Anlagensteuerung - think ING. kompakt 03|2019

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März 2019

kompakt D e i n E i n bli c k i n d i e We l t d e r In ge ni e u r e

© metamorworks/shutterstock.com

ANLAGENSTEUERUNG

INGENIEURE AM STEUER

A N W EN D U N GS B EI S P I EL E S M A R T E DAT E N S T E U E R N DIE PRODUKTION

In der Schifffahrt sind Steuermann und Steuerfrau die rechte Hand des Kapitäns. Wer das Ruder in der Hand hat, bestimmt nicht den Kurs des Schiffs, aber er sorgt dafür, dass Passagiere und Ladung sicher und pünktlich im Zielhafen einlaufen. Er sollte also das Kartenmaterial kennen, den Kurs berechnen und kontrollieren und Probleme selbständig lösen können. Mal abgesehen von den schwankenden Planken unter den Füßen hat der Beruf der Ingenieurin und des Ingenieurs der Steuerungstechnik in einem Industrieunternehmen starke Ähnlichkeiten mit dem nautischen Vorbild. In einem Produktionsprozess werden Gegenstände von A nach B transportiert und auf dem Weg so verändert, dass am Ende das gewünschte Ergebnis herauskommt.

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P O R T R ÄT GOLDSCHÜRFER 4 .0 ab Seite 2

Zur Steuerung einer Industrieanlage gehören alle Vorgänge und Schaltnetze, die vom Ingenieur so konstruiert oder beeinflusst werden, dass ein bestimmtes Produkt entsteht. Im modernen Industrie-4.0-Kontext sind diese Netze so weit gespannt, dass etwa Produktionsmaschinen mit dem externen Rohstofflieferanten kommunizieren und signalisieren, dass sie bald Nachschub benötigen.

Steuerungstechnik ist ein Fachbereich der Automatisierungstechnik. Ingenieurinnen und Ingenieure in diesem Bereich befassen sich mit dem Entwurf und der Realisierung verschiedener Steuerungsarten. Im Berufsalltag bedeutet das konkret: Sie entwickeln und bauen Steuerungen, definieren Steueralgorithmen, entwickeln Hard- und Software für Steuerungseinrichtungen, kontrollieren und warten bestehende Steuerungen und wirken an der Konstruktion und Umsetzung neuer Systeme in der industriellen Automation mit.

Man unterscheidet in der Steuerungstechnik analoge, binäre und digitale Steuerungen. In modernen Unternehmen hat man es vor allem mit den letzten beiden Varianten zu tun. Binäre Steuerungen arbeiten mit Aktoren wie Leuchten, Ventilen und kleineren Motoren. Man regelt mit ihnen zum Beispiel Beleuchtungsanlagen. Digitale Steuerungen basieren auf der Verarbeitung von Datensignalen.

Marcel Peterseim ist Ingenieur für Prozessautomatisierung

© ABB

bei EPC Engineering & Technologies GmbH

In der zentralen Leitwarte laufen alle Informationen der Anlagensteuerung zusammen

Ingenieurinnen und Ingenieure für Anlagensteuerung arbeiten in der Regel in der produzierenden Industrie. Zum Beispiel in der Fahrzeug-, Luft- und Raumfahrttechnik oder in den Bereichen Elektroindustrie, Chemie, Energie-, Umwelt- und Medizintechnik. Sie können sich in der Robotik, der Fahrzeugtechnik, Mechatronik, Energietechnik oder im Anlagen- und Maschinenbau spezialisieren. Weitere spannende Einsatzbereiche bieten sich bei den Herstellern von Automatisierungstechnik. Hier gibt es neben den großen Firmen auch einige kleine und mittelständische Unternehmen, die sich auf Steuerungstechnik spezialisiert haben. Und wer der Anlagensteuerung wissenschaftlich auf den Grund gehen möchte, kann das in Forschungsinstituten für Automatisierungstechnik tun. Auch dort gibt es hochinteressante Jobs.

