

[18] PROFIBUS International, PROFIBUS Profile Guidelines, Part1 

„Identification & Maintenance Functions“, Version 1.1, 2003. 

[19] T. Hadlich, M. Muehlhause, C. Diedrich, in ETFA 2010: Discovery and 

integration of information in a heterogeneous environment. In: Proc. 

IEEE Int. Conf. Emerging Technologies and Factory Automation 

(ETFA’10), CD, IEEE 2010 

[20] S. Sokolov, C. Diedrich: Stammdaten im Engineering. 

In: at – Auto matisierungstechnik 61(6), S. 427-435, 2013. 

[21] PROFIBUS Guideline: PROFIBUS Communication and Proxy Function 

Blocks acc. to IEC 61131-3. Version 1.20, Juli 2001 Order No. 2.182. 

[22] Z. Liu, S. Sokolov, Ch. Diedrich: Flexible Fertigung (in the) cloud. In: 

Tagungsband Automation 2013. S. 415 – 419, VDI 2013. 


10 / 2013 

55

HAUPTBEITRAG 

Selbsterklärende Geräte 

Abbildung semantischer Information auf Parameter mit EDD 

Aktuelle Integrationstechnologien reichen noch nicht aus, um Feldgeräte automatisch zu 

parametrieren. In diesem Beitrag wird ein neuer Ansatz vorgestellt – basierend auf den 

Anforderungen an die Feldgeräte, die bereits im Engineering und bei der Gerätewahl 

entstehen. Die Basis dafür stellen existierende Klassifikationssysteme dar. Die Abbildung 

von diesen Systemen auf die eigentlichen Parameter der Feldgeräte wird direkt in den 

Gerätebeschreibungen definiert. Diese werden direkt vom Gerätehersteller bereitgestellt 

und sind daher der ideale Ort für zusätzliche semantische Information. Der Ansatz ist 

kompatibel zu bestehenden Geräten und Gerätebeschreibungen und erlaubt eine schrittweise 

Unterstützung von Klassifikationsmerkmalen. 

SCHLAGWÖRTER Gerätebeschreibung / Geräteintegration / Merkmale / Engineering 

Self Describing Devices – 

Mapping Semantic Information to EDD Parameters 

Integration technologies have lacked features for automatic parameterization of field devices. 

A new approach is presented that considers the requirements that arise during 

engineering and device selection. It is based on existing classification systems. The mapping 

to the actual device parameters is defined directly in the device descriptions. These 

are provided by the device manufacturer and are therefore the ideal place for additional 

semantic information. This approach is compatible with existing devices and device 

descriptions and thus enables the step-by-step support of classification properties. 

KEYWORDS device description / device integration / properties 

56 


10 / 2013

DIRK JOHN, BENJAMIN DANZER, ABB 

MATTHIAS RIEDL, HOLGER ZIPPER, Ifak 

Feldgeräte besitzen eine Vielzahl von Parametern, 

um sie an Produktionsprozesse genau anpassen 

zu können. Das erschwert die Erstinbetriebnahme 

und den Tausch zweier Geräte bei Wartung 

oder Defekt – vor allem, wenn es sich um Feldgeräte 

mit unterschiedlicher Firmware oder um Geräte 

verschiedener Hersteller handelt. 

Derzeit werden Feldgeräte über eine Konfigurations-, 

Parametrier- und Diagnosesoftware (CPD Tool) an den 

Prozess angepasst. Die direkte Übernahme der Planungsdaten 

in diese Tools ist jedoch nur schwer möglich, da 

die Gerätemodelle der beiden Welten Planung und Inbetriebnahme 

zu verschieden sind. Die Geräteparametrierung 

muss daher noch zusätzlich auf Basis der Planungsdaten 

und der Gerätedokumentation erstellt werden. 

Dabei bieten Kommunikationsprotokolle wie Profibus 

PA/Profinet [1] oder Hart [2], vielfältige Möglichkeiten zur 

Auskunft und Übertragung benutzerdefinierter beziehungsweise 

großer Datenmengen und zur Geräteidentifikation. 

Allerdings lassen sich aus den Planungsdaten noch 

keine Datensätze für die Geräteparametrierung ableiten. 

Der Gerätetausch funktioniert beim Ersatz des gleichen 

Gerätetyps eines Herstellers. In Profibus PA 3.02 [3] wurden 

zudem Vorkehrungen getroffen, Information über die 

Abwärtskompatibilität der Gerätefirmware zu erhalten 

beziehungsweise das Gerät gezielt auf das Verhalten einer 

Vorversion setzen zu können. Diese Information lässt sich 

von den Integrationstechnologien wie EDDL, FDT oder FDI 

direkt für die Inbetriebnahme und Wartung benutzen. 

Um den Gerätetausch zu automatisieren, muss ein Leitsystem 

bestimmte Basisfunktionalitäten unterstützen. 

Dabei handelt es sich um: Identifikation eines Gerätes, 

Auslesen und Schreiben der Konfiguration und Parameter, 

Benachrichtigung über die Notwendigkeit der Parametrierung, 

Validierung des Parametersatzes und automatische 

Zuordnung der Anforderungen (des Prozesses, 

für Regelung und so weiter) zu Geräteparametern. Es geht 

also um Kommunikations- und Semantikfunktionen. 

