07.05.2014

Automatisierung in Reinkultur

Wenn Hard- und Software perfekt aufeinander abgestimmt sind, kann man ohne Zweifel von einer Automation in Reinkultur sprechen. Vielfach gibt es Ansätze dafür, aber nur wenige Ausrüster sind in der Lage, die Durchgängigkeit vom Engineering bis in die unterste Feldebene für ein breites Gerätespektrum zu garantieren. Dabei bringt sie immense Vorteile, etwa Einsparungen durch einfachere Projektierung oder detailliertere Fehlerdiagnose, schnellere Fehlerbehebung und damit höhere Anlagenverfügbarkeit.

Autor: Dipl.-Ing. Thomas Kreuzer, Siemens AG.


Bild 1: Die ganzheitliche Betrachtung der Automatisierung gehört mittlerweile zu den wichtigen Wettbewerbsfaktoren für Hersteller von Maschinen und Anlagen, aber auch für die Betreiber.
Bild: Siemens AG

Mit dem Begriff 'Totally Integrated Automation' hat Siemens Mitte der 1990er-Jahre einen Trend begründet, der heute aktueller denn je ist: Diese ganzheitliche Betrachtung der Automatisierung gehört mittlerweile zu den wichtigen Wettbewerbsfaktoren für Hersteller von Maschinen und Anlagen, aber auch für die Betreiber. Der Grund dafür ist die rasante Zunahme der Komplexität innerhalb der Automatisierung. Diese Entwicklung ist weltweit zu beobachten, was bedeutet, dass immer intelligentere und ausgefeiltere Gesamtlösungen für die notwendige Wettbewerbsfähigkeit sorgen. Kurzum: Wer Rationalisierungspotenziale konsequent nutzen will, sollte die Vorteile von Totally Integrated Automation systematisch für sich nutzen. Dazu gehört als wichtigster Aspekt die Reduzierung von Schnittstellen, ausgehend von der Projektierung bis auf die unterste Feldebene, um hundertprozentige Interoperabilität zu gewährleisten. Diese Systemdurchgängigkeit erreicht Siemens mit einem aufeinander abgestimmten Lösungsportfolio in Bezug auf Hard- und Software, das seit 2011 mit dem Engineering Framework 'TIA Portal' gewissermaßen gekrönt wird. Damit lassen sich Steuerung, Visualisierung, industrielle Schalttechnik, Antriebe und Sicherheitstechnik in einem gemeinsamen System handhaben. "Jetzt, wo wir, im Gegensatz zu früher, nur noch auf einer einzigen Plattform arbeiten, können wir diese Arbeiten erheblich kostengünstiger ausführen und die Arbeitseffizienz steigern", so die Zusammenfassung eines Entwicklers bei Wuhan Guide Electromechanical Engineering in China.

Effizientes Automatisieren beginnt mit effizientem Engineering

Diese Softwareplattform hat vielerorts schon reichlich Anerkennung erhalten, etwa von den Experten bei Crawford Technical Systems in den USA: "Die Siemens Hardware und die TIA Portal Software helfen uns dabei, in unserer Branche führend zu sein. Mit dem TIA Portal haben wir unsere Engineering-Zeit um mindestens 50% reduziert." Das Portal sorgt sukzessive für die Vereinfachung von alltäglichen Routinearbeiten rund um die Projektierung, Programmierung, Parametrierung und Diagnose der Anlagenkomponenten. Die Industrie befindet sich in einer Phase nie dagewesener Veränderungsdynamik. Die Software untermauert die Systemdurchgängigkeit, die der Ausrüster seit knapp zwei Jahrzehnten auf Geräteebene mit Totally Integrated Automation (TIA), der ganzheitlichen Lösung rund um die Automatisierung, forciert. Mittlerweile ist TIA die intelligente Datenbasis für über 100.000 Automatisierungsprodukte. Damit hat Siemens Weitblick gezeigt und schon damals begonnen, was die Bundesregierung in ihrer Hightech-Strategie als Zukunftsprojekt 'Industrie 4.0' betitelt. Erstmals trat dieser Begriff zur Hannover Messe im Jahr 2011 in Erscheinung, just in dem Jahr, als die Software TIA Portal erstmals einer breiten Öffentlichkeit vorgestellt wurde. Mit Industrie 4.0 soll zum Ausdruck kommen, dass nach der anfänglichen Industrialisierung, der späteren Fließband-Massenproduktion, dann die Automatisierung von Fertigungsabläufen nun die vierte industrielle Revolution beginnt. Diese ist im Endziel gekennzeichnet durch sich selbst organisierende Systeme und Maschinen, die untereinander kommunizieren. Dazu sind Systemdurchgängigkeit, also Integration und Interoperabilität, zwingend notwendig. Das unterstreicht somit den TIA-Kurs von Siemens.