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GOLDSCHÜRFER 4.0 Marcel Peterseim sitzt am Rechner. Sieht nach Bürojob aus, doch der 28-Jährige plant grade die Automatisierung einer ganzen Industrieanlage. Später spricht er mit zahllosen Teilleistern über die Umsetzbarkeit. Und noch später wird er seinen Anlagenentwurf vor Ort in die Realität transformieren.

Elektronik, Optik, Medizin, Schmuck. Vier Themenwelten mit einer wertvollen Gemeinsamkeit: Gold. Über 120 Jahre sind vergangen, seit amerikanische Glücksjäger im Goldrausch das Edelmetall mit der Spitzhacke aus dem Berg geschlagen oder gewaschen haben. Heute kümmern sich Maschinen darum. Rund 3.150 Tonnen Gold fördern Unternehmen weltweit pro Jahr. Den Spitzen-Schürfer-Platz belegt China, gefolgt von Australien. Russland landete mit 270,2 Goldtonnen auf dem dritten Platz. Um das Metall aus goldhaltigem Gestein herauszulösen, verwenden alle Unternehmen chemische Verfahren. Die meisten nutzen hierfür ein Natriumsalz der Blausäure (Natriumcyanid), welches in komplexen chemischen Anlagen hergestellt wird. So auch in der Anlage im russischen Nischni Nowgorod, die von der EPC Engineering & Technologies GmbH (EPC) geplant und mit der nötigen Herstellungstechnologie ausgestattet wurde.

TRADITION TRIFFT MODERNE Marcel Peterseim arbeitet als Ingenieur für Prozessautomatisierung in der Abteilung für Elektrik-Mess-Steuer-Regel-Technik (EMSR) des ostdeutschen Unternehmens EPC, das diese Anlage entwickelt und gebaut hat. Die EPC selbst wurde 1994 gegründet, blickt aber auf eine über 145-jährige Familientradition

© Michael Bokelmann

wagen, dessen Getriebe er auseinander- und wieder zusammenbaute.

Zigmal. Mechanik faszinierte ihn, doch erst die schulische Hinwendung zur E-Technik führte ihn geradewegs in die Ingenieurwissenschaften. Es folgten Bachelor, Praktikum und Master – und der erste Kontakt zu EPC. Jenem Unternehmen, in dem er nur wenige Monate später Industrieanlagen neu denkt.

VIELE KÖPFE – EIN ZIEL Neu denken bedeutet auch, Industrie 4.0 zu leben.

Ein branchenweiter Kunstbegriff, der ein digitales Ideal beschreibt, in dem intelligente Maschinen Abläufe und Fertigungsprozesse allseits, allzeit und an jedem Ort abbilden. Peterseim ist – um im mechatronischen Bild zu bleiben – ein wichtiges Schräubchen in diesem System, schließlich muss ein Ventil in einem deutschen Pharmaunternehmen unter ganz anderen Bedingungen seine Aufgaben erfüllen als ein vergleichbares in einem russischen Chemiewerk bei minus 20 Grad. Es ist seine Aufgabe, auch diese elementaren Details zu berücksichtigen.

Also geht es um zahllose Perspektiven, Techniken und auch Technologien, und die funktionieren nur in einem interdisziplinären Team. „Ich muss grundsätzlich wissen, welche Messtechnik wo und warum eingesetzt wird und wie das Verfahren einer Anlage Schritt für Schritt funktioniert. Das heißt aber auch: Ich brauche keine fachwissenschaftlichen Mikro-Details, muss aber natürlich wissen, was in verschiedenen Anlagenteilen mit dem Produkt geschieht, um eine Anlage so zu konzipieren, wie der Kunde das auch will.“ Also bekommt er Vorlagen, plant am Computer, simuliert, prüft und plant weiter. Bis das fertige Automatisierungskonzept steht.