Die Kommunikationsfunktionen lassen sich in Kombination 

mit den standardisierten Kommunikationsprotokollen 

und den oben genannten Geräteintegrationstechnologien 

realisieren, zum Beispiel Identificationand-Maintenance-Funktionen 

(I&M) [4] zur Identifizierung 

oder Alarme für die Benachrichtigung. 

Momentan fehlt diesen Technologien semantische Information 

über die Bedeutung der Parameter, eine automatische 

Transformation auf Basis des Parameternamens 

ist nicht realistisch. Verschiedene Feldbusse definieren 

Profile, die für einen Basissatz die Bedeutung von 

Parametern herstellerübergreifend definieren. Die über 

das Profil beschriebenen Parameter können also zu einem 

gewissen Grad automatisiert verarbeitet werden. 

Problematisch bleibt jedoch die Nutzung herstellerspezifischer 

Parameter, da für diese die Bedeutung in der 

Regel nur im Handbuch beziehungsweise der Gerätedokumentation 

nachgelesen werden kann. 

1. NUTZUNG STANDARDISIERTER MERKMALE 

In frühen Planungsphasen einer Anlage sind die groben 

technischen Abläufe bekannt und liegen oft als Fließbilder 

oder in ähnlicher Form vor. Daraus ergeben sich erste 

Anforderungen an die Geräte der Anlage und Signale zwischen 

den Geräten. In den nachfolgenden Planungsschritten 

kommen weitere funktionale und nichtfunktionale 

Anforderungen hinzu. Auf Basis dieser Anforderungen 

wurden Geräte ausgewählt, mit denen die entsprechende 

Automatisierungsfunktion verwirklicht werden soll. 

Ein Beispiel: Ein pneumatisches Stellventil soll abhängig 

von einer Temperatur geregelt werden. Der Regler 

wird für diesen Fall im SPS-Programm realisiert. Der 

Temperatursensor besitzt einen Temperaturmessbereich 

zwischen 0 °C und 100 °C. Der Sensor wandelt den Temperaturwert 

in einen korrespondierenden Widerstandswert 

um, der im Temperaturtransmitter entsprechend 

aufbereitet wird (Linearisierung, Einheitenanpassung). 

Vom Temperaturtransmitter wird dieser Wert über ein 

Profibus-Telegramm, das immer noch die gleiche, gemessene 

Temperatur repräsentiert, weitergegeben. Der Wert 

wird von der Steuerung interpretiert und verarbeitet. 

Daraus könnte sich beispielsweise ein Stellwert von 


10 / 2013 

57

HAUPTBEITRAG 

20 mm für das pneumatische Stellventil ergeben. Dieser 

Sollwert würde über ein Profibus-Telegramm an das Gerät 

gesendet und dort in einen Druck umgewandelt werden, 

der zur Bewegung von 20 mm führt. 

Daher sind alle Anforderungen an die Geräte und Geräteparameter 

bekannt: zum einen durch die Anforderungen 

des Prozesses, zum anderen ergeben sie sich aus 

der Signalkette, zum Beispiel Einheiten, Darstellung, 

Messgröße. 

Schlussfolgerung: Wenn diese Information ausreicht, 

um festzustellen, dass ein Gerät alle Anforderungen 

erfüllen kann, muss sie auch zum Parametrieren 

ausreichen. 

Fragestellung: Lässt sich eine Abbildung von dieser 

Information auf die Parameter eines Feldgerätes 

finden? 

Während der Planung einer Anlage entsteht Information, 

die die Parametrierung zur Inbetriebnahme oder Laufzeit 

erleichtert (siehe Bild 1). Wichtig ist, dass diese 

Merkmale während des Engineerings so aufgenommen 

werden, dass sie später bei der Geräteparametrierung zur 

Verfügung stehen und zudem in einem maschinenlesbaren 

Format vorliegen. Dieses Format muss Name und 

zugehörige Werte der Merkmale enthalten und umfassende 

semantische Information und Beziehungen zwischen 

den Merkmalen abbilden. In Bild 2 sind die Vorteile 

bei der durchgängigen Nutzung von Merkmalen 

schematisch dargestellt. Der obere Teil beschreibt den 

aktuellen Stand, darunter befinden sich weitere Möglichkeiten 

der Nutzung von Merkmalen. 

1.1 Was sind Merkmale? 

Detaillierte Beschreibungen, was solche Merkmale bedeuten, 

sind bereits im E-Commerce-Umfeld entstanden. 

Klassifikationssysteme zur standardisierten Beschreibung 

von Geräteeigenschaften haben sich etabliert. 

Diese sollen durch standardisierte Austauschformate 

den E-Commerce vereinfachen, was durch die 

steigende Komplexität der Produkte in der Automatisierungstechnik 

und somit die der Kataloge zunehmend 

wichtig wird. Beispiele für solche Systeme sind: 

eCl@ss (enthält Prolist/NE 100 [5]), UNSPSC oder Etim. 

