Module Type Package (MTP)

Met de publicatie van de eerste drafts voor standaarden voor de Module Type Package (MTP) begint het concept van modulaire automatisering in de procesindustrie stilaan vorm te krijgen. Bedoeling van MTP is dat modules in een plant op een transparante en leveranciersonafhankelijke manier geïntegreerd kunnen worden in een overkoepelend procescontrolesysteem.

De procesindustrie wordt gekenmerkt door grote installaties die door hun schaal wel efficiënt maar tegelijk weinig flexibel zijn. De vraag naar meer productvariatie, gepersonaliseerde producten en een kortere time-to-market voor nieuwe producten heeft in de sector de interesse doen toenemen in het concept van modulaire plants. Daarbij zouden procesinstallaties opgebouwd worden door gestandaardiseerde modules samen te voegen die elk een andere stap in een productieproces voor hun rekening nemen.

Het concept werd een tiental jaar geleden voor het eerst concreet uitgewerkt in een aantal pilootprojecten in het kader van het toenmalige Europese onderzoeksproject F3 Factory, waarin F3 stond voor Flexible, Fast en Future. Het meest bekende project was dat van Invite, een samenwerkingsverband tussen Bayer en de Technische Universiteit Dortmund waarin later ook de Heinrich-Heine universiteit van Düsseldorf meestapte.

Invite bouwde op de site van Bayer in Leverkusen een pilootplant voor de modulaire fabriek die een backbone plant genoemd werd. De plant had een aantal docking stations waar modules die ingebouwd werden in containers aangekoppeld konden worden. Een gestandaardiseerde interface voorzag de modules van alle nodige utilities zoals stroom, stoom en perslucht.

Plug & produce

Bedoeling was om te komen tot een soort plug & produce plant die snel zou kunnen switchen tussen producten door telkens andere modules aan te sluiten. De verdeel en heers strategie moest er bovendien voor zorgen dat het engineeren en bouwen van de individuele modules veel sneller zou gaan dan het ontwerpen en bouwen van een klassieke grote procesinstallatie.

De idee van fabriekjes in containers is misschien nog wat futuristisch maar het pilootproject heeft wel een hele reeks inzichten opgeleverd rond modularising die steeds meer aandacht krijgen. Het verdeel en heers principe is immers iets wat in heel wat plants toegepast kan worden om installaties op een efficiënte manier te beheren en ook te optimaliseren. Bovendien bevat elke plant vandaag al een hele reeks modules die min of meer op zichzelf werken en in die zin ook perfect inwisselbaar zijn. Denk maar aan compressoren en tal van andere machines die onafhankelijk van de plant ontworpen zijn en hun eigen sturing hebben.

Overkoepelend framework

Die eigen sturing – dat is waar het in de Module Type Package (MTP) om te doen is. In de F3 Factory was het uiteraard al de bedoeling dat elk van de containers door verschillende leveranciers gebouwd konden worden, in functie van hun specialisaties. Om zelfstandige en inwisselbare modules te zijn was het ook logisch dat ze elk hun eigen sturing hadden. Elke module kan in het concept immers als een klein, op zichzelf staand fabriekje beschouwd worden.

Maar eens ze aangekoppeld zijn aan de backbone plant is het dan weer de bedoeling dat één operator vanuit een overkoepelend systeem de hele plant kan opvolgen en bedienen, net zoals een DCS-systeem dat mogelijk maakt in een klassieke procesinstallatie. In 2014 presenteerde WAGO hiervoor op de general meeting van Namur een oplossing die Dezentrale Intelligenz für modulare Anlagen (DIMA) genoemd werd. De oplossing voorzag in een framework dat toegang gaf tot de data en interfaces van de modules zodat ze op een hoger niveau gecoördineerd konden worden en data en setpoints konden uitwisselen.

Die oplossing vormde de basis voor het ontwikkelen van de Module Type Package (MTP) dat de afgelopen jaren door diverse werkgroepen binnen Namur en ZVEI verder uitgewerkt werd. Via ZVEI werden ook heel wat leveranciers van automatiseringstechnologie bij het project betrokken. Op de laatste editie van Achema hadden een aantal van hen al specifieke oplossingen rond MTP te tonen.

Process Orchestration Layer

De Module Type Package (MTP) wil een gestandaardiseerde, leveranciersonafhankelijke beschrijving zijn van een module, die een plug and produce strategie mogelijk maakt. Het is een soort abstractielaag tussen een module en het overkoepelend procescontrolesysteem. In het concept van modularing noemt men dit laatste de Process Orchestration Layer, om een duidelijk onderscheid te maken met het opzet van DCS-systemen.

Een van de onderdelen van een MTP is bijvoorbeeld de HMI, die door de bouwer van de module ontwikkeld wordt en opgeroepen kan worden in de orchestration layer. De operator krijgt zo via zijn cockpit toegang tot de HMI van de module zonder dat er op het overkoepelende niveau een vertaalslag moet gebeuren.

Voor de procescontrole wordt in MTP gewerkt via het principe van services. Zodra een module zich aandient bij de orchestration layer komen er in dat niveau een hele reeks services beschikbaar die door de module geleverd kunnen worden. Via die services krijgen de operator en eventueel ook andere modules toegang tot de setpoints en parameters van een module.

Hoewel we tot nu toe in dit artikel steeds uitgegaan zijn van hardware modules is het de bedoeling om ook software via MTP te integreren. Het receptenbeheer – wat software is – zou bijvoorbeeld een module kunnen zijn die via de orchestration layer de paramaters van een menger module beheert om een bepaalde productsamenstelling te bekomen.

In de eerste helft van dit jaar hopen Namur en ZVEI voorlopige versies (white print en green print) klaar te hebben voor de verschillende aspecten van MTP. Ondertussen zijn ook andere werkgroepen aan de slag voor de uitwerking van design guidelines en safety concepten voor modularisering. Hun resultaten worden in de tweede helft van 2019 verwacht.

© Productivity.be, Tekst: Erwin Vanvuchelen, Foto: Bayer