© Michael Bokelmann

zurück. Damals gründete August Oscar Henkel die erfolgreiche Firma A. O. Henkel zur Herstellung von landwirtschaftlichen Maschinen. Inzwischen gehört das Unternehmen zusammen mit drei weiteren Unternehmen aus den Bereichen Bau und Technische Gase zur EPC Group. Ebenfalls von Peter Henkel gegründet. Und: Heute führen bereits seine vier Kinder die weltweit tätige Unternehmensgruppe durch

AUF EINER WELLENLÄNGE

Mit Projektleiterin Dr. Ananta Süß bespricht Marcel Peterseim die Anforderungen für die nächste Anlage

zahlreiche Branchen: Chemie, Polymere und Fasern, Biotechnologie, Pharmatechnologie, erneuerbare Energien und vieles mehr – mit über 300 Mitarbeitern an acht deutschen Standorten. Einer von ihnen ist Marcel Peterseim, der seine Karriere so begann, wie viele andere Ingenieure auch: Er spielte als Kind mit LEGO-Technik. Am liebsten mit dem roten Sport03

Es war doch nur ein studentisches Praktikum, das Peterseim im Bachelor absolvieren musste. Der Fügung folgend bei EPC. Liebe auf den ersten Blick ist vielleicht zu pathetisch formuliert, doch waren Unternehmen und Mitarbeiter von Anfang an auf einer Wellenlänge. Und so bewarb er sich ganz formvollendet nach seinem Master 2017 als Ingenieur im bevorzugten Unternehmen und glitt nahtlos in die heutige Funktion des Prozessautomatisierers.

Der Rest der Geschichte ist erzählt. Also sitzt Marcel Peterseim abermals an seinem Hauptarbeitsplatz – einem Schreibtisch mit mehreren großen Monitoren – und tut das, was Ingenieure seines Fachs eben so tun: konzipieren, planen, optimieren. Und manchmal resultiert aus diesem Prozess am Ende tatsächlich reinstes Gold.

© EPC Group

DIE WELT ZUM LAUFEN BRINGEN © Fred Roß

Dr.-Ing. Fred Roß ist wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachgebiet Automatisierungstechnik an der Technischen Universität Ilmenau. Hier arbeitet er unter anderem an der Wissensdarstellung und -verarbeitung in Entscheidungshilfesystemen, technischen Assistenzsystemen für Menschen in Sondersituationen und Assistenzsystemen im Smarthome-Bereich.

Von außen wirken Chemieanlagen häufig simpel, aber die Magie spielt sich im Inneren ab. Bei der Planung gibt es daher viele Details zu beachten.

WIE HÄNGT DIE A U T O M AT I S I E R UNGSTECHNIK MIT D E R A N L AG E N S T E U ERUNG ZUSAMMEN?

Ein grundlegender Aufgabenbereich der Automatisierungstechnik ist die Steuerung von Maschinen – seien es Heimgeräte oder große Industrieanlagen. Dabei kommen für einfache Maschinen bereits speicherprogrammierbare Steuerungen zum Einsatz. Bei großen Anlagen sind es ganze Prozessleitsysteme. Damit diese umgesetzt werden können, sind die Fähigkeiten eines Automatisierungstechnikers gefragt. Daher ist Automatisierungstechnik auch ein passender Studiengang, um in den Bereich einzusteigen, denn ein eigenes Studium zur Anlagensteuerung gibt es nicht.

WÄC H S T D E R BEREICH?

Ja, und dabei verlagern sich seine Inhalte mehr und mehr in Richtung Digitalisierung. Die Informatik und die Programmierung der automatischen Bestandteile spielen eine immer größere Rolle. Darum verzahnen sich diese Felder auch zunehmend. Aber auch wenn der mechanische Anteil schrumpft, wird er nie ganz wegfallen. Alleine wenn man an die Robotik denkt, müssen die Maschinen selbstverständlich zuerst gebaut werden. Oder bei den Assistenzsystemen, die aus dem täglichen Leben kaum noch wegzudenken sind. Ob nun im Automobilbereich oder beim Smarthome. Überall sind inzwischen übergeordnete Anlagensteuerungen notwendig.

I S T D I E A N L AG E N STEUERUNG EIN REINES INDUSTRIEFELD?