Besonders interessant für die Prozessautomation ist 

eCl@ss, das auf den Datenmodellen nach ISO 13584 [6]/ 

IEC 61360 [7] basiert. 

eCl@ss ist ein gewerbeübergreifendes System zur Klassifikation 

und Beschreibung von Produkten. Es besteht 

aus 29 Segmenten, neben Elektro-, Automatisierungsund 

Prozessleittechnik auch aus Segmenten der Lebensmittel- 

oder Medizintechnik. Die Produkte werden in 

Main Groups und Groups unterteilt, zum Beispiel Generator 

und Generator > 100 MVA. Bild 3 zeigt ein Schema 

der Struktur und Bild 4 liefert dafür ein Beispiel. 

Produkte werden in eCl@ss durch Merkmale klassifiziert, 

die unter anderem aus einer eindeutigen Identifikation, 

einem Typ und einer Beschreibung bestehen. Des Weiteren 

können sie in Bezug zu anderen Merkmalen stehen. 

Durch das Austauschformat auf XML-Basis sind eCl@ss- 

Produktbeschreibungen per Design maschinenlesbar und 

daher für die automatische Verarbeitung geeignet. 

2. LÖSUNG 

Für eine automatische Parametrierung von Geräten ist es 

notwendig, Information aus dem gesamten Planungsprozess 

einer Anlage zu berücksichtigen. Letztendlich sind 

es Geräteintegrationstechnologien, die die Verbindung 

zwischen einem Gerät und dem Leitsystem herstellen. Von 

daher ist eine Abbildung von Merkmalen auf eine Gerätebeschreibungstechnologie 

wie in Bild 5 gezeigt die beste 

Möglichkeit, die Geräteparametrierung durch Merkmale 

zu ermöglichen. So lassen sich auch ältere Geräte ohne 

Änderung der Gerätesoftware mit Merkmalen parametrieren. 

Darüber hinaus können gemeinsame Merkmale in 

einer Standardbibliothek gehandhabt werden. Ein weiterer 

Vorteil ist, dass die oft vorhandenen Abhängigkeiten 

zwischen Parametern durch die Beziehungen zwischen 

den Merkmalen automatisch erfasst werden. 

Prinzipiell lässt sich ein solches Verfahren für alle 

verbreiteten Geräteintegrationstechnologien umsetzen. 

Nachfolgend wird dies am Beispiel von EDDL dargestellt. 

Als Integrationstechnologie wird EDD von der 

Hart Communication Foundation, der Fieldbus Foundation 

und den Profibus-Nutzerorganisationen (PNO) 

unterstützt. So werden für Hart-EDD Grundlagen für die 

Universal- und Common-Practice Kommandos, für FF 

die Blocktypen und Geräteprofile und seitens der PNO 

ebenfalls das PA-Profil als EDD-Bibliothek den Geräteherstellern 

bereitgestellt. Durch den quelloffenen Ansatz 

ist es für den Gerätehersteller sehr kostengünstig, 

EDD auf Basis dieser Bibliotheken zu erstellen. Weiterhin 

ist es möglich, die Merkmale auf die standardisierten 

Geräteparameter abzubilden und diese Abbildungsregeln 

ebenfalls als eine herstellerübergreifende Bibliothek 

zur Verfügung zu stellen. 

Komponentenbasierte Ansätze wie FDT haben hier den 

Nachteil, dass herstellerübergreifende Standardkomponenten 

wie die Profibus PA-Parameter für die DTM durch 

die Nutzerorganisationen nicht zur Verfügung stehen. 

Für die automatische Geräteparametrierung müssen die 

verschiedenen Komponenten einer Anlage zusammenwirken: 

Leitsystem, Engineeringwerkzeuge und Geräteintegrationswerkzeuge 

beziehungsweise Gerätebeschreibungen. 

Die Kommunikationssysteme müssen eine zuverlässige 

Identifikation der Feldgeräte ermöglichen, zum Beispiel 

durch die I&M-Daten bei Profibus und Profinet. 

2.1 Überblick 

Aus den im Engineeringprozess entstandenen Gerätemerkmalen 

und Werten wird eine Merkmalsmenge abgeleitet, 

auf deren Basis das Gerät zu parametrieren ist. 

Dies kann durch ein Engineeringwerkzeug und das Leitsystem 

erfolgen. Im Leitsystem ist die Interaktion mit 

den Gerätebeschreibungen implementiert. Voraussetzung 

ist eine Schnittstelle, um den Austausch von Merkmalen 

mit den Gerätebeschreibungen zu ermöglichen. 

Die tatsächliche Abbildung auf Parameter erfolgt in der 

Gerätebeschreibung in einem zweistufigen Prozess. 

Auf Basis allgemeiner, das heißt gerätetypunabhängiger 

Abbildungsregeln, werden die Werte der Parameter aus 

den Merkmalen bestimmt. Es ist möglich, dass mehr als 

ein Geräteparameter von einem Merkmal abhängt, zum 

Beispiel wenn ein Merkmal neben dem Zahlenwert noch 

58 


10 / 2013

Removal 

Task 

Front End 

Engineering 

Customer 

• Customer states 

his expectations 

Plant 

Manufacturer 

• Engineering 

Customer 

• Overviews the 

changes 

Plant 

Manufacturer 

• Adapt 

Devices 

• Parameterize 

Lots of documents 

Operation / 

Optimization / 

Maintenance 

Signal 

•Properties 

• Requirements 

Basic Engineering 

Customer 

• Customer 

expectation using 

properties 

Plant 

Manufacturer 

• Engineering 

• Completes 

properties 

Customer 

• Overviews the 

changes 

Plant 

Manufacturer 

• Adapt properties 

Devices 

• Generate device 

parameterization 

from properties 

BILD 2: Entwicklung einer Anlage 

Commissioning 

Detail Engineering 

Procurement 

BILD 1: Planungsschritte und Ergebnisse 

für Signale und Parameter 

BILD 3: 

