Was ist vollständig integrierte Automatisierung?

Als ein Unternehmen aus dem Pharmasektor in der Schweiz eine neue Linie zur Verpackung von Tabletten installierte, kamen hochmoderne Maschinen zum Einsatz. Es gab eine nahtlose Kombination aus einer Hochgeschwindigkeits-Blisterverpackungsmaschine, die von einem deutschen Hersteller entwickelt wurde, einer Kartonverpackungsmaschine, die von einem italienischen Unternehmen entwickelt wurde, und einer Kistenverpackungsmaschine, die von einem lokalen Integrator bereitgestellt wurde. Die Geräte selbst arbeiteten mit außergewöhnlicher Effizienz. Dennoch hatte der Manager der Anlage Probleme, Informationen über die Funktionsweise der Produktionslinie insgesamt zu sammeln, und er hatte nur separate Steuerungsplattformen für jede der Maschinen zusammen mit unterschiedlichen Arten von Informationen, die in verschiedenen Formaten präsentiert wurden. Obwohl alle Maschinen automatisiert waren, arbeitete die gesamte Verpackungslinie nicht vollständig integriert, was genau das Problem der vollständig integrierten Automatisierung lösen soll. Es bedeutet, dem System ein System bereitzustellen, das nicht nur ein Produkt, sondern auch eine Designphilosophie und eine Ingenieurplattform ist, die sicherstellt, dass jedes Element des Produktionssystems, einschließlich Steuerungen, Antriebe, Sensoren, Energieanzeigen und anderer, auf der Grundlage eines gemeinsamen Satzes von Informationen und Wissen zusammenarbeitet.

Was vollständig integrierte Automatisierung tatsächlich bedeutet

Siemens ist das Unternehmen, das am häufigsten mit dem Begriff vollständig integrierte Automatisierung (TIA) in Verbindung gebracht wird, den es als Teil eines integrierten Ingenieurrahmens rund um die TIA Portal-Softwareplattform entwickelt hat. TIA bezieht sich auf einen systematischen und umfassenden Ansatz zur industriellen Automatisierung, einschließlich Hardware, Software, Kommunikation und Daten, und ist nicht auf einen bestimmten Anbieter beschränkt. TIA dreht sich um drei Hauptbestandteile. Der erste ist eine einheitliche Ingenieurumgebung oder dieselbe Softwareplattform, um jedes Gerät in einem Automatisierungsnetzwerk zu konfigurieren, zu programmieren und in Betrieb zu nehmen, nämlich SPS, HMIs, Motoren, Sicherheitsgeräte, RFIs und Kommunikationsprozessoren, ohne mehrere Werkzeuge zu verwenden, Informationen erneut einzugeben oder mit Inkompatibilitäten von Versionen verschiedener Programme umzugehen. Der zweite ist integrierte Kommunikation, was bedeutet, dass jedes Gerät in diesem Netzwerk dieselbe Sprache verwendet, d.h. PROFINET oder PROFIBUS innerhalb des Siemens-Rahmens, aber auch andere offene Standards wie OPC UA und MQTT. Der Controller benötigt keine speziellen Treiber, um den Motor zu betreiben, während das HMI keine separate Tag-Datenbank benötigt, um Informationen über die Sensoren zu erhalten. Der dritte ist integrierte Daten und Diagnosen, was bedeutet, dass jedes Gerät Informationen über seine Arbeit verarbeitet, nämlich Motorstrom, Zählung der Zyklen, Fehlercodes und Energieverbrauch, aber diese Informationen sind von einem einzigen Punkt aus verfügbar und bleiben nicht in einem proprietären Gerät stecken.

TIA Portal: Siemenses Umsetzung der vollständig integrierten Automatisierung

“Vollständig integrierte Automatisierung” bezieht sich hauptsächlich auf das Siemens TIA Portal. Das TIA Portal ist die Software-Engineering-Lösung, in der alle Geräte der Siemens-Automatisierungstechnologien Teil einer einzigartigen Entwicklungsumgebung werden. Früher gab es einzelne Werkzeuge, mit STEP 7 zur Programmierung von Siemens S7-300 PLCs und WinCC flexible zur Konfiguration der HMIs. Alle Software hatte unterschiedliche Schnittstellen, Tag-Datenbanken und Versionen. Das TIA Portal hat alles einfach und einheitlich gemacht. Der Ingenieur kann ein Projekt erstellen, das alle Arten der Erstellung des PLC-Programms, der HMI-Bildschirme, der Antriebsdaten und der Sicherheitslogik umfasst. Ein einzelner Tag wird einmal im PLC verwendet, um es zu programmieren, und schnell auf der HMI angezeigt.