Das Ziel ist ganz klar die Industrie. Natürlich gibt es eine Grundlagenforschung, aber Anlagensteuerung erforscht man nicht um der Forschung willen. Die Anfragen kommen ganz klar aus der Industrie, die auch direkt auf uns zukommt. Und der Bedarf in der Anlagensteuerung selbst steigt stetig. Jeder, den ich kenne, hat direkt nach dem Studium eine gute Stelle gefunden.

STEIGT DER B E DA R F A U C H I N T E R N AT I O N A L?

Ich schätze schon. Viele Studenten machen bereits während ihres Studiums Praktika im Ausland. Letztlich werden überall auf der Welt Anlagensteuerungen benötigt. An einer Universität ist es dann eher ein Bürojob oder eine Anstellung im Labor. In Firmen geht es stärker um das Lösen praktischer Aufgaben.

Der Bereich hält ja auch immer mehr Einzug in den privaten Bereich, man denke nur an das sogenannte Internet der Dinge.

W I E I S T DA S B E I I H N E N P R I VAT, UNTERSUCHEN SIE J E D E S G E R ÄT A U F SEINE STEUERUNG?

Ich schraube keine Geräte auf und untersuche sie.

Aber ich kann gut einschätzen, was drinsteckt. Ich genieße schon, was heute alles möglich ist. Vieles mache ich aber auch selbst. Meine gesamte häusliche Smarthome-Ausstattung habe ich zum Beispiel selbst entworfen und gebaut.

G O L D, G O L D, G O L D

© EPC Group

EPC baut weltweit Industrieanlagen. Eine davon steht im russischen Dserschinsk, nahe des 2018er WM-Standortes Nischni Nowgorod. In dieser rund 400 Kilometer östlich von Moskau gelegenen Anlage werden nun Natriumcyanid und die Vorstufe Cyanwasserstoff hergestellt. Die Herstellungsprozesse sind hierbei energieeffizient aufeinander abgestimmt. Mit möglichst wenig Energie wird hier maximale Kapazität und Qualität produziert. Auch daran hatte Peterseim einen Anteil, denn diese optimale Abstimmung funktioniert nur dann, wenn alle automatisierten Schritte reibungslos ineinandergreifen. Bis zum fertigen Natriumcyanid, das schließlich benötigt wird, um das Gold industriell aus dem Gestein zu lösen. Auch Peterseim war also in Russland, um die fortschreitenden Arbeiten an der Anlage zu begleiten.

In Russland war Marcel Peterseim an der Entwicklung und dem Aufbau einer der größten Natriumcyanid-Anlagen der Welt beteiligt.

Wichtig(st)e Kollegen vor Ort: die Dolmetscher. Er spricht kein Russisch, die Russen meist kein Deutsch und einige nur gebrochenes Englisch. Also übersetzten die Profis die Funktionsweise der von Peterseim geplanten Prozesse. Kommunikation auf Umwegen.

Dem Ergebnis merkt man es nicht an.

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© thyssenkrupp AG

SMARTE DATEN STEUERN DIE PRODUKTION

Die MAX-NetzwerkSoftware steuert in Echtzeit

AUFZUG IN DIE CLOUD

den Wartungsbedarf der Aufzüge und Fahrtreppen von

F I S C H E R T E C H N I K – A N L AG E N S T E U E R U N G I M M I N I M A S S S TA B Fischertechnik kennt eigentlich jeder aus den Kinderzimmern des technikaffinen Nachwuchses. Das 05

thyssenkrupp

© fischer

Das am häufigsten genutzte Transportmittel der Welt ist nicht das Auto, die Bahn oder das Flugzeug. Es ist der Aufzug. Aufzüge befördern weltweit pro Tag über eine Milliarde Menschen. Bei der konstanten Beanspruchung dieser Anlagen fällt eine Vielzahl von Wartungen an. An dieser Straßenkreuzung treffen sich die Interessen der Unternehmen Microsoft und thyssenkrupp. Die Kombination der IT-Kompetenz des Bill-Gates-Imperiums mit dem Know-how des Stahlgiganten in Sachen Aufzüge ermöglicht eine vorausschauende zentrale Steuer- und Wartungslösung, die beim Weg in die oberen Etagen nun gleich drei Stufen überspringt. Sie funktioniert ähnlich wie die Kriminalitätsbekämpfung im Film Minority Report. Noch bevor ein Verbrechen passiert, ist der Fahnder zur Stelle. Das vorausschauende Wartungssystem MAX ist ein Software-Netzwerk, das in Echtzeit Daten von Sensoren in Aufzügen sammelt und an die Microsoft Azure Cloud sendet. Hier berechnet die Software die voraussichtliche Lebensdauer der wichtigsten Bauteile und ermittelt exakt, wann wo welche Wartungsmaßnahmen erforderlich werden.

