UVBB

Dipl. Ing. (FH) Lothar Starke

Inhaltsverzeichnis
Teil I
Die Entwicklung der analogen Automatisierungstechnik
Teil II
Die Voraussetzungen für die Digitalisierung in der Automatisierungstechnik
Teil III
Digitale Prozessleitsysteme
Teil IV
Die Entwicklung des digitalen Prozessleitsystems „audatec“ in den Geräte- und Regler-
Werken Teltow (GRW)
Teil V
Die Markteinführung des Prozessleitsystems „audatrec“
Teil VI
Die intelligente Fabrik, Smart Factory – Industrie 4.0

IV Die Entwicklung des digitalen Prozessleitsystems „audatec“ in den Geräte- und Regler-Werken Teltow
Die Geräte- und Regler-Werke Teltow sind aus dem 1945 in Teltow gegründeten Tochterunternehmen der Askania AG Berlin hervorgegangen. Dementsprechend umfasste die Produktion von Automatisierungsgeräten zunächst das hydraulische Automatisierungssystem mit dem Strahlrohrregler, das auch die Grundlage für die Automatisierungsanlagen bildete.

In den folgenden Jahren entwickelte und produzierte das Unternehmen pneumatische und elektronische Automatisierungssysteme und rüstete die Automatisierungsanlagen damit aus. 1962 wurde das Unternehmen durch Beschluss der Regierung „Zentraler Anlagenbau der BMSR-Technik“ in der DDR.
Das hatte weitreichende Konsequenzen für Aufgaben, Struktur und Organisation des Unternehmens.

Es entstanden im gesamten Land Betriebsteile und Außenstellen und es bedurfte umfangreicher Aufgaben, damit alle Einheiten in Technik und Organisation auf einheitlicher Grundlage arbeiten.
Das Unternehmen wuchs in den kommenden Jahren auf 12.000 Mitarbeiter.

Deshalb wurde durch eine Arbeitsgruppe eine neue Organisation erarbeitet und dann eingeführt, die eine durchgängige Organisation mit der Verflechtung aller Prozesse sicherte.
Bei dieser Arbeit ergab sich die Erkenntnis, das damit nicht die zu erwartenden Anforderungen der Zukunft hinsichtlich technischer Entwicklungen und der Entwicklung der Organisation mit dem Einzug der elektronischen Datenverarbeitung (EDV) erfüllt werden.
Deshalb wurde ein Direktionsbereich „Forschung und Entwicklung“ für Automatisierungsanlagen, Automatisierungsgeräte und einer EDV- integrierten Organisation geschaffen, der 1970 seine Arbeit aufnahm und rd.800 Mitarbeiter umfasste.

Zunächst wurde auf der Grundlage der analogen Automatisierungstechnik mit dem Einsatz von Prozessrechnern eine komplexe Anlagengeneration geschaffen, „ursamatK4000“.

Entsprechend der internationalen Entwicklung von digitalen Prozessleitsystemen mit dem Vorreiter Honeywell TDC 2000 und der Verfügbarkeit von 8 bit Mikroprozessoren in der DDR stellte sich das Unternehmen die Aufgabe, eine „Neue Anlagengeneration“ auf digitaler Basis zu schaffen.
Da es bis dahin in der Forschung und Entwicklung nur wenige Wissensträger mit einer aktuellen Ausbildung gab, wurden junge Doktoren, die in den Hochschulen als Assistenten auf dem Gebiet der Automatisierung tätig waren, in das Unternehmen geholt und mit ihnen eine Abteilung „Grundlagenforschung“ gebildet.
Unter der Leitung von Dr. Peter Neumann wurden folgende Etappen realisiert:
* Ermittlung der Anforderungen an ein digitales Leitsystem entsprechend den durch das Unternehmen im In- und Ausland zu automatisierenden technologischen Anlagen.
Schwerpunkte bildeten Chemie- und Kraftwerksanlagen
* Konzept für die Gestaltung des digitalen Prozessleitsystems
* Konzept für die Entwicklung und Markteinführung des neuen digitalen Prozessleitsystems.
Dabei ergab sich die Notwendigkeit, für Teilkomplexe Partner mit ins Boot zu holen, das betraf die Rechnerbaugruppen und das Betriebssystem sowie die peripheren Geräte durch Robotron und die Ein- und Ausgabebaugruppen durch das Institut für Regelungstechnik Berlin.
Die eigene Leistung umfasste die gesamte Systemintegration, die Software und alle
erforderlichen Ergänzungsbaugruppen.