Es ist entscheidend, zwischen dem TIA Portal und dem allgemeineren Konzept der integrierten Automatisierung zu unterscheiden. Während das TIA Portal ein spezifisches Produkt von Siemens ist, ist integrierte Automatisierung das Konzept, das das TIA Portal umsetzt. Zum Beispiel kann es integrierte Automatisierung geben, auch wenn kein einziges Siemens-Gerät in einer Fabrik vorhanden ist, wenn alle Geräte in dieser Fabrik Standardprotokolle für die Kommunikation und ein gemeinsames Datenmodell verwenden. Umgekehrt ist es durchaus möglich, eine Fabrik voller Siemens-Geräte zu haben, die nicht integriert sind, weil die Maschinen einzeln in Betrieb genommen und nicht verbunden wurden. Daher ist das Werkzeug nicht das Ziel, sondern vielmehr das Produktionssystem, in dem alle Geräte von einem zentralen Punkt aus zugegriffen und gesteuert werden können, während Daten zwischen den Produktions- und Geschäftssystemen fließen. Forschungen zu McKinsey & Company digitaler Fertigung identifizieren konsequent die Datenintegration — die Fähigkeit, Produktionsdaten in Echtzeit zu sammeln, zu kontextualisieren und darauf zu reagieren — als den wichtigsten Faktor für die Produktivitäts- und Qualitätsverbesserungen, die Industrie 4.0 verspricht.

Die Kernkomponenten einer vollständig integrierten Automatisierungsarchitektur

A vollständig integrierte Automatisierung System ist keine einzelne Box. Es handelt sich um eine geschichtete Architektur, in der jede Schicht auf der darunter liegenden aufbaut und in der die Integration zwischen den Schichten den Wert schafft. Die folgende Tabelle fasst die Kernkomponenten und ihre Rollen im integrierten Ganzen zusammen.

Was Totally Integrated Automation der Fabrik liefert

Die Vorteile der vollständigen Integration der Automatisierung sind keine bloßen theoretischen Konzepte. Sie sind praktisch sichtbar. Man kann die positiven Auswirkungen der Automatisierung auf Produktionsprozesse wie auf der Fertigungsebene, in der Engineering-Abteilung und in der Wartungsabteilung sehen. Zu den wichtigsten Vorteilen, die von den Herstellern aus dem Übergang von isolierten zu integrierten Formen der Automatisierung genannt werden, gehören die folgenden.

• Reduzierte Ingenieurezeit. Eine integrierte Engineering-Umgebung eliminiert die Notwendigkeit, die Daten im PLC, HMI und Antriebswerkzeugen neu zu erstellen. Jede Änderung im Design wird direkt propagiert. Ein mittelgroßes Automatisierungsprojekt nutzt diesen Ansatz, um die Ingenieurstunden um 20-40% weniger zu minimieren, als es in einer Multi-Tool-, Multi-Anbieter-Umgebung der Fall wäre.
• Schnellere Inbetriebnahme und Umstellung. Integrierte Kommunikation bezieht sich auf eine Situation, in der ein neues Gerät wie ein Remote-I/O-Block, ein Antrieb oder ein Sicherheitsensor automatisch vom Controller erkannt wird, während es von der Haupt-Engineering-Plattform eingerichtet wird. Der Prozess, der normalerweise einen langen Tag der Netzwerk-Konfiguration und Tag-Zuordnung in Anspruch genommen hätte, wird nur zu wenigen Stunden Arbeit.
• Verbesserte Diagnostik und reduzierte Ausfallzeiten. Die Instandhaltungsabteilung kann Probleme diagnostizieren, ohne zum Gerät gehen zu müssen, wenn alle Maschinen Informationen über ihre Fehler und Leistungen an einen zentralen Ort senden. Ein Servoantrieb, der einen Stromverbrauch über dem Referenzwert hat, kann eine Wartungsanfrage auslösen, noch bevor der Ausfall eintritt. Dies führt zur Reduzierung der Mean Time to Repair (MTTR), da die Informationen sofort verfügbar sind.
• Vollständige Rückverfolgbarkeit und Qualitätsdaten. Für Unternehmen in den regulierten Sektoren der Pharmazeutika, Medizinprodukte sowie Lebensmittel und Getränke ist die Rückverfolgbarkeit während des gesamten Produktionsprozesses – vom Ursprung des Rohmaterials bis zum endgültigen Versanddock – eine Notwendigkeit, die von den Regulierungsbehörden vorgeschrieben wird. Die Nutzung eines integrierten Automatisierungssystems, das alle Produktionsprozessstufen mit einer einzigartigen Seriennummer verknüpft, gewährleistet die Rückverfolgbarkeit als Nebenprodukt des Produktionsprozesses, anstatt durch die Ansammlung von Informationen im Nachhinein erreicht zu werden.
• Energie-Transparenz und Kostenreduktion. Wenn Energie gerätebezogen durch Integration überwacht wird, kann der Werksleiter genau wissen, wie viel Energie verbraucht wird, sowie die Ausrüstung und die Phase, in der diese Aktivität stattfindet. Eine Fertigungslinie, die mit automatischer Energieschaltung von Geräten ausgestattet ist, die während Produktionspausen inaktiv sind, kann den Energieverbrauch um bis zu 15% senken, ohne die Produktionsniveaus zu beeinträchtigen.

