Fernsteuerung von Anlagensystemen: Yokogawa und NTT Docomo führen Proof-of-Concept-Projekt zu 5G, Cloud und KI durch

Für den PoC werden die Cloud-basierte KI von Yokogawa zur Anlagensteuerung und ein 5G-Kommunikationsmodul, das an einem Füllstandsregelungssystem mit drei Tanks¹ installiert ist, zur Fernsteuerung des Flüssigkeitsstands eingesetzt. Dieser Test soll zeigen, dass Unternehmen der Prozessindustrie wie die Chemie- und Ölindustrie ihre bestehenden Anlagen und Systeme problemlos so modifizieren können, dass sie hochmoderne autonome 5G-Steuerungsgeräte mit der neuesten Cloud-basierten KI nutzen können. Yokogawa wird diese Technologie zusammen mit NTT Docomo verifizieren und optimieren, um eine autonome, zukunftsfähige Anlagensteuerung zu ermöglichen.

Der Bedarf an mehr Produktionssicherheit und -effizienz durch eine autonome Anlagensteuerung ist – auch aufgrund der aktuellen COVID-19-Pandemie – drastisch gestiegen. In einer von Yokogawa letztes Jahr in der Prozessindustrie durchgeführten Umfrage² gaben 64 % der Befragten an, dass Prozessanlagen ihrer Meinung nach bis 2030 vollständig autonom arbeiten werden und sich autonome Steuerungsmechanismen durchsetzen werden, die KI und andere Technologien nutzen und ohne manuelle Eingriffe auskommen. Angesichts der Latenzen bei der Kommunikation zwischen der Cloud und den Gerätesteuerungen, die bei herkömmlicher drahtloser Kommunikation auftreten, gilt es bei der autonomen Fernsteuerung von Anlagensystemen allerdings große technologische Herausforderungen zu meistern.

Dieser PoC soll nachweisen, dass sich niedrige Latenzzeiten mit Hilfe des schnellen 5G-Kommunikationsnetzwerks von NTT Docomo mit seiner großen Kapazität und niedrigen Latenz und der Open Innovation Cloud^®3 mit Multi-Access-Edge-Computing⁴ (MEC) technisch realisieren lassen, wobei auch sonstige Anforderungen des 5G-Zeitalters erfüllt und andere Cloud-Technologien genutzt werden können. Yokogawa hat bereits ein autonomes Steuerungssystem basierend auf seiner proprietären KI-Technologie⁵ erfolgreich erprobt, bei dem ein Füllstandsregelungssystem mit drei Tanks den Flüssigkeitsstand zuverlässig überwacht und steuert. Die Füllstandsteuerung ist grundsätzlich eine sehr schwierige Aufgabe, und die hier verwendete Technologie gilt in der gesamten Branche als eine der fortschrittlichsten ihrer Art. Im Rahmen des PoC wird Yokogawa bis Ende März 2022 gemeinsam mit NTT Docomo eine Demonstrationsumgebung für die Cloud-basierte Fernsteuerung des Füllstands in einem Drei-Tank-System unter Verwendung von KI einrichten und u.a. einen Vergleich und eine Bewertung der Kommunikationsleistung zwischen LTE und 5G vornehmen.

Kenji Hasegawa, Vice President von Yokogawa und Leiter des Yokogawa Products Headquarters, erklärt: „Yokogawa spielt seit langem eine führende Rolle bei der Entwicklung von verteilten Steuerungssystemen, die den Betrieb von Produktionsanlagen effizient steuern und überwachen, und wir haben so das Wachstum vieler Unternehmen positiv beeinflusst. Mit Blick auf eine Zukunft, in der autonome Betriebsabläufe vorherrschen werden, setzen wir auf IA2IA, also die Entwicklung von ‚Industrial Automation to Industrial Autonomy‘. Wir sind davon überzeugt, dass wir durch die Verknüpfung von 5G mit der Cloud, der KI von Yokogawa und innovativen Gerätesteuerungen maßgeblich dazu beitragen werden, dass ferngesteuerte und vollständig autonome Anlagensysteme schon bald Wirklichkeit werden. Gemeinsam mit NTT Docomo werden wir auch in Zukunft Mehrwert für unsere Kunden schaffen.“

¹     Wird zur Durchführung von Schulungen und Versuchen verwendet, bei denen es um die Regelung des Wasserdurchflusses auf verschiedenen Ebenen geht, um vornehmlich den Wasserstand auf der niedrigsten Stufe zu steuern. Eine korrekte Durchflussteuerung von in der Prozessindustrie verwendeten Flüssigkeiten gilt als sehr schwierig, kann aber die Produktivität deutlich erhöhen.

²     Yokogawa Electric Corporation (2020) „The Outlook for the Shift to Industrial Autonomy“

³     Ein Cloud-Service, der MEC nutzt, um die für die 5G-Kommunikation erforderliche niedrige Latenz und hohe Sicherheit zu gewährleisten, wobei die erforderliche Cloud-Infrastruktur ein zentraler Bestandteil der Netzwerkanlagen von NTT Docomo ist.

⁴     Eine Anordnung, bei der Server und Speicher des Mobilfunknetzes in der Nähe der Kunden positioniert sind

⁵     Diese KI für die autonome Anlagensteuerung basierend auf dem Reinforcement-Learning-Algorithmus ‚Factorial Kernel Dynamic Policy Programming (FKDPP)‘ wurde 2018 gemeinsam mit dem Nara Institute of Science and Technology (NAIST) entwickelt. Durch die Überwachung des Wasserstands in einem Füllstandsregelungssystem mit drei Tanks und die entsprechende Öffnungsregelung bei drei Ventilen ließ sich der Wasserdurchfluss korrekt steuern und der Wasserstand im dritten Tank auf einem vordefinierten Niveau halten. In nur 30 KI-Trainingszyklen konnte ein optimales Steuerungsmodell erstellt werden. https://www.yokogawa.com/library/videos/product-overviews/ai-control-3-levels/