Integration der Antriebstechnik

Die Entwicklungsprozesse gewinnen an Dynamik, die weltweite Wettbewerbsfähigkeit wird gesteigert und die Komplexität der Automatisierung nimmt rasant zu. Und für alles gibt es nach und nach die passenden Lösungen, die letztendlich die Weichen für die Zukunft von Massenfertigung, Flexibilität und Individualität stellen. Ein weiteres Beispiel dafür ist der Trend zu 'Integrated Drive Systems' (IDS), den Siemens seit 2013 mit Vehemenz verfolgt. Während bisher die Steuerungstechnik intensiv im Mittelpunkt der TIA-Strategie stand, folgt nun in großen Schritten die gesamte Antriebstechnik. IDS führt den Trend zur ganzheitlichen Betrachtung der Automatisierung systematisch fort. Dabei gilt, dass vom Antrieb bis zur Steuerung alles aus einem Guss ist und dadurch die Schnittstellenthematik auch hier vom Gerätehersteller gelöst wird. Dies ergibt erhebliche Vorteile im gesamten Engineering-Prozess und steigert zusätzlich die (Energie-)Effizienz von Antriebslösungen. Nicht nur Verordnungen in der Europäischen Union, sondern auch entsprechende gesetzliche Forderungen in Brasilien, den USA, Kanada, der Schweiz und China verweisen deutlich auf den weltweiten Trend hin zur weiteren Effizienzsteigerung innerhalb der Automatisierung. Schließlich gehen zwei Drittel der in der Industrie verbrauchten Energie auf das Konto der Antriebstechnik. Welche Vorteile die Durchgängigkeit von Antriebs- und Steuerungstechnik bringt, bestätigen beispielsweise die Automatisierungsspezialisten bei EVT Eiberger Verfahrenstechnik. Nachdem dort seit Jahren in Teilbereichen TIA umgesetzt wird, unternahmen die Verantwortlichen 2013 den nächsten Schritt, nämlich die gesamte Antriebstechnik aus einem Guss zu entwickeln - von der Steuerung bis zum Getriebemotor. Der Grund aus Sicht der Verantwortlichen des Maschinenbauunternehmens: "Durch die erheblich gestiegenen Anforderungen in der Prozesstechnik unserer Anlagen musste die Antriebstechnik an vollkommen neue Herausforderungen angepasst werden."

