Siemens AG Österreich S7-1500 Controller PLCSim Advanced: Automatisiertes Engineering – offen für Effizienz und Qualität

Bühler gehört zu den Unternehmen, über die die meisten Menschen nur sehr wenig wissen und trotzdem praktisch jeden Tag mehrfach in Berührung kommen. Das Unternehmen hält weltweit führende Marktpositionen in Technologie sowie in Verfahren für die Getreideverarbeitung für Mehl und Futtermittel, aber auch für die Herstellung von Pasta und Schokolade, im Druckguss, der Nassvermahlung und Oberflächenbeschichtung. Konkret heißt dies: Milliarden Menschen essen morgens Müsli oder Getreideprodukte, die mit Anlagen von Bühler verarbeitet wurden, trinken Kaffee, der mit Bühler-Technologie geröstet wurde, und bezahlen mit Geldscheinen, deren Druckfarben mit Anlagen von Bühler hergestellt wurden. „Unsere Technologien sind in Kernbereichen des Lebens im Einsatz. Wir tragen mit Verantwortung dafür, dass Nahrungsmittel sicher vor Verschmutzung oder Verderb gelagert und verarbeitet werden“, so Burkhard Böndel, Leiter der Unternehmenskommunikation bei Bühler. „Zu dieser Verantwortung gehört, dass wir modernste Technologien nutzen und neue Ansätze entwickeln, um die Ernährung der Weltbevölkerung nachhaltig zu sichern. Wir helfen u. a. in weniger entwickelten Regionen der Welt mit Schulungs- und Ausbildungsprogrammen, die Produktivität und Sicherheit der Nahrungsmittelverarbeitung zu steigern – aber wir unterstützen auch innovative Hightech-Projekte, wie die Gewinnung von Proteinen aus Insekten als ressourcenschonende Alternative in der Tierernährung. Innovation und die offene Zusammenarbeit mit Partnern sind Teil unserer Kernwerte.“ Ein Beispiel, wie Technologien von Bühler Nahrungsmittel sicherer machen, ist die Sortex A Baureihe des Unternehmens: Diese Maschinen sind in der Lage, beschädigte, kranke oder verfärbte Körner bei Reis, Getreide oder Saaten zuverlässig zu erkennen und auszusortieren. Bis zu 40 Tonnen können so pro Stunde verarbeitet werden, beispielsweise um die Belastung mit Toxinen deutlich zu reduzieren.

Tagtäglich leistet die Firma Bühler mit ihren Technologien für die Verarbeitung von Nahrungs- und Futtermitteln wie Mais oder Reis einen wichtigen Beitrag dazu, dass Menschen und Tiere sichere und qualitativ hochwertige Produkte erhalten.

Integrierte Prozesse sorgen für Qualität und Effizienz

Kein Wunder, dass Kunden aus aller Welt die Anlagen des Unternehmens schätzen. Allein bei der Herstellung von Schokolade schätzt Bühler, dass rund 60 % der weltweiten Schokoladenmasse mit Bühler-Maschinen verarbeitet wird. Entsprechend gut sind die Auftragslage und die geschäftlichen Perspektiven – so eröffnete Bühler vor kurzem in Vietnam eine neue Fabrik für Reisverarbeitungsmaschinen. Neben Projekten im asiatischen Raum investiert Bühler aber auch am Unternehmensstammsitz in Uzwil in der Schweiz, wo u. a. mit intelligenten und integrierten Tools Applikationen für den weltweiten Markt entwickelt werden. „Und wir sind überzeugt, dass wir mit neuen Technologien auch in der Schweiz noch deutlich produktiver werden können“, ist Burkhard Böndel überzeugt.

"Ein wichtiger Faktor dabei ist, dass Bühler seit vielen Jahren daran arbeitet, Standardprozesse im Bereich des Engineerings zu automatisieren und so seine Experten von Routineaufgaben zu entlasten", ergänzt Philipp Engler, der bei Bühler in Uzwil im Bereich Softwareentwicklung tätig ist. „Wir entwickeln und realisieren als Partner unserer Kunden maßgeschneiderte Komplettlösungen aus Prozesstechnologie, Maschinen und Automatisierung. Das setzt voraus, dass wir die Anlage für jeden Kunden effizient erstellen können – schnell, fehlerfrei und modular, damit wir Anlagen einfach individuell konfigurieren, modifizieren und erweitern können.“

Effizienz und Qualität auch im Engineering: Bühler modelliert mit einem intelligenten Tool die Anlagensoftware auf Basis der Daten der vorgelagerten Engineeringprozesse und generiert anschließend automatisch den Code für die Steuerung, der über die Openness-Schnittstelle in das TIA Portal übertragen wird.