Strukturschema von 

eCl@ss mit Hauptund 

Untergruppen 

Segments 

Main groups 

Groups 

Commodity classes 

Properties for the 

description of products 

and services – Standard 

sets of properties and 

keywords 

BILD 4: Beispiel 

einer Strukturierung 

gemäß eCl@ss 

DCS 

Classification 

Properties 

DD 

Parameter 

BILD 5: Parametrierung mit Merkmalen 

Communication 

System 

Device 

die physikalische Einheit umfasst. Es muss also geprüft 

werden, welche Parameter von dem Merkmal abhängig 

sind und ob hier die allgemeine Abbildungsregel gilt. 

Merkmale mit gerätetypspezifischen Besonderheiten werden 

in Schritt zwei verarbeitet. 

Gerätetypspezifische Abbildungen sind beispielsweise 

nötig bei speziellen Datentypen, Abhängigkeiten zu anderen 

Parametern oder falls Berechnungen und zusätzliche 

Gültigkeitsprüfungen durchgeführt werden müssen. Hier 

können zudem Anforderungen für weitere Merkmale entstehen, 

um eine gültige Parametrierung zu erreichen. In 

diesem Fall wird eine Liste dieser Merkmale erstellt, die 

vom Leitsystem entsprechend verarbeitet und zur Verfügung 

gestellt wird. Wenn die Abbildung erfolgreich verlief 

und keine zusätzlichen Anforderungen vorliegen, können 

die Parameter zum Gerät übertragen werden. 

Die Abbildung von Merkmalen auf Geräteparameter 

direkt in der EDD vorzunehmen, statt durch zukünftige 

Technologien wie FDI und OPC [6] zu realisieren, bringt 

den Vorteil, dass ein Gerätehersteller semantische Information 

über das Gerät und dessen Parameter bereitstellen 

kann und trotzdem kompatibel mit allen bisherigen 

Technologien und Systemen bleibt. 

2.2 Vorgehen 

Voraussetzung ist, dass in der EDD eine Liste der EDD- 

Variablen definiert ist, die für die Abbildung untersucht 

werden sollen. Jede dieser EDD-Variablen enthält einen 

Tag, der angibt, zu welchen Merkmalen diese Variable 

gehört. Im Detail kann die Abbildung von Merkmalen 

auf Geräteparametern durch folgende Sequenz von Aktionen 

durchgeführt werden: 

1 | Das Leitsystem startet den Vorgang. Dafür werden 

alle Anforderungen an das Gerät, die als Merkmal 

vorliegen, an den EDD-Algorithmus gegeben. Jedes 

Merkmal wird durch ein Kennzeichen (identifier, 

ID) eindeutig identifiziert. 

2 | Die Variablen der EDD werden durchsucht bis eine 

Variable gefunden wird, deren Tag zu der ID des 

Merkmals passt. Wurde eine Variable gefunden, kann 

das Mapping für dieses Merkmal fortgesetzt werden. 

3 | Anhand der ID wird die passende Abbildungsmethode 

gesucht. Diese kann entweder die Standard- 

Abbildungsmethode sein oder eine gerätetypspezifische 

Methode. 


10 / 2013 

59

HAUPTBEITRAG 

BILD 6: Zusammenhang zwischen Merkmalen, 

Merkmalskatalog und Mapping 

4 | Der Wert des Merkmals wird mit Hilfe der Abbildungsmethode 

in einen Wert für die Variable umgewandelt. 

Nach erfolgreichem Mapping wird 

dieser Wert der entsprechenden Variablen zugewiesen. 

5 | Die Schritte 2 bis 5 werden für dasselbe Merkmal 

wiederholt, denn es können mehrere Parameter von 

einem Merkmal abhängen. 

6 | Für alle weiteren Merkmale werden die Schritte 2 

bis 5 wiederholt, bis alle Merkmale erfolgreich auf 

Gerätevariablen abgebildet wurden oder ein Fehler 

auftritt. Im Erfolgsfall wird die Geräteparametrierung 

anschließend zum Gerät geschrieben. Im Fehlerfall 

werden alle Variablen zu ihren vorherigen, 

gültigen Werten zurückgesetzt. 

Die Abbildung ist erfolgreich, wenn jedes einzelne Merkmal 

mindestens einmal auf eine Gerätevariable abgebildet 

wurde und die Abbildung erfolgreich verlief. Es ist 

die Aufgabe der Gerätebeschreibung zu garantieren, dass 

alle notwendigen Variablen untersucht werden. Die Abbildung 

ist fehlerhaft, wenn keine Variable mit dem passenden 

Tag gefunden wird, der Katalog keine entsprechende 

Regel enthält oder die Abbildungsmethode einen 

Fehler signalisiert. 

3. EDD-MERKMALSKATALOG 

EDD mit Unterstützung für eCl@ss können einen 

eCl@ss-Katalog einbinden (Bild 6 zeigt eine Übersicht). 

