In vielen Teilen der Sachgüter­erzeugung ist die Anlagenüberwachung und -steuerung mittels Prozessleitsystemen seit Langem Standard. Die Verbindung in sich hochgradig automatisierter Maschinen und ihrer Arbeitsumgebung in der Fabrikhalle zu einer gesamtheitlich automatisierbaren Produktionsanlage hat die gleichen Erfordernisse.

Der Automatisierungsdruck auf Produkthersteller hält weiterhin an. Das hat drei Gründe: Erstens: Die Gewinnchance gegenüber dem Mitbewerb besteht darin, gleich viel Funktionalität oder Inhalt zu geringeren Kosten herstellen zu können oder mehr Funktionalität zu maximal gleichen Kosten. Das ist nur durch einen weiteren Ausbau der Automatisierung zu erreichen. Zweitens: Mit dem Automatisierungsgrad steigt die Wiederholgenauigkeit von Produktionsprozessen, mit ihr die Prozesssicherheit und damit letztendlich die durchschnittliche Verarbeitungsqualität des Endproduktes. Diese trifft auf immer enger werdende Toleranzgrenzen bei Anwendern und Konsumenten. Drittens: Nur durch ständiges aktives Nachregeln unter Einbeziehung zahlreicher auch peripherer Einflussgrößen, also wie­der­um nur mit einem hohen Automatisierungsgrad der Gesamtanlage, ist eine relevante Verbesserung der Energiebilanz der hergestellten Produkte möglich, ohne den Vorteil durch zusätzliche Prozesskosten wieder zu verspielen.
An der einzelnen Fertigungs- bzw. Produktionsmaschine ist der Automatisierungsgrad mittlerweile sehr hoch geworden und weiter im Steigen begriffen. Dazu trägt bei, dass industrielle Steuerungssysteme laufend leistungsfähiger werden, auf schnelle Ethernet-basierte Feldbusse zurückgreifen können und um eigenintelligente Antriebs- und integrierte Sicherheitstechnik ergänzt werden können. Auch im unmittelbaren Umfeld der Maschinen findet funktionale Integration statt, die in einer Erhöhung des Automatisierungsgrades mündet. So werden immer häufiger Handhabungsgeräte automatisierungstechnisch eng an die Hauptmaschine angekoppelt oder mehrere Maschinen und Vorrichtungen zu Gruppen mit größerer Gesamtfunktionalität zusammengefasst.

Von der Maschine zur Fabrikhalle
Der logische nächste Schritt ist die Zusammenfassung der gesamten Produktionskette in einer durchgängigen Automatisierungslösung. Eine solche müsste sämtliche Einzelmaschinen ebenso umfassen wie die Intralogistik-Systeme davor, danach und dazwischen, also alles, was innerhalb des gesamten Herstellungsprozesses an einer gegebenen Produktionsstätte mit dem Material geschieht. Vorgegeben ist eine solche Integration durch Systeme zur Planung und Simulation von Produktionsprozessen und -einrichtungen. Diese werden immer populärer, weil die Produkthersteller erkennen, dass sie durch Berücksichtigung produktionstechnischer Gegebenheiten bereits in der Produktentwicklung sehr viel an Effizienz gewinnen können. Auch gelingen mit solchen Methoden Produktivitätsgewinne durch bewusste Gestaltung der Produktionsprozesse.
Diese Gesamtautomatisierungsaufgabe benötigt ein System, das in der Lage ist, sie wahrzunehmen, und zugleich offen bleibt für laufende Veränderungen sowie für die Einbeziehung äußerer Einflussgrößen wie der Energie- oder Gebäudetechnik. Es muss die Steuerungen der einzelnen Maschinen zu einem Verbund zusammenfassen, ohne deren Autonomie zu beeinträchtigen. Und es muss in der Lage sein, Aktorik und Sensorik auch direkt anzusteuern bzw. abzufragen, um auch zwischen individuell gesteuerten Einheiten keine Prozesslücken entstehen zu lassen.
Die in der Fertigungstechnik verbreiteten SCADA-Systeme sind, auch wenn sie vom einzelnen Steuerungssystem der jeweiligen Maschine unabhängig sind, für solche Zwecke nicht ausreichend. Meist mangelt es ihnen an der Leistungsfähigkeit, die von derart weitreichenden Steuerungs- und Überwachungsaufgaben verlangt wird. In jedem Fall aber fehlt marktüblichen Systemen die Flexibilität, die Einfachheit der Programmgestaltung, die Kompatibilität zu beliebigen Subsystemen und die Möglichkeit zum direkten Ansprechen von Hardware.