Ist die vollständig integrierte Automatisierung für jeden Hersteller geeignet?

Die Entscheidung für eine vollständig integrierte Automatisierungspolitik, sei es über das Siemens TIA Portal oder eine alternative offene Architekturplattform, ist keine Schwarz-Weiß-Option. Wenn ein Unternehmen beispielsweise nur eine Maschine hat, die manuell be- und entladen wird, benötigt es keine vollständige Engineering-Plattform, und ein einfacher PLC und HMI sind ausreichend. Umgekehrt, wenn das Unternehmen eine komplizierte Produktionslinie mit vielen Maschinen, Engineering-Plattformen und regulatorischen Standards zur Rückverfolgbarkeit hat, wird die Integration profitabel sein. Bei der praktischen Bewertung der Situation ist es wichtig festzustellen, wie viele Steuerungsplattformen derzeit in Betrieb sind und wie viel Zeit damit verbracht wird, sie zu integrieren, sowie ob das Unternehmen Informationen aus der Produktion über die Reihenfolge des Produktionsprozesses benötigt. Für Unternehmen, die jetzt in eine neue Produktlinie investieren, wie automatisierte Produktions- und Testlinien, ist es besser, ihre Automatisierung bereits in der Entwurfsphase des gesamten Systems auszuwählen. Eine Linie, die von Anfang an nach dem Integrationsansatz erstellt wurde und auf Kommunikationsprotokollen wie PROFINET oder OPCUA basiert, wird einfacher zu steuern, sich mit ihrem MES zu verbinden oder während des Betriebs neu zu konfigurieren sein. Umgekehrt wird es schwierig sein, eine zuvor betriebene Linie zu betreiben, wenn sie isoliert gebaut wurde. Benlongs automatisierte Linien, einschließlich der MCB-Automatisierungslinie and the AC contactor automatic assembly and testing production line, sind auf offenen, integrierten Steuerungsarchitekturen ausgelegt, die die Datenvisualisierung und die Fern-Diagnose unterstützen, die eine moderne, vernetzte Fabrik verlangt.

Häufig gestellte Fragen

Was ist vollständig integrierte Automatisierung?

Vollständig integrierte Automatisierung (TIA) dreht sich alles darum, eine gemeinsame Art und Weise zu haben, in der die Komponenten des industriellen Automatisierungsprozesses wie SPS, Antriebe, HMI-Geräte, Sicherheitsausrüstung und Kommunikation über eine einzige Softwareplattform entworfen und gesteuert werden. Obwohl das Konzept eng mit dem von Siemens entwickelten TIA Portal verbunden ist, ist das Konzept der integrierten End-to-End-Automatisierungsarchitektur ebenso auf alle Hersteller und Systeme anwendbar, die internationalen Standards entsprechen.

Was ist das Siemens Totally Integrated Automation Portal?