In diesem Katalog sind Variablen und Abbildungsfunktionsprototypen 

für die in eCl@ss beschriebenen Merkmale 

definiert. Für jedes Merkmal, das für die Automatisierung 

relevant ist, stellt der Katalog eine Repräsentation 

des Merkmals in EDDL-Syntax und -Semantik 

bereit. Zu jeder Variable gibt es zudem einen Funktionsprototypen 

(EDDL: #define). Im Normalfall wird eine 

Funktion genutzt, die den gleichen Datentyp bei dem 

Merkmal und bei der EDD-Variable annimmt, also eine 

einfache Kopie. Abhängig vom Gerätetyp kann diese 

jedoch überschrieben (EDDL: #undef, #define) und angepasst 

werden, falls zum Beispiel andere Datentypen 

verwendet werden müssen oder eine komplexere Logik 

notwendig ist. 

Der Merkmalskatalog ist eine Bibliothek, die ebenfalls 

in EDD realisiert ist, ähnlich dem Hart-Katalog oder der 

Profibus PA-Bibliothek. 

Hart und Profibus PA definieren zudem viele Standardparameter 

wie Funktions- oder Transducer-Blöcke. 

Diese Standard-Parameter können auch in einen Standard-Merkmalskatalog 

abgebildet werden, sodass die 

Basisfunktionalität für solche Geräte automatisch abgedeckt 

wird. 

Die EDD wird lediglich durch die Merkmale und die 

entsprechenden Abbildungen ergänzt. Da dies auf Basis 

einzelner Merkmale beziehungsweise Parameter 

geschieht, können bestehende EDD um die Unterstützung 

ausgewählter Merkmale erweitert werden. Hierfür 

sind keine neuen Sprachelemente erforderlich, 

sodass diese EDD weiter mit allen bisherigen Systemen 

funktionieren. Da die Funktionalität des Katalogs 

hauptsächlich durch Makros realisiert ist, kann eine 

bestehende EDD ohne inkompatible Änderungen um 

die Unterstützung einzelner Merkmale erweitert werden 

und neue Geräte und Gerätebeschreibungen können 

so entworfen werden, dass der Katalog (fast) automatisch 

funktioniert. Merkmale für Profilparameter 

können so einfach integriert werden. 

4. WIE VIELE PARAMETER LASSEN SICH ABBILDEN? 

Untersuchungen zeigen, dass sich, abhängig von der 

Geräteart, über 75 % des Geräteparametersatzes durch 

eCl@ss-Merkmale abbilden lassen. 

Aktuell trifft das vor allem für Messgeräte zu. Hier 

sind für fast alle Geräteparameter Merkmale definiert, 

auch für herstellerspezifische Parameter. Problematisch 

ist die Parametrierung von Geräten wie Stellventilen, 

zu denen fast gar keine technischen Merkmale 

definiert sind. 

Gerätehersteller können bei der Neuimplementierung 

der Gerätebeschreibungen direkt auf Kompatibilität zu 

eCl@ss-Merkmalen achten, beispielsweise bei Datentypen, 

Bezeichnern, um einen möglichst großen Teil der 

Parameter durch die allgemeinen Abbildungsregeln abzudecken. 

Ein Gerätehersteller muss prinzipiell drei 

Anpassungen an der Geräte-EDD vornehmen: 

Einbinden des eCl@ss-Katalogs 

Zuweisen der Merkmal-ID zu den entsprechenden 

EDD-Variablen 

Anpassen der speziellen Abbildungsmethoden, 

wo notwendig 

Systemhersteller müssen vor allem den Engineeringprozess 

auf Basis von Merkmalen unterstützen und diese 

Information zum Parametrieren bereitstellen. Entsprechend 

müssen Gerätebeschreibungsfunktionen, die die 

Parametrierung durch Merkmale durchführen, angebunden 

werden. Außerdem ist es notwendig, dass sich Hersteller 

von Geräten und Systemen in den Standardisierungsprozess 

um eCl@ss einbringen, um möglichst viele 

Gerätetypen abzudecken. 

60 


10 / 2013

FAZIT 

Feldgeräte automatisch zu parametrieren, reduziert den 

Aufwand bei Erstinbetriebnahme oder beim Gerätetausch 

stark und verringert auch die Wahrscheinlichkeit von Fehlern. 

Dafür können die aktuell zum E-Commerce und Engineering 

eingesetzten Klassifikationssysteme wie eCl@ss 

eingesetzt werden, die Produkte auf Basis standardisierter 

Merkmale beschreiben. Hierdurch lässt sich Information, 

die im Engineering als Anforderungen an die Geräte entsteht, 

detailliert erfassen und maschinenlesbar speichern. 

Auf dieser Basis kann ein Satz von Merkmalen abgeleitet 

werden, der die Geräteparametrierung beschreibt. Mit den 

aktuellen Integrationstechnologien wie EDD kann dieser 

Merkmalssatz in tatsächliche Geräteparameter umgewandelt 

und zum Gerät geschrieben werden. Ein genereller 

Merkmalskatalog verringert den Aufwand bei der Anpassung 

der Gerätebeschreibung erheblich. 