Eine grundsätzlich zu treffende Entscheidung war die gesamte Organisation des Entwicklungsvorhabens. Entsprechend den Regelungen in der DDR war ein solches Komplexes und weit reichendes Entwicklungsthema mit mehreren beteiligten Unternehmen als Staatsplan auf der Grundlage staatlicher Planvorgaben zu realisieren. Das war mit einem bürokratischen Aufwand verbunden.

Deshalb hat der Betrieb sich entschieden, diese Aufgabe als betriebliches Entwicklungsthema zu realisieren und komplett selbst zu finanzieren.
Die Mitarbeit von Robotron und dem Institut für Regelungstechnik wurde in einem vertraulichen Gespräch zu dritt mit dem Direktor für Personalcomputer und Prozessrechner von Robotron und dem Direktor des Instituts für Regelungstechnik mit einem Handschlag vereinbart, sie funktionierte ohne einen offiziellen Vertrag. Die drei Gesprächspartner kannten sich persönlich als Mitglieder des zentralen Arbeitskreises für messe.steuern-regeln beim Ministerium für Wissenschaft und Technik.
Mit der direkten Entwicklung wurde unter der Leitung von Ulrich Schnell 1980 begonnen, die Überleitung in die Produktion erfolgte als „audatec“ 1984.

Parallel zur Entwicklung von „audatec“ erfolgte die Entwicklung einer neuen Generation von Druckmessumformern mit Halbleitersensoren „audapas“. Die Entwicklung der Halbleitersensoren war eine Forschungsarbeit im Bereich von Professor Dr. Lenk an der TU Dresden. Mit dieser Entwicklung wurden im Unternehmen bis dahin nicht vorhandene Technologien der Halbleiterindustrie eingeführt. Um diese Entwicklung und Produktion möglich zu machen, stellte der Betrieb die beteiligten Mitarbeiter der TU Dresden ein.

Die Überleitung von „audatec“ in die Serienproduktion und den Anlagenbau
Mit der Überleitung von „audatec“ in die Fertigung und den Anlagenbau waren weitreichende Veränderungen der Prozesse und der Organisation verbunden.
Besondere Herausforderungen ergaben sich aus der erforderlichen Sicherung der Qualität und Zuverlässigkeit, da die Bauelemente in Konsumgüterqualität ohne eine Auswahl geliefert wurden.
Daraus ergab sich folgendes Konzept der Produktion und Qualitätssicherung:
* Alle kritischen Bauelemente und Baugruppen aus dem Einkauf wurden beim Wareneingang
einem funktionellen Stresstest unter Belastung und Temperatur unterzogen.
* Es wurde ein neuer Fertigungsbereich für elektronische Baugruppen gebildet, die Produkte
wurden ebenfalls einem Stresstest unterzogen
* Die Fertigung der audatec-Einheiten, Schränke und Pulte, erfolgte als Serienfertigung in
Standardkonfiguration. Die Qualitätsprüfung der Einheiten erfolgte mit einem
Standardprogramm im Prüffeld des Fertigungsbereichs
* In einem gesonderten Anlagenprüffeld wurden die Einheiten projektbezogen zusammen
geschaltet und die Ein- und Ausgänge simuliert. Dann wurde durch die für die Inbetriebnahme
vorgesehenen Inbetriebnahme Ingenieure mit den Projektanten und dem Auftraggeber die
projektbezogene Software erprobt.
Dadurch ergab sich bei der folgenden Montage und Inbetriebnahme auf der Baustelle eine
wesentliche Verringerung des Aufwandes und eine Verkürzung der Zeit.
Allein 1988 wurden 400 audatec-Einheiten produziert.

Die Broschüre zu diesem Thema ist im Industriemuseum erhältlich

Lothar Starke
Vorsitzender

https://www.facebook.com/Industriemuseum
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e-mail: imt-museum@t-online.de
Industriemuseum aktuell online:
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Foto: Industriemuseum Region Teltow e. V.