Leitsysteme aus Prozesstechnik
Allerdings gibt es die benötigten Systeme für die produktionsseitige Meta-Ebene der Automatisierung bereits. Sie sind dort im Einsatz, wo nicht Maschinen und Vorrichtungen die Arbeit tun, sondern Reaktoren, Öfen und Anlagen, also in Verfahrenstechnik, Metallurgie, Chemie und Pharmazie. Meist vollautomatisch werden die Produkte in diesen Branchen unter Überwachung und Steuerung durch Prozessleitsysteme hergestellt. Angesichts der heute im Normalfall bestehenden Netzwerkverkabelung auch in Maschinenhallen besteht kein Grund, sie nicht für die Gesamtautomatisierungsaufgabe in der maschinellen Sachgütererzeugung heranzuziehen.
B&R bietet mit dem Prozessleitsystem Aprol ein Produkt an, das übergeordnete Steuerungs- und Visualisierungsaufgaben erfüllen kann. Ursprünglich als SCADA-System konzipiert, entwickelte es sich in den letzten Jahren zum vollwertigen Prozessleitsystem, mit dem Kunden von der Feldebene bis zur Management-Informationsebene die volle Durchgängigkeit erreichen. Dementsprechend liegt auch der hauptsächliche Einsatzbereich in der Prozessautomation mit Anwendungen von Technikumsanlagen in der Pharmaindustrie bis zu großen Anlagen in der Stahlindustrie.

Transparenz in der Maschinenhalle
Aus Sicht dieses Systems besteht kein wesentlicher Unterschied zwischen einer verfahrenstechnischen und einer fertigungstechnischen Anwendung. Einzig die Art der Verarbeitung und Aufbereitung der Datensätze, die in Batch-Protokolle einfließen müssen, ist unterschiedlich. Da Prozessleitsysteme immer auch als Informationsquellen dienen, ist die Prozessdatenerfassung mit Verknüpfung historischer Daten, aktueller Trends und diskreter Ereignisse eine Funktion, die im Standard bereits enthalten ist. Das geht bis zur Aufzeichnung von Benutzereingriffen (Audit Trails), sodass damit auch den zunehmend strengeren Nachweispflichten für die einzelne Charge ohne zusätzlichen Aufwand nachgekommen werden kann. Darüber hinaus ist eine grafische Oberfläche zur Prozessvisualisierung und Prozessführung Standard. Der Datenaustausch mit Produktionsanlagenplanungs- und -simulationssystemen sowie zu PPS-Systemen kann analog zu Rezepturen in der Verfahrenstechnik über eine Datenbankschnittstelle, Webschnittstelle oder OPC erfolgen.

Erfolge in Industrieanwendungen
Bereits heute nutzen zahlreiche Anwender die Möglichkeit, mit dem Prozessleitsystem Aprol ihre Produktionsmittel in beliebiger hierarchischer Gliederung zentral zu überwach- und steuerbaren Gesamtanlagen zusammenzufassen. So hat beispielsweise ein bekannter Landmaschinenhersteller seine Lackieranlage mit mehr als 7.000 Ein- und Ausgängen an Aprol-Controllern vernetzt. Er betrachtet das lediglich als Beginn der weiteren Ausstattung der gesamten Fertigung. Ebenso führte ein Hersteller von Installationsmaterial aus Kunststoffspritzguss in kürzester Zeit Aprol in der Maschinenhalle ein, um auf eine Verschärfung der Nachweispflichten seitens der Kunden adäquat zu rea­gieren, ohne dadurch einen betrieblichen Mehraufwand zu verursachen. Heute kann der Hersteller nicht nur Batch-Protokolle liefern, sondern zu jeder Zeit an jeder Stelle der Produktionskette in beliebiger Tiefe den Fertigungsprozess überwachen und optimieren.
Mit seinem breiten Spektrum an Funktionalitäten, die bis zur inte­grierten Anlagensimulation mit Matlab/Simulink reichen, vereint Aprol alle Ebenen der Automatisierung zu einem homogenen Gesamtsystem. Mit der direkten Integration externer Systeme und Signalquellen ermöglicht es den gesamtheitlichen Ansatz und den zuverlässigen und effizienten Betrieb der Anlage über den gesamten Lebenszyklus.