Der zentrale Punkt ist, dass die Abbildung der Merkmale 

auf Geräteparameter durch die Gerätebeschreibungen 

definiert wird. Diese werden direkt vom Gerätehersteller 

bereitgestellt und sind daher der ideale Ort für zusätzliche 

semantische Information. Im Beitrag wurde ein Ansatz 

dafür vorgestellt, der zu bestehenden Geräten und Gerätebeschreibungen 

kompatibel ist und eine schrittweise Unterstützung 

von Merkmalen erlaubt. Da hierfür die bestehenden 

EDDL-Sprachmittel ausreichend sind, arbeiten 

diese EDD weiter mit bestehenden Systemen zusammen, 

wodurch eine Umstellung Schritt für Schritt erfolgen kann. 

Durch die durchgängige Nutzung von Merkmalen lassen 

sich das Engineering und die Beschaffung von Feldgeräten 

sowie die Inbetriebnahme und Wartung der Anlagen 

vereinfachen. Die Interoperabilität zwischen den 

Geräten verschiedener Hersteller wird verbessert. 

REFERENZEN 

[1] IEC2007: International Electrotechnical Committee: 

Industrial communication networks – Fieldbus 

specifications, IEC 61158, 2007 

[2] HCF 2011: HART Device Description Language 

Specification, Januar 2011 

[3] PNO2009: PROFIBUS PA Profile for Process Control 

Devices, V3.02, April 2009 

[4] PNO2009a: PNO Profile Guidelines, Part 1: Identification 

& Maintenance Function, Version 1.2, Oktober 2009 

[5] NE 100: NAMUR Recommendation: Use of Lists of 

Properties in Process Control Engineering Workflows, 

Version 3.0 

[6] PROLIST open 2012 – PROLIST und FDI Lückenlos 

von der Bestellung zum Gerätemanagement, 

November 2012 

[7] ISO 13584: Industrial automation systems and 

integration – Parts library, Dezember 2010 

[8] IEC 61360: Common Data Dictionary 

(CDD - V2.0012.0001), Oktober 2012 


31.05.2013 


AUTOREN 

ABB AG Forschungszentrum Deutschland, 

Wallstadter Str. 59, D-68526 Ladenburg 

Dr.-Ing. DIRK JOHN (geb. 1971) ist seit 2001 

Mitarbeiter am ABB Forschungszentrum 

Deutschland. Seit 2005 leitet er die Gruppe 

„Intelligent Devices“ und beschäftigt sich im 

Rahmen dieser Tätigkeit mit verschiedenen 

Aspekten der Software für Automatisierungsgeräte, 

unter anderem der Geräteintegration, 

vor allem mit FDI. 

Dr.-Ing. BENJAMIN DANZER (geb. 1977) ist 

derzeit entsandt zu ABB in Norwegen und 

arbeitet an der Simulation von Leitsystemen. 

Zuvor war er bei ABB im Forschungszentrum 

Deutschland auf dem Gebiet der intelligenten 

Feldgeräte und industriellen Kommunikation 

tätig. Seine Arbeitsschwerpunkte sind 

Geräteintegration und damit verbundene 

Technologien beispielsweise FDI. Er studierte 

Maschinenbau an der Technischen Universität München und 

promovierte an der Technischen Universität München am 

Lehrstuhl für Informationstechnik im Maschinenwesen (Prof. 

Bender) im Bereich Geräteintegration. 

ABB AS, 

Integrated Operations, 

Ole Deviks Vei 10, 0666, Oslo, Norwegen, 

Tel: +47 241 653 63, 

E-Mail: benjamin.danzer@no.abb.com 

Dr.-Ing. MATTHIAS RIEDL (geb. 1967), Studium 

der Informatik bis 1994 in der Otto-von-Guericke-Universität 

Magdeburg, seitdem wissenschaftlicher 

Mitarbeiter und Schwerpunktleiter 

am ifak mit Schwerpunkt Fachsprachen 

und Inbetriebnahmewerkzeuge, 2005 Promotion 

zum Thema verteilter Steuerungssysteme, 

seit 2008 Bereichsleiter in verschieden 

Geschäftsfeldern. 

ifak Magdeburg, 

Werner-Heisenberg-Str. 1, D-39106 Magdeburg 

HOLGER ZIPPER (geb. 1986) Nach dem 

Studium der technischen Kybernetik 

und Systemtechnik an der Otto-von- 

Guericke-Universität Magdeburg bis 2011 

ist er als wissenschaftlicher Mitarbeiter 

am ifak tätig. Er beschäftigt sich mit den 

Themen Geräte integration und 

verteilter Test. 

ifak Magdeburg, 

Werner-Heisenberg-Str. 1, D-39106 Magdeburg 


10 / 2013 

61

IMPRESSUM / VORSCHAU 

IMPRESSUM 

VORSCHAU 

Verlag: 


Arnulfstraße 124, D-80636 München 

Telefon + 49 (0) 89 203 53 66 0 

Telefax + 49 (0) 89 203 53 66 99 


Geschäftsführer: 

Carsten Augsburger, Jürgen Franke 

Verlagsleiterin: 

Kirstin Sommer 

Spartenleiterin: 

Anne Purschwitz geb. Hütter 

Herausgeber: 

Dr.rer.nat. Thomas Albers 

Dr. Gunther Kegel 

Dipl.-Ing. Hans-Georg Kumpfmüller 

Dr.-Ing. Wilhelm Otten 

Beirat: 

