Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Prozessautomatisierung: Ausgabe 05/2015, 11.05.2015

Automatisierung im Wandel der Zeit

Bei der industriellen Herstellung von Lebensmitteln und Getränken setzen viele Betriebe schon lange auf Automatisierung. Damit lässt sich nicht nur die Produktion erhöhen, sondern auch die Preise reduzieren. Doch was früher «in» war, ist heute längst «out».

Bereits zu Beginn der industriellen Milchverarbeitung in der Mitte des vergangenen Jahrhunderts war die Automatisierung von einzelnen Prozessschritten ein Thema. Vorerst basierte dies auf kontaktbehafteten, individuell zu verdrahtenden Systemen und allenfalls auf analog arbeitenden, pneumatischen Regelungseinrichtungen. Der «Siegeszug» der Automatisierung begann in den 60er-Jahren mit der industriellen Nutzung des Transistors und dessen Einsatz in den ersten «Verbindungsprogrammierbaren Steuerungen». Dabei realisierten Experten die Steuerungsfunktion durch zusammenschalten von einzelnen Logikgliedern, das «Programm» war also nur durch Änderung der Verschaltungen, das heisst, durch umverdrahten zu ändern.

Schritt für Schritt.

Die erste echte «Speicherprogrammierbare Steue- rung» – SPS – brachte Siemens im Jahre 1973 mit der Produktreihe Simatic S3 auf den Markt. Die Nachfolgegeneration Simatic S5 wurde daraufhin ab 1979 zum – de facto – Standard für SPS Technik und ist eines der meistverkauften Steuerungssysteme weltweit. Die Steuerungen von vielen Maschinen und Geräten, aber auch von gesamten prozesstechnischen Einrichtungen basieren auch heute noch auf den Komponenten der Simatic S5 Familie. Seit mittlerweile über 30 Jahren ist das System am Markt, und es sind auch nach wie vor Ersatzteile verfügbar, und das Unternehmen bietet nach wie vor Service dafür an.

Veränderte Anforderungen.

Im Laufe des Produktlebenszyklus der Simatic S5 änderten sich aber die Anforderungen der Nutzer enorm. War zu Beginn die reine Binärtechnik ausreichend, kam später die Verarbeitung von Analogen Messwerten dazu, und relativ früh realisierten Ingenieure auch Bedienungsfunktionen sowie die schematische Darstellung von Prozessen und deren Fliessbildern auf Bildschirmsystemen. Anfangs in semigrafischer Schwarzweisstechnik, später dann in Farbe bis hin zu heute gebräuchlichen PC-basierten Grafiksystemen mit Touchscreen-Technologie. Im Jahre 1994 stellte Siemens die Nachfolgegeneration Simatic S7 vor, die mit einem überarbeitetem Konzept und einer neuen Architektur der Steuerung diesen geänderten Anforderungen der Kunden Rechnung trägt.

In vielen Betrieben, auch in Betrieben der Molkereiwirtschaft findet man heute noch Simatic S5 Steuerungssysteme die klaglos funktionieren und nach wie vor tagtäglich zuverlässig ihre Aufgabe erfüllen. Abhängig vom CPU-Typ schaffte der Hersteller jedoch die S5-Systeme zwischen den Jahren 2003 bis 2005 ab, und damit endet die Verfügbarkeit 10 Jahre später, für die S5-135U und für S5-155U ist es im Jahr 2015.

In den vergangenen Jahren haben Fachleute in vielen Anlagen bereits anstelle von Simatic S5 neue Steuerungen eingebaut. Abhängig von den jeweiligen Kundenanforderungen gibt es dafür unterschiedliche Migrationsszenarien. Dabei wird die abgekündigte Hardware teilweise oder vollständig durch neue Hardware ersetzt. Mittels Software-Konvertierungsprogrammen ist es machbar, die bestehenden Programme von alt nach neu zu übersetzen und mit geringem Aufwand wieder lauffähig zu machen.

Der Nachteil solcher Lösungen ist, dass sich keine neue Funktionalitäten in das System einbringen lassen und viele Vorteile der neuen Steuerung nicht nutzbar sind. Eine Komplettmigration entspricht im Wesentlichen einer Neuinstallation und einer gesamten Neu­planung des Steuerungssystems und wird in den meisten Fällen nicht als reines Steuerungstechnisches Projekt realisiert, sondern im Zuge von ohnehin anstehenden Umbauten oder Erweiterungen der prozesstechnischen Anlagen.