Philipp Engler
Softwareentwickler bei Bühler

„Digitalisierung ist für uns zunächst die nahtlose Verknüpfung vorhandener Services, um sie optimal nutzen zu können. Die Openness-Schnittstelle ermöglicht es der Automation, an diesem Prozess optimal zu partizipieren.“

Simatic Automatisierungsplattform als Basis

Deswegen setzt Bühler schon seit vielen Jahren ein selbst entwickeltes Tool ein, in dem die Anlagensoftware auf Basis der Daten der vorgelagerten Engineering-Prozesse modelliert und der Code anschließend automatisch generiert wird. Dieses Tool nutzt in der aktuellsten Version die Openness-Schnittstelle des TIA Portals, ist aber auch mit älteren Systemversionen kompatibel – wichtig für Bühler, die schon seit vielen Jahren auf die leistungsfähige und skalierbare Simatic Automatisierungsplattform setzen und entsprechend viele Systemgenerationen im Feld warten und modernisieren müssen. „Insgesamt arbeiten wir bereits seit 25 Jahren mit unserem Tool GCPRO“, erläutert Armin Egli, ebenfalls Softwareentwickler bei Bühler und einer der „Erfinder“ von GCPRO. „Für die Simatic S5 Steuerungen haben wir noch den AWL-Compiler verwendet, für den Simatic-Manager dessen Kommandoschnittstelle und nun für das TIA-Portal die neue Openness-Schnittstelle. Die Offenheit der Siemens-Werkzeuge ermöglicht es uns, die Daten des P&ID in der Automation effizient zu nutzen. Wir sind so in der Lage, über 90 % des Automatisierungscodes automatisch zu erzeugen – und können uns voll und ganz auf die spezifischen Kundenanforderungen der jeweiligen Applikation konzentrieren.“

Für die Modellierung der Anlagensoftware steht dem Anwender eine Bibliothek im GCPRO mit mehr als 100 Objekttypen zur Verfügung. Die Objekte werden hierarchisch in einem Objekt-Baum strukturiert: Die oberste Ebene bilden die Prozesslinien der Anlage, die unterste die digitalen und analogen Signale. Zusätzlich verfügt jedes Objekt über Anschlusspunkte, um es mit seinen Nachbarn oder seinen Aktoren und Sensoren zu verbinden. Auf diese Weise werden auch alle für die Automatisierung relevanten mechanischen Verbindungen konfiguriert. Ist die Anlagensoftware im GCPRO fertig modelliert, wird anschließend der Programmcode für eine ganze Anlage oder einen Anlageteil per Knopfdruck erzeugt. Der Code-Generator analysiert die Anordnung der Objekte im Baum und alle Verbindungen der Objekte und überführt diese Struktur ins TIA Portal, sodass die Automatisierungssoftware immer nach der gleichen Logik aufgebaut ist. Die Funktionen und Objekte liegen zentral in der Bibliothek des GCPRO und werden dort gepflegt – dadurch wird die Software immer auf dem aktuellen Stand generiert. Da die Bausteine getestet sind, enthält der Code auch keine Fehler, sodass die Projektqualität insgesamt höher ist. Der modellorientierte Ansatz sorgt außerdem dafür, dass die Automatisierungssoftware modular aufgebaut ist und so leicht erweitert und angepasst werden kann.

Die Software im TIA Portal übernimmt die Logik und modulare Struktur des Anlagenmodells und ist so leicht zu pflegen und zu modifizieren.

Armin Egli
Softwareentwickler bei Bühler

„Die Offenheit der Siemens-Werkzeuge ermöglicht es uns, die Daten des P&ID in der Automation effizient zu nutzen. Wir sind so in der Lage, über 90 % des Automatisierungscodes automatisch zu erzeugen – und können uns voll und ganz auf die spezifischen Kundenanforderungen der jeweiligen Applikation konzentrieren.““

Vorteile für Entwickler und Anwender

„Die Integration zwischen unternehmenseigenen Entwicklungstools und TIA Portal bringt für Bühler eine Reihe von Vorteilen, ohne die die Entwickler in der Schweiz gar nicht arbeiten könnten“, so Philipp Engler. „Wir haben praktisch keine Anlage, die es weltweit so ein zweites Mal gibt. Deswegen müssen wir flexibel auf Kundenanforderungen eingehen können und reibungslos mit den vorgelagerten Disziplinen wie Anlagenplanung und Elektroplanung zusammenarbeiten. Wichtig ist dabei, dass wir einen durchgehenden Datenfluss durch die einzelnen Disziplinen aufrechterhalten, damit keine Informationen verloren gehen. Diese Durchgängigkeit können wir mit unserem Tool und der Openness-Schnittstelle bis zur fertigen Automatisierungslösung sicherstellen.“

Auch die Integration in umgekehrter Richtung erleichtert Bühler die Arbeit, wie Armin Egli ergänzt: „Ich kann auch jederzeit die Online-Daten aus dem TIA Portal zurück importieren und anzeigen lassen, inklusive aller Änderungen, die z. B. der Kunde später im Betrieb durchgeführt hat. Ich kann bestehende Bausteine mit der Compare&Merge-Funktion vergleichen und erweitern oder ändern, die Software testen, alles in einem Tool. Und das Schöne daran: Wir schaffen keine Abhängigkeiten. Die Anlage kann auch in Zukunft direkt mit der neusten Version von TIA gewartet werden.“