Dr.-Ing. Kurt Dirk Bettenhausen 

Prof. Dr.-Ing. Christian Diedrich 

Prof. Dr.-Ing. Ulrich Epple 

Prof. Dr.-Ing. Alexander Fay 

Prof. Dr.-Ing. Michael Felleisen 

Prof. Dr.-Ing. Georg Frey 

Prof. Dr.-Ing. Peter Göhner 

Dipl.-Ing. Thomas Grein 

Prof. Dr.-Ing. Hartmut Haehnel 

Dr.-Ing. Jörg Kiesbauer 

Dipl.-Ing. Rolf Marten 

Dipl.-Ing. Gerald Mayr 

Dr. Jörg Nothdurft 

Dr.-Ing. Josef Papenfort 

Dr. Andreas Wernsdörfer 

Dipl.-Ing. Dieter Westerkamp 

Dr.rer.nat. Christian Zeidler 

Organschaft: 

Organ der GMA 

(VDI/VDE-Gesell schaft Messund 

Automatisierungs technik) 

und der NAMUR (Interessengemeinschaft 

Automatisierungstechnik 

der Prozessindustrie). 

Redaktion: 

Anne Purschwitz geb. Hütter (ahü) 

(verantwortlich) 

Telefon + 49 (0) 89 203 53 66 58 

Telefax + 49 (0) 89 203 53 66 99 

E-Mail: purschwitz@di-verlag.de 

Aljona Hartstock (aha) 

Telefon + 49 (0) 89 203 53 66 78 

E-Mail: hartstock@di-verlag.de 

Gerd Scholz (gz) 

Einreichung von Hauptbeiträgen: 

Prof. Dr.-Ing. Leon Urbas 

(Chefredakteur, verantwortlich 

für die Hauptbeiträge) 

Technische Universität Dresden 

Fakultät Elektrotechnik 

und Informationstechnik 

Professur für Prozessleittechnik 

D-01062 Dresden 

Telefon +49 (0) 351 46 33 96 14 

E-Mail: urbas@di-verlag.de 

Fachredaktion: 

Dr.-Ing. Michael Blum 

Dipl.-Ing. Heinrich Engelhard 

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite 

Dr.-Ing. Bernhard Kausler 

Dr.-Ing. Niels Kiupel 

Prof. Dr.-Ing. Gerrit Meixner 

Dr.-Ing. Jörg Neidig 

Dipl.-Ing. Ingo Rolle 

Dr.-Ing. Stefan Runde 

Prof. Dr.-Ing. Frank Schiller 

Bezugsbedingungen: 

„atp edition – Automatisierungstechnische 

Praxis“ erscheint 

monatlich mit Doppelausgaben im 

Januar/Februar und Juli/August. 

Bezugspreise: 

Abonnement jährlich: € 468,– + € 30,–/ 

€ 35,– Versand (Deutschland/Ausland); 

Heft-Abonnement + Online-Archiv: 

€ 638,40; ePaper (PDF): € 468,–; 

ePaper + Online-Archiv: € 608,40; 

Einzelheft: € 55,– + Versand; 

Die Preise enthalten bei Lieferung 

in EU-Staaten die Mehrwertsteuer, 

für alle übrigen Länder sind es 

Nettopreise. Mitglieder der GMA: 30% 

Ermäßigung auf den Heftbezugspreis. 

Bestellungen sind jederzeit über den 

Leserservice oder jede Buchhandlung 

möglich. 

Die Kündigungsfrist für Abonnementaufträge 

beträgt 8 Wochen zum Bezugsjahresende. 

Abonnement-/ 

Einzelheftbestellung: 

DataM-Services GmbH, Leserservice atp 

Herr Marcus Zepmeisel 

Franz-Horn-Str. 2, 97082 Würzburg 

Telefon + 49 (0) 931 417 04 59 

Telefax + 49 (0) 931 417 04 94 

leserservice@di-verlag.de 

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den Anzeigenteil: 

Inge Matos Feliz 

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Telefax + 49 (0) 89 203 53 66 99 

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Es gelten die Preise der Mediadaten 2013 

Anzeigenverwaltung: 

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Art Direction / Layout: 

deivis aronaitis design | dad | 

Druck: 

Druckerei Chmielorz GmbH, 

Ostring 13, 

D-65205 Wiesbaden-Nordenstadt 

Gedruckt auf chlor- und 

säurefreiem Papier. 

Die atp wurde 1959 als „Regelungstechnische 

Praxis – rtp“ gegründet. 

DIV Deutscher Industrieverlag 

GmbH München 

Die Zeitschrift und alle in ihr enthaltenen 

Beiträge und Abbildungen sind urheberrechtlich 

geschützt. Mit Ausnahme der 

gesetzlich zugelassenen Fälle ist eine 

Verwertung ohne Ein willigung des Verlages 

strafbar. 

Gemäß unserer Verpflichtung nach § 8 

Abs. 3 PresseG i. V. m. Art. 2 Abs. 1c DVO 

zum BayPresseG geben wir die Inhaber 

und Beteiligungsverhältnisse am Verlag 

wie folgt an: 

DIV Deutscher Industrieverlag GmbH, 

Arnulfstraße 124, D-80636 München. 