Dipl. Ing. (FH) Lothar Starke

Inhaltsverzeichnis
Teil I
Die Entwicklung der analogen Automatisierungstechnik
Teil II
Die Voraussetzungen für die Digitalisierung in der Automatisierungstechnik
Teil III
Digitale Prozessleitsysteme
Teil IV
Die Entwicklung des digitalen Prozessleitsystems „audatec“ in den Geräte- und Regler-
Werken Teltow (GRW)
Teil V
Die Markteinführung des Prozessleitsystems „audatrec“
Teil VI
Die intelligente Fabrik, Smart Factory – Industrie 4.0

III Digitale Prozessleitsysteme
Die Entwicklung des Digitalrechners und der Mikroelektronik hat erneut eine neue Stufe der Automatisierungstechnik eingeleitet,die mit dem Begriff der Kybernetik (Kunst des Steuerns) verknüpft ist.
1976 hat die Firma Honeywell USA das erste digitale Prozessleitsystem auf der Basis von Mikroprozessoren, TDC 2000 (Distributed Control System) geschaffen.
Das System hatte eine Konfiguration, bei der ein Controller bis zu acht Steuerschlaufen (Eingänge und Ausgänge) auf einer Controller Board steuerte.
Die Controller-Regelung war mit einem Data Highway verbunden und die Daten wurden einem Prozesscomputer zur Verfügung gestellt.
Die Betreiber konnten dann Prozessdaten lesen und Daten wie Setpoints und Outputs an die Verantwortlichen schreiben.
Das ermöglichte es, viele Steuerschleifen in einem System zu überwachen und abzustimmen.
Die Kommunikation zur Früherkennung wurde in Koaxialkabeln bereitgestellt.
Ab 1975 wurde in den Geräte- und Regler-Werken Teltow ebenfalls eine neue Generation von Automatisierungsanlagen auf der Grundlage von Mikroprozessoren entwickelt.
Diese Anlagen stellen den Übergang von der analogen Technik zur digitalen Prozessleittechnik dar.
Diese Anlagengeneration ist 1984 unter der Bezeichnung audatec im GRW Teltow in die Serienproduktion gegangen und hat bei den Automatisierungsanlagen alle Prozesse nachhaltig verändert.

Eine weitere Entwicklungsstufe stellte das von SIEMENS entwickelte Prozessleitsystem Teleperm M dar, welches 1980 zur Interkama vorgestellt wurde. Das neue Softwaresystem mit bereits programmierten Funktionseinheiten führte zu einer deutlichen Reduzierung des Aufwandes bei der Projektierung und der Realisierung.
Zu Anfang kam bei Teleperm M der speziell entwickelte CS275-Bus zum Einsatz mit einer Brutto-Datenrate von 275 kBit, der nach dem Token-Passing-Verfahren funktioniert.
Später kam noch der Teleperm-Anlagenbus hinzu, eine Portierung des CS275-Protokolls für Profibus-Netze.
Die Entwicklung von digitalen Leitsystemen erfolgte auch bei weiteren Unternehmen z. B. Yokogawa (CENTRUM-System), Bristol (UCS 3000-System), Valmet, Bailey oder Fischer& Porter.
Vorreiter und Weltmarktführer bei modernen Gerätesystemen ist SIEMENS mit dem System Simatic.
Die aktuelle Version ist seit 1994 das System Simatic S7, deren Ursprung 1973 in der
speicherprogrammierten Steuerung Simatic S3 lag.
Die Simatic S7 gehört in den Bereich der Totally Integrated Automation.

Mittlerweile werden nicht nur Steuerungen, sondern auch weitere Produkte unter dem Namen Simatic geführt. Dazu gehören:
– Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS)
– Dezentrale Peripherie
– Sensoren
– Regelsysteme
– Software zur Programmierung der SPS
– Programmiergeräte
– Bedien- und Beobachtungssysteme
– Industrielle Kommunikation
– Prozessleitsystem (Simatic PCS 7)
– Produktionsleitsystem

Die digitale Automatisierungstechnik ist eine wichtige Grundlage für die zukünftige Entwicklung.
Nach dem 2013 verabschiedeten Konzept in Deutschland ist das Ziel die „Intelligente Fabrik“.
(Smart Factory)
Dazu muss die Automatisierungstechnik durch die Einführung von Verfahren der
Selbstoptimierung, Selbstkonfiguration, Selbstdiagnose und Kognition intelligenter werden.