Das automatisierte Engineering ermöglicht es Bühler, die Projektdurchlaufzeiten kurz und das benötigte Testing effizient zu gestalten sowie die Qualität konstant hoch zu halten. Dazu trägt auch ein weiteres Merkmal der Prozesse bei Bühler bei: Eine Prozesslinie ist nach dem Kompilieren lauffähig und kann mit den entsprechenden Werkzeugen simuliert werden – so kann die Software optimiert und getestet werden, während die eigentliche Automatisierungshardware bereits mit der Anlage ausgeliefert wird. Dazu nutzt Bühler eine eigene Simulationsumgebung mit dem virtuellen S7-1500 Controller PLCSim Advanced. Diese Software-SPS läuft bei Bühler in einer virtualisierten Umgebung und soll in Zukunft auch eine komplett virtuelle Inbetriebnahme der Automatisierung ermöglichen. „Die ersten Tests dazu laufen bei uns bereits, und wir sind mehr als zufrieden“, erläutert Philipp Engler, und ergänzt: „Diese virtuelle Software-SPS für S7-1500 ist genau das, was wir gebraucht haben.“

Die Anlagensoftware wird mithilfe einer Bibliothek mit mehr als 100 Objekttypen modelliert und strukturiert. Anschließend wird der Programmcode für eine ganze Anlage oder einen Anlageteil per Knopfdruck erzeugt.

Kunden-Support leicht gemacht

Das automatisierte Engineering entlastet Bühler nicht nur von Routineaufgaben, sondern unterstützt auch den Support beim Kunden. „Alle unsere Anlagen folgen einer gleichen Logik und Struktur, sodass wir eine personenunabhängige Anlagenbetreuung bieten können. So können wir unsere eigenen Ressourcen optimal nutzen und den Kunden schneller und besser vor Ort unterstützen“, so Philipp Engler weiter. „Die hohe Standardisierung innerhalb der Bühler Automation Plattform hilft uns so, die hohen Qualitätsansprüche zu sichern und effizient umsetzen zu können. Wichtig ist aber, dass die Software trotzdem funktional erweiterbar bleibt, um die individuellen Bedürfnisse unserer Kunden optimal abzudecken. Diese Balance zu finden ist eine kontinuierliche Herausforderung und braucht ein spezielles Know-how.“

Neben dem Ausbau und der Pflege der Engineeringumgebung denken Philipp Engler und Armin Egli auch über zusätzliche Services und Angebote nach, die sich mit der Integration von TIA Portal und den eigenen Tools realisieren lassen. So ist es z. B. denkbar, über Fernzugriff den aktuellen SPS-Code zu analysieren und den Kunden bei Fehlerbehebungen oder Problemen beim Betrieb der Anlage zu unterstützen: „Wir können uns zur Laufzeit auf die Anlage aufschalten und die Abhängigkeiten und Verriegelungen analysieren, die beispielsweise verhindern, dass ein Motor anläuft. So vermeiden wir Serviceeinsätze und die Anlagen haben eine höhere Verfügbarkeit – das ist für unsere Kunden ein ganz wichtiger Punkt.“

Basis für Digitalisierung der Wertschöpfungskette

Neben diesen konkreten Anwendungen schafft die integrierte Engineeringumgebung bei Bühler aber auch die Voraussetzung, neue datenbasierte Strategien und Services zu entwickeln. Dazu erklärt Philipp Engler weiter: „Digitalisierung ist für uns zunächst die nahtlose Verknüpfung vorhandener Services, um sie optimal nutzen zu können. Dazu müssen wir die Verfügbarkeit und Durchgängigkeit von Daten über verschiedene Fakultäten der Anlagenplanung sicherstellen. Dies setzt offene Tools voraus, und die Openness-Schnittstelle ermöglicht es der Automation, an diesem Prozess optimal zu partizipieren: Innovationen und Optimierungen lassen sich schnell verteilen, weil Software nicht kopiert, sondern auf Basis der aktuellsten Vorlagen neu erstellt wird. Außerdem ist die Durchgängigkeit der Daten entscheidend bei der effizienten Umsetzung von Änderungen.“ Mit Blick auf die Zukunft ergeben sich so vielleicht auch ganz neue Geschäftsmodelle, ergänzt Burkhard Böndel: „Wir könnten uns auch integrierte Lösungen mit dem Anlagenbetreiber vorstellen. In unseren Anlagen werden Naturprodukte verarbeitet, deren Eigenschaften von Faktoren wie Anbaugebiet, Erntezeitpunkt und Witterung beeinflusst werden. Diese Daten werden entlang der Lieferkette erfasst und könnten z. B. mit einer Charge Weizen verknüpft werden, die in einer Mühle zur Verarbeitung ansteht. Dann könnten wir im Vorfeld bereits die richtigen Anlagenparameter für diese Charge ermitteln und auf die Anlage aufspielen. So helfen wir dem Betreiber, Ausbeute und Qualität zu steigern.“ Solche innovativen und nachhaltigen Lösungen benötigen eine offene und moderne Automatisierungsplattform – und mit TIA Portal ist Bühler schon heute bestens darauf vorbereitet.