Siemens TIA Portal steht für Totally Integrated Automation Portal, das sich auf ein Software-Engineering-Framework stützt, das auf Siemens-Automatisierungsprodukten basiert. Das bedeutet, dass es mit SIMATIC SPS, SINAMICS-Antrieben, SIMATIC Mensch-Maschine-Schnittstellen und SIMATIC Sicherheit arbeiten kann. Dank der Software ist es einem Ingenieur möglich, alle Geräte aus einem einzigen Projekt zusammen mit der Tag-Datenbank und den Kommunikationseinstellungen zu programmieren, zu konfigurieren und zu starten.

Was ist integrierte Automatisierung?

Integrierte Automatisierung Umfassende Idee, die das Verknüpfen aller Geräte und Systeme innerhalb einer Fabrik umfasst. Das bedeutet, dass die Geräte Informationen untereinander austauschen, über einheitliche Protokolle kommunizieren und von einem Ort aus gesteuert werden können. Vollständig integrierte Automatisierung entspricht diesem Konzept und ist eine Lösung, die von einem bestimmten Anbieter bereitgestellt wird, macht dieses Konzept jedoch nicht von einem bestimmten Anbieter abhängig.

Was ist der Unterschied zwischen Siemens TIA und AX?

Siemens TIA Portal Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) ist die Engineering-Plattform, die für die SIMATIC SPS-, HMI- und Antriebsfamilien von Siemens entwickelt wurde. AX ist eine neue cloud-native Engineering-Plattform, die von Siemens geschaffen wurde und auf die Konvergenz von IT und OT, webbasierte Zugänglichkeit und die Umsetzung moderner Softwareentwicklungsmethoden abzielt. AX ersetzt nicht das TIA Portal; es fungiert als ergänzende Plattform für Anwendungen, die Cloud-Konnektivität, Fernengineering und IT-orientierte Entwicklung benötigen.

Referenzen

• Siemens — Vollständig Integrierte Automatisierung (TIA) Portal. Die offizielle Produktseite für die Siemens TIA Portal Engineering-Plattform, die ihre Architektur, integrierten Komponenten und Anwendungen in verschiedenen Branchen beschreibt.
• McKinsey & Company – Digitale Fertigung und Industrie 4.0. Forschung zur Bedeutung der Datenintegration und einheitlicher Engineering-Umgebungen zur Erreichung der Produktivitäts- und Qualitätsvorteile der digitalen Fertigung.
• International Society of Automation (ISA) — ISA‑95 und Automatisierungsintegrationsstandards. Die internationalen Standards für die Integration von Unternehmens- und Steuerungssystemen, die die Datenmodelle und Kommunikationsschnittstellen definieren, die integrierte Automatisierungsarchitekturen untermauern.
• Rockwell Automation — Integrierte Architektur und vernetztes Unternehmen. Das Äquivalent von Rockwell Automation zum Konzept der integrierten Automatisierung, das einen Vergleichspunkt für herstellerspezifische Implementierungen des einheitlichen Ingenieurprinzips bietet.

Vollständig integrierte Automatisierung ist kein Produkt, das ein Hersteller von der Stange kauft. Es ist eine Ingenieurdiziplin — eine Entscheidung, das Produktionssystem so zu gestalten, dass jedes Gerät, jeder Controller und jedes Software-Tool zusammen als ein einziges, kohärentes, datentransparentes Ganzes funktioniert. Für den Werksleiter bedeutet dies, dass eine Produktionsbestellung im ERP-System direkt an die Produktionsstätte weitergeleitet werden kann, ohne Unterbrechungen oder Verzögerungen. Das bedeutet, dass ein Fehler in der Qualität eines Produkts in der Produktionslinie auf eine bestimmte Charge Rohmaterial zurückverfolgt werden kann. Für einen Ingenieur bedeutet dies, dass die Änderungen, die im Design vorgenommen werden, einen Welleneffekt haben werden, was bedeutet, dass das modifizierte Design überall umgesetzt wird. Und für den Wartungstechniker bedeutet dies, dass ein veralteter Aktuator Warnungen über seinen Ausfall ausgibt, bevor er erneut ausfällt und erneut gewartet werden muss. Die Montage- und Testlinien von Benlong Automation werden auf der Grundlage dieses integrierten Prinzips von offen, verbunden und ursprünglich als Teil eines größeren Fabriksystems und nicht nur als isolierte Systeme entwickelt.