Die Broschüre zu diesem Thema ist im Industriemuseum erhältlich

Lothar Starke
Vorsitzender

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Inhaltsverzeichnis
Teil I
Die Entwicklung der analogen Automatisierungstechnik
Teil II
Die Voraussetzungen für die Digitalisierung in der Automatisierungstechnik
Teil III
Digitale Prozessleitsysteme
Teil IV
Die Entwicklung des digitalen Prozessleitsystems „audatec“ in den Geräte- und Regler-
Werken Teltow (GRW)
Teil V
Die Markteinführung des Prozessleitsystems „audatrec“
Teil VI
Die intelligente Fabrik, Smart Factory – Industrie 4.0

II Die Voraussetzungen für die Digitalisierung in der Automatisierungstechnik
Der Übergang von der analogen zur digitalen Automatisierungstechnik ist ein revolutionärer Schritt in der Technik, nachdem die gesamte Entwicklung sich mit der analogen Technik vollzog. Der Ursprung für die Digitalisierung liegt in der Erfindung des frei programmierbaren Digitalrechners (Computer) 1938 durch Konrad Zuse in Berlin.
Die Möglichkeit seiner breiten Anwendung wurde jedoch erst durch die rasante Entwicklung der Mikroelektronik möglich. Hoch integrierte Schaltkreise ermöglichen die Realisierung umfangreicher Funktionen auf kleinem Raum und die industrielle Massenfertigung dieser Bauteile führt zu einer rasanten Reduzierung der Kosten dieser Technik. Das wird deutlich von den tonnenschweren Großrechnern in Halbleitertechnik zu den Personalcomputern und Tabletts.

Die direkte Grundlage für den breiten Einsatz der Mikroelektronik in der Automatisierungstechnik war die Erfindung des Mikroprozessors 1971 durch die Firma Texas Instruments in den USA.

Die Entwicklung der digitalen Automatisierungstechnik erforderte aber neben den Bauelementen
noch weitere Voraussetzungen:
* Ausbildung und Qualifizierung des Personals für die Entwicklungsarbeit, wobei die Realisierung
   der Funktionen durch Programme (Software) völlig neue Anforderungen stellte
* Verschmelzung der Gerätetechnik für Regelung und Steuerung in ein einheitliches digitales
   Gerätesystem
* Kommunikation durch zu schaffende leistungsfähige, unterschiedliche BUS- Systeme
* Sicherung der Kompatibilität der digitalen Technik mit der im Einsatz befindlichen
   analogen Technik
* Bereitstellung umfassender Tools für das Enginering

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                                           Dipl.Ing. (FH) Lothar Starke

Inhaltsverzeichnis
Teil I
Die Entwicklung der analogen Automatisierungstechnik
Teil II
Die Voraussetzungen für die Digitalisierung in der Automatisierungstechnik
Teil III
Digitale Prozessleitsysteme
Teil IV
Die Entwicklung des digitalen Prozessleitsystems „audatec“ in den Geräte- und Regler-
Werken Teltow (GRW)
Teil V
Die Markteinführung des Prozessleitsystems „audatrec“
Teil VI
Die intelligente Fabrik, Smart Factory – Industrie 4.0

Teil I Die Entwicklung der analogen Automatisierungstechnik
Was ist Automatisierungstechnik?
Die Automatisierungstechnik ist ein unmittelbares Ergebnis der Entwicklung von industriellen Produktionsanlagen.
Die Realisierung industrieller Anlagen ist z.b. mit folgenden Innovationen verbunden:
– Dampfmaschine um  1785  Ersetzt menschliche Arbeit
– Siemens-Martin -Ofen ab 1856  zur Stahlerzeugung
– Dynamomaschine  ,Siemens 1866  zur Stromerzeugung
– Wärmekraftwerke ab 1880 zur Stromerzeugung
– Ammoniakherstellung 1911 , Haber – Bosch – Verfahren
– Kohleverflüssigung  1925,  Fischer -Tropsch- Verfahren

Die technologischen Anlagen  erforderten Einrichtungen um die Prozesse zu beherrschen und die Sicherheit zu gewährleisten (z. B. Vermeidung von Kesselexplosionen).
Notwendig war:
– die Prozessgrößen zu messen  (Unabdingbar)
– den gemessenen Zustand mit dem Soll zu vergleichen und
– durch Eingriffe in den Prozess die Abweichungen vom Soll zu beseitigen ( z. B. Ventile bedienen)

Die Arbeit der Überwachung und des Eingriffs in den Prozess übernahm zunächst der Mensch, der war aber mit dieser Aufgabe schnell überfordert.

Deshalb kamen hinzu:
technische Einrichtungen zur Überwachung, Steuerung und Regelung.
Daraus ergab sich die Automatisierungstechnik mit den Aufgaben:
                         messen – steuern – regeln – überwachen  (MSR – Technik)

Erst in den 1970er Jahren setzte sich, aus dem englischen kommend, die Bezeichnung
                                   Automatisierungstechnik
durch.