Alleiniger Gesellschafter des Verlages 

ist die ACM-Unternehmensgruppe, 

Ostring 13, 

D-65205 Wiesbaden-Nordenstadt. 

ISSN 2190-4111 

DIE AUSGABE 11 / 2013 DER 

ERSCHEINT AM 04.11.2013 

MIT DEM SCHWERPUNKT 

„PLUG & PRODUCE – TRAUM ODER ALBTRAUM?“ 


-management – Teil 2: 

Integriertes Engineering mit 

Simatic PDM und FDI 

Simulation und modellbasiertes 

Testen quasi en passant – 

Bausteinbibliothek für 

Prozess- und Anlagenmodule 

Fähigkeiten adaptiver 

Produktionsanlagen 

Aus aktuellem Anlass können sich die Themen 

kurzfristig verändern. 

LESERSERVICE 

E-MAIL: 

leserservice@di-verlag.de 

TELEFON: 

+ 49 (0) 931 417 04 59 

62 


10 / 2013

da 

steckt mehr 

dahinter

4. Explosionsschutz-Sprechstunde 

Explosionsschutz 

18. + 19.11.2013, Mannheim, Pepperl+Fuchs GmbH 

www.explosionsschutz-sprechstunde.de 

Veranstaltungskonzept 

Haben Sie Fragen zur Umsetzung der Betriebssicherheitsverordnung oder zur 

Anwendung der einschlägigen Normen zum Explosionsschutz? Dann sind Sie hier 

richtig! Reichen Sie Ihre Fragen rund um den Explosionsschutz ein. Diskutieren Sie mit 

Experten Ihre aktuellen Themen am 18. und 19. November 2013 in Mannheim! 

Termin 

Montag, 18.11.2013 

Veranstaltung (11:30 – 17:30 Uhr) 

„Get-Together“ mit Abendessen (ab 18:00 Uhr) 

Dienstag, 19.11.2013 

Veranstaltung (9:00 – 15:00 Uhr) 

Ort 

Pepperl+Fuchs GmbH 

Lilienthalstr. 200 

68307 Mannheim 

Teilnahmegebühren 

atp edition-Abonnenten 540 € zzgl. MwSt. 

Firmenempfehlung 590 € zzgl. MwSt. 

reguläre Teilnahmegebühr 690 € zzgl. MwSt. 

Studenten kostenlos 

(Universität, Fachhoch- / Duale Hochschule – Vorlage des Studentenausweises bei der 

Anmeldung erforderlich) 

Im Preis enthalten sind die Tagungsunterlagen sowie die Verpflegung während der 

Veranstaltung (inkl. gemeinsames Abendessen). 

Anmeldung 

Detaillierte Informationen zur Veranstaltung, das vollständige Programm sowie die 

Online-Anmeldung finden Sie im Internet unter 

www.explosionsschutz-sprechstunde.de

Referenten 

Gerhard Jung, Pepperl+Fuchs GmbH 

Stefanie Klein, DSM Nutritional Products 

Ralf Knitt, Pepperl+Fuchs GmbH 

Arnold Staedel, TÜV SÜD Industrie Service GmbH, Niederlassung Nürnberg 

Michael Wenglorz, Pepperl+Fuchs GmbH 

Thomas Westers, Pepperl+Fuchs GmbH 

Dr.-Ing. Michael Wittler, Dekra Exam GmbH 

Programm 

Moderation: Anne Purschwitz geb. Hütter, atp edition 

Montag, 18.11.2013 

11:30 Begrüßung und Vorstellung der Referenten und des Programms 

Anne Purschwitz 

12:15 Mittagessen 

13:00 Elektrostatik - Die neue technische Spezifikation IEC 60079-32 

Dr. Michael Wittler 

14:00 Nachweis der Eigensicherheit und DART 

Michael Wenglorz 

15:00 Pause 

15:30 Zentrifuge als Zündquelle – Anforderungen an die Zuverlässigkeit der 

Inertisierung von Zentrifugen. 

Stefanie Klein 

16:30 Funktionale Sicherheit im Explosionsschutz 

Arnold Staedel 

17:30 Fahrt zum Hotel und Einchecken 

18:00 Bustransfer vom Hotel zum „Get-Together“ 

Dienstag, 19.11.2013 

09:00 Parallele Workshops 

13:30 Mittagessen 

14:15 Zusammenfassung der Ergebnisse 

15:00 Ende der Veranstaltung 


Anne Purschwitz geb. Hütter 

Arnulfstraße 124 

80636 München 

Tel.: +49 (0) 89 203 53 66-58 

Fax: +49 (0) 89 203 53 66-99 

E-Mail: purschwitz@di-verlag.de 

www.sil-sprechstunde.de 

Pepperl+Fuchs GmbH 

Sandra Achenbach 

Lilienthalstraße 200 

68307 Mannheim 

Tel.: +49 (0) 621 776-2176 

Fax: +49 (0) 621 776-1108 

E-Mail: sachenbach@de.pepperl-fuchs.com 

www.pepperl-fuchs.de

Erreichen Sie die Top-Entscheider 

der Automatisierungstechnik. 

Sprechen Sie uns an wegen Anzeigenbuchungen 

und Fragen zu Ihrer Planung. 

Inge Matos Feliz: Tel.: +49 89 203 53 66-22 

E-Mail: matos.feliz@di-verlag.de

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