Da jedoch, gerade in Molkereien, die Zeitfenster für eine Betriebsunterbrechung zur Umstellung minimal sind, erfordert so eine Komplettmigration neben einer entsprechenden Vorbereitung auch einen hohen Grad an vorgetesteter Hard- und Software. Dieses ist wiederum nur durch einen maximalen Grad an Standardisierung machbar. Der Vorteil einer solchen Vorgehensweise liegt in der Gelegenheit die Prozesse zu optimieren und neue Techniken einzusetzen. Ein Beispiel dafür ist die Anzeige von Informationen, oder sogar Prozessvisualisierungen auf mobilen Geräten wie Smartphone oder Tablet-PCs.

Anforderungen an die Industrie.

Geschwindigkeit, Produktivität, Flexibilität und ein sparsamer Umgang mit Energie und Rohstoffen, das sind die wesentlichen Forderungen an heutige Steuerungssysteme. Gleichzeitig fordern Kunden ein Höchstmass an Zuverlässigkeit und Präzision sowie eine weitgehend lückenlose Dokumentation und Reproduzierbarkeit der Produktionsprozesse. Stand früher die Individual-Programmierung der Anwendersoftware auf der Tagesordnung, so erreichen wir heutzutage nur durch ein hohes Mass an Standardisierung die oben angeführten Ziele, vor allem im Hinblick auf die gleichzeitig geforderte Kosteneinsparung. Wobei nicht nur die Investitionskosten entscheiden, sondern die gesamten Kosten während des Lebenszyklusses einer Automatisierungslösung, beginnend von Prozessdesign, über Engineering und Integration bis hin zu Service und Instandhaltung

Branchenspezifische Software.

Neben den technisch führenden Produkten ist umfassendes Branchen-Know-how und damit die richtige Umsetzung der technischen Anforderungen der Kunden in den Lösungen der Schlüssel zum Erfolg. Einen wesentlichen Beitrag dazu leisten branchenspezifische Softwarelösungen von Siemens. Mit deren Hilfe lassen sich genau jene Informationen, welche zum Beispiel in Käsereiprozessen notwendig sind, in der Automatisierungslösung abarbeiten. Dazu gehört auch eine «vertikale» Integration und die Durchgängigkeit der Informationen aus der Automatisierungswelt in die Ebene der Betriebsführung, der Produktionsplanung, der Warenwirtschaft und des Controllings.

Die Anforderungen an die Steuerungssysteme spiegeln im Wesentlichen die Anforderungen der Konsumenten und Kunden an die Molkereien und Käsereien wider. So zum Beispiel: Sicherstellen eines konstant hohen Nive­aus der Produktqualität beispielsweise durch:

  • Reproduzierbarkeit von Prozessen
  • Automatische Dokumentation von Produktionsprozessen/Produktionsschritten
  • Nachweisliche Gewährleistung der Prozesssicherheit
  • Einfache und schnelle Änderung und Erweiterbarkeit der Automatisierung
  • Einsatz von Standardisierten Softwaremodulen
  • Vorgefertigte Funktionen, wie z. B. CIP
  • Offene Kommunikation Profibus/ ProfiNet, Industrial Ethernet, OPC usw.
  • Aufzeichnung und Bereitstellung der Daten für die Produktrückverfolgung
  • Archivieren aller Materialbewegungen mit Angabe von Quelle bis zum Ziel, Startzeitpunkt
  • Mitprotokollieren von Produktionsaufträgen und Chargen mit den zugehörigen Rezeptparametern, Bedienereingaben, Störmeldungen usw.

Die Antwort

der Steuerungshersteller und Systemlieferanten auf die ständig steigenden Anforderung liegt in einer grösstmöglichen Standardisierung von Hardware, Software, Kommunikation und Engineering. Gleichzeitig bieten Profis aber auch sehr spezifische Lösungen an, welche die Erfordernisse der verschiedenen Branchen optimal abdecken. Bei Siemens wird das notwendige Branchen-Know-how und das entsprechende prozesstechnische Wissen in Kompetenzcentern zusammengeführt. Das Kompetenzcenter «Food and Beverages» ist für Entwicklung und Service der Branchenlösungen in der Nahrungs- und Genussmittelindustrie zuständig.



Weitere Informationen:
Siemens AG, Process Industries and Drives
www.siemens.ch/industry



Die heute aktuelle Simatic-S7-Familie löste ab Mitte der 90er-Jahre die Simatic S5 schrittweise ab