Die Definition für die Automatisierungstechnik lautet:
Die Automatisierungstechnik ist ein fachübergreifendes Teilgebiet der Technik und eine Ingenieurwissenschaft, die alle Maßnahmen behandelt, Maschinen und Anlagen zu automatisieren, also selbstständig bei der  Mitwirkung von Menschen  zur Beobachtung und Bedienung.

Das wissenschaftliche Fundament der Automatisierungstechnik
In der 1. Etappe wurden im Zeitraum von 1870 bis zur Jahrhundertwende theoretische Grundlagen der Regeltechnik geschaffen.
Eine 2. Etappe an theoretischen Grundlagen folgte von 1928 bis 1944, was insbesondere durch die militärische Forschung im 2. Weltkrieg entstanden ist.
Eine 3. Etappe begann im 2. Weltkrieg und hält bis heute an,sie wird im wesentlichen durch die Fortschritte der Mikroelektronik und Computertechnik bestimmt.

Wesentliche Fortschritte der Automatisierungstechnik traten erst durch die rasante industrielle Entwicklung nach dem 2. Weltkrieg ab 1950 ein.
1957 wurde die IFAC gegründet (International Federation of Automatic Control).
Der Erste Lehrstuhl für Regelungstechnik wurde 1944 durch Hermann Schmidt an der TH Berlin-Charlottenburg gegründet.
Ab den frühen 50er Jahren wurden weitere Lehrstühle gegründet. Durch diese wurde die Theorie, die Ausbildung und die Anwendung der Automatisierungstechnik vorangetrieben.

Führende Wissenschaftler auf diesen Lehrstühlen waren:
Prof. H. Kindler 1955 TH Dresden (von 1938 bis 1945 bei Askana, Luftfahrtgeräte)
Prof. H. Wilhelmi 1960 TH Magdeburg (Vorher Entwicklungsleiter im GRW Teltow)
Prof. H. Töpfer 1969 TH Dresden, dann ab 1965 TH Magdeburg
Prof. W. Oppelt 1956 TH Darmstadt
Prof. O. Schäfer 1957 RWTH

Automatisierungsanlagen
Automatisierungsanlagen dienen der Automatisierung technologischer Anlagen und sind ein Ergebnis der Entwicklung dieser Anlagen.
Automatisierungsanlagen werden individuell nach den Anforderungen der technologischen Anlagen geschaffen (Aufgabenstellung).
Jede Automatisierungsanlage bedarf eines individuellen Entwurfs, sowie der Projektierung und Konstruktion und der Erarbeitung der Anwendersoftware für die Computer (Engineering).
Bei Serienanlagen ist oft auch nur eine Anpassung erforderlich.
Der Entwurf muss die optimale Erfüllung der Aufgabenstellung gewährleisten. Dazu sind die aktuellen Erkenntnisse der Wissenschaft, moderne Gerätesysteme und geltende Standards anzuwenden.
Der Leistungsumfang der Automatisierungsanlagen umfasst:
– die Vorbereitungsphase (Engineering)
– die Realisierung (Fertigung und Einkauf) einschließlich der Konstruktion und Fertigung individueller Lösungen
– die Montage in der technologischen Anlage
– Inbetriebsetzung mit der technologischen Anlage
– Dokumentation und
– Service und Instandhaltung
Als Voraussetzungen zur Entwicklung neuer Automatisierungsanlagen wurden 1970 in den Geräte- und Regler-Werken Teltow ein neuer Bereich zur Entwicklung von Automatisierungsanlagen und -geräte mit rd. 800 Mitarbeitern geschaffen.
Damit wurde erstmalig eine komplexe Anlagenentwicklung für Automatisierungsanlagen über alle Stufen der Vorbereitung und der Realisierung der Automatisierungsanlagen, über die Fertigung bis zur Montage auf der Baustelle, der Inbetriebsetzung und dem Service durchgeführt.
Es erfolgte eine Integration der Computertechnik (Prozessrechner) in die konventionellen Anlagen und der Einsatz der EDV für die Steuerung übergeordneter Funktionen.
GRW wurde mit diesem Schritt zum Systemintegrator für die Automatisierungstechnik der DDR. Als Ergebnis dieser Entwicklungsarbeit wurde 1972 die Generation neuer Automatisierungsanlagen ursamat  k 4000 eingeführt, die erste Großanlage war der 500 MW  Block Hagenwerder.

Lothar Starke
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