Industrial Security zum Schutz von Maschinen und Anlagen

Ein weiteres essenzielles Thema heute und in der Zukunft für die Fertigungsautomatisierung ist 'Industrial Security'. Während die weltweite Vernetzung von Industrieanlagen über Bussysteme, wie z.B. Profinet, als wichtiger Schritt zur Optimierung der Automatisierung angesehen wird, bringt dies ebenso das Risiko von Cyber-Kriminalität. Deshalb ist es wichtig, nicht nur funktionierende Systeme am Markt zu etablieren, sondern im gleichen Maß auch für Datensicherheit zu sorgen. Im Zuge seiner TIA-Strategie hat Siemens auch hier bereits frühzeitig begonnen, Schutz- und Abwehrmechanismen in die Automatisierungssysteme zu integrieren. Das Ergebnis: Bisher hat das Unternehmen 42 Produkte im Portfolio, die das schwierige Achilles-Level-2-Zertifikat besitzen. Aktuellstes Beispiel ist die Steuerung Simatic S7-1500, deren höchste Ausbaustufe erstmals Ende 2013 einer breiten Öffentlichkeit vorgestellt wurde. Sie arbeitet nicht nur 40-mal schneller als die bisherige S7-400, sondern überzeugt auch durch ihre Funktionalität - inklusive 'Security Integrated'. Das Konzept reicht vom Bausteinschutz bis zur Kommunikationsintegrität und unterstützt den Anwender beim Sichern seiner Applikation. Integrierte Funktionen zum Know-how-Schutz, etwa gegen den Nachbau von Maschinen, verhindern unberechtigte Zugriffe und Modifikationen. Beim Kopierschutz wird die Simatic Memory Card eingesetzt, auf der einzelne Bausteine mit der Seriennummer der Originalspeicherkarte verknüpft werden. Dadurch sollen Programme nur mit der projektierten Speicherkarte laufen und sich nicht vervielfältigen lassen. Der Zugriffsschutz verhindert unberechtigte Projektierungsänderungen an der Anwendung. Hier lassen sich über Berechtigungsstufen unterschiedlichen Benutzergruppen separate Rechte zuordnen. Spezielle Mechanismen sind auf das Erkennen veränderter Engineering-Daten ausgerichtet - um z.B. die zum Controller übertragenen Daten vor unberechtigter Manipulation zu schützen. Industrial Security ist einer der bedeutenden Trends innerhalb der Automatisierung, der gerade erst beginnt. Aufgrund der durchgängigen Systemarchitektur nach dem Vorbild von TIA lassen sich Gesamtlösungen leichter schützen. Hierzu liefert Siemens seit 1998 mit einer eigenen Abteilung, dem Cyber Emergency Readiness Team (CERT), wertvolle Unterstützung. Wer Fragen rund um das Thema Industrial Security hat oder bereits angegriffen bzw. infiltriert worden ist, erhält über die E-Mail-Adresse productcert@siemens.com professionelle Unterstützung.

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Fehlersichere und Standardautomatisierung wachsen zusammen

Im Zuge von Totally Integrated Automation ist seit einigen Jahren auch der Trend zur Verschmelzung von sicherheitsgerichteter und Standardautomatisierung zu beobachten. Davon zeugen nicht nur die fehlersicheren Steuerungen, wie sie Siemens seit vielen Jahren im Portfolio hat. Auch dezentrale Peripheriestationen, wie die Simatic ET 200, lassen sich flexibel und frei kombinierbar mit fehlersicheren und Standardmodulen bestücken. Über Profisafe erfolgt dann die standardisierte Kommunikation mit der Steuerungsebene auf Basis von Profibus oder vermehrt nun auch über das leistungsfähigere Profinet. Selbst autarke Sicherheitsschaltgeräte lassen sich komfortabel mit Hilfe von AS-Interface über ASIsafe in die Maschinensteuerung integrieren und betonen damit das systematische Zusammenwachsen beider Welten - Standard und Safety. Letztendlich führen all diese Entwicklungen zu einer durchgängigen Diagnosefähigkeit, wodurch wichtige Informationen und Maschinendaten zu schnellerem Service und einer erhöhten Anlagenverfügbarkeit führen. Voraussetzung dafür ist, wie eingangs erwähnt, die vollkommene Systemdurchgängigkeit, wie Siemens diese mit Totally Integrated Automation praktiziert. Hersteller und Betreiber von Maschinen und Anlagen profitieren von dieser Entwicklung: Lösungen ohne Schnittstellenprobleme arbeiten effizienter, wirtschaftlicher und störungsfreier. Denn in einer Welt, in der die Produktionstechnik bereits auf höchstem Niveau funktioniert, wird der Wettbewerb härter und die Optimierungsmöglichkeiten werden differenzierter. Genau in diesem Hightech-Umfeld macht TIA den gewissen Unterschied aus.

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