Knapp 150.000 Aufzüge in Deutschland, den USA, Spanien, Südkorea und seit neuestem Brasilien sind heute im weltweiten Netzwerk verbunden. Um bis zu 50 Prozent sollen sich wartungsbedingte Standzeiten durch MAX verringern. Diese Technik wird bei thyssenkrupp Elevator auch bei Fahrtreppenanlagen angewandt, die ebenfalls einer zentralen Steuereinheit angeschlossen sind. Das kommt in näherer Zukunft nicht nur Flughäfen zugute, sondern auch den jährlich 62 Millionen Passagieren der U-Bahn im spanischen Valencia. Bevor es dort demnächst bei den insgesamt 137 Fahrtreppen irgendwo knirscht, hat das MAX-Netzwerk schon den Wartungsservice auf den Weg geschickt.

lebensechte Lernspielzeug aus dem Schwarzwald ist seit geraumer Zeit nicht nur bei Sandkasten-Ingenieuren, sondern auch an Schulen und Universitäten ein beliebtes Lehrmittel. Und Fischertechnik geht mit der Zeit. Das Unternehmen stellte unlängst eine digitalisierte Industrie-4.0-Fabrik vor. Die Fertigungsstraßen im Modellformat simulieren digitale Produktionsprozesse, wie sie in Zukunft umgesetzt werden sollen.

Und wozu brauchen Firmen das teure Spielzeug? Die Einführung von Industrie 4.0 in einem Unternehmen ist mit hohen Investitionskosten verbunden. Durch die Unerfahrenheit der Mitarbeiter werden diese Kosten weiter in die Höhe getrieben. Da kann es helfen, sich im Vorfeld schon einmal spielerisch mit den komplexen Abläufen vertraut zu machen. In einigen Unternehmen kommen die Simulationsmodelle bereits zum Einsatz. Weitere Anwendungsgebiete sind: Forschung und Lehre, Aus- und Weiterbildung, Produktionsplanung und Softwareentwicklung. Die Modelle, wahlweise in der 9-Volt-Standardspannung oder im 24-Volt-Industriestandard, lassen sich durch Komponenten wie Hochregallager oder 3-Achs-Roboter mit Sensoren und Sauggreifern ergänzen.

Fertigungsstraßen im Modellformat simulieren Industrie-4.0Produktionsprozesse

MERCEDES BREMEN – FÜNF MODELLE IN N E U N VA R I A N T E N Circa 400.000 Autos laufen im Bremer Mercedes-Werk jährlich vom Band. Und beinahe jedes von ihnen ist ein Unikat. Es sind nicht nur die Kunden, die individuelle Ausstattungen wünschen. Der Export in unterschiedlichste Länder der Welt verlangt, dass die Produktion in Bremen nationale Vorschriften und Gesetze berücksichtigt. Und künftig kommt auch noch die Umstellung auf eine neue Antriebstechnik, die Elektromobilität, dazu. Um eine so flexible Produktion zu steuern und dabei Komplikationen und Störungen zu vermeiden, benötigt man digital vernetzte Produktionsanlagen und qualifizierte Mitarbeiter. Derzeit wird im Bremer Kompetenzzentrum noch am neuen E-Mobil EQ getüftelt. Wenn das Konzeptfahrzeug 2019 in Serie geht, soll sich die Produktion ganz geschmeidig in den Betrieb des vollausgelasteten Werks integrieren. Die Elektroflitzer laufen dann auf einer Produktionslinie zusammen mit Verbrennungs- und Hybridmodellen durch das Werk. Die Anlagensteuerung muss dazu noch flexibler werden. Alle wichtigen Fertigungsparameter der fünf Modelle in neun Varianten werden zentral überwacht. Das funktioniert nur mittels digitaler Transformation. Im Produktionsprozess hilft die Software den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, das jeweils anrollende Fahrzeug zu

© Mercedes Benz

PASSENDE STUDIENGÄNGE Produktion im MercedesBenz-Werk Bremen: Mitarbeiter prüft Fahrzeug an digitalem Qualitätstor

identifizieren, zeigt die erforderlichen Arbeitsschritte, analysiert Probleme und Qualität. Roboter und Menschen arbeiten in dieser Produktion Hand in Hand.

Während zum Beispiel Menschen die Steuergeräte und Kabel überprüfen, setzt ein starker Roboterarm die 120 Kilo schwere Batterie in das E-Mobil ein.

Die Studiengänge Automatisierungstechnik, Regelungs- und Steuerungstechnik sowie Technische Kybernetik befassen sich mit dem Bau, der Steuerung und Programmierung von Industrieanlagen und Maschinen. In vielen Branchen wie der Automobilindustrie, IT, Luft- und Raumfahrt, Maschinenbau und Medizintechnik ist die Automatisierungstechnik ein wichtiger Wettbewerbsfaktor.

A U T O M AT I S I E R U N G S T E C H N I K Bachelor und Master an der Hochschule Mannheim s.think-ing.de/automatisierung-mannheim s.think-ing.de/automatisierung-mannheimmaster

S I E M E N S U N D C O N T I N E N TA L S E T Z E N A U F S M A R T DATA U N D K I

TECHNISCHE K YBERNETIK Bachelor an der Universität Stuttgart s.think-ing.de/kybernetik-stuttgart

Allein die Menge der Daten bringt es nicht, wenn es darum geht, eine Industrieanlage effizient und möglichst ökologisch zu steuern. Die Daten müssen smart, das heißt sinnvoll strukturiert und verfügbar sein. Ein Schwerpunkt des Unternehmens Siemens in Sachen Anlagensteuerung liegt bei der Automatisierung durch selbstlernende Programme. Dazu gehört, dass Anlagen etwa selbständig Diagnosen erstellen und Wartungen veranlassen. Bei modernen Gasturbinen messen Hunderte von Sensoren Temperaturen, Drücke, Strömungen und die Gaszusammensetzung. Intelligente Algorithmen werten die Daten aus und sorgen für einen effizienteren Betrieb. Noch smarter agiert eine Software namens Product Lifecycle Management. Sie verwaltet alle Informationen zum Lebenszyklus eines Produkts und stellt seine Daten internationalen Teams zur Verfügung, um die Steuerung der Produktion zu optimieren.

Im Unternehmen Continental gehört die Zukunft der Produktions- und Anlagensteuerung der Künstlichen Intelligenz. Was KI hier leisten kann, testen Continental und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) derzeit in einem gemeinsamen Projekt. Das DFKI ist mit seinen verschiedenen Standorten die weltweit größte gemeinnützige Einrichtung zur KI-Forschung. In Kaiserslautern entsteht das gemeinsame Forschungslabor Intelligente Technologien (FIT). Hier werden Continental-Ingenieure mit DFKI-Spezialisten unter anderem konkrete Problemstellungen bei der Steuerung von Anlagen durchspielen.

A U T O M AT I S I E R U N G S T E C H N I K Master an der RWTH Aachen s.think-ing.de/automatisierung-aachen CONTROL , MICROSYSTEMS, MICROELECTRONICS Master (englisch) an der Universität Bremen s.think-ing.de/control-bremen A U T O M AT I S I E R U N G S T E C H N I K / I N F O R M A T I O N S T E C H N I K I N T E R N AT I O N A L Bachelor (englisch) an der Ernst-Abbe-Hochschule Jena s.think-ing.de/automatisierung-jena

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