História vývoju riadiacich systémov: Poznáte príbeh legendy „SIMATIC“?

Simatic je obchodná značka registrovaná 2. apríla 1958 spoločnosťou Siemens. Od tej doby sa Simatic stal súčasťou dlhého radu technológií v rôznych oblastiach priemyslu. Každý rok sa predá viac ako milión modelov Simatic. Dnes Simatic predstavuje spoľahlivý základ pre digitalizáciu priemyselnej výroby.


Simatic“ automatizuje priemysel viac ako „63“ rokov

Automatizačná technika, ktorá po dobu viac ako šesťdesiatich rokov jedinečným spôsobom podnecovala aj zrkadlila zmeny v priemyselnej výrobe, sa neustále vyvíja a významne sa podieľa na určovanie štandardov v oblasti produktivity a kvality výroby.

Šesťdesiate-tretie výročie značky Simatic je príležitosťou k spätnému ohliadnutiu na mnohokrát vzrušujúcu históriu rozvoja priemyslu a automatizačnej techniky – od hospodárskeho boomu v 50. rokoch minulého storočia po súčasný vek internetu, od prvých automatizovaných zariadení až po digitálne továreň.

Priemysel bol na začiatku druhej polovice minulého storočia ešte stále uprostred veku mechanizácie, keď sa, ako predzvesť revolúcie vo výrobe, na scéne objavilo prvé automatizovaná strojné zariadenie. Tieto stroje vykonávali síce len jednoduché úlohy, ako napr. automatické dierovanie a otáčanie, napriek tomu predstavovali ohromný skok vpred v produktivite práce.

Na začiatku druhej polovice 19. storočia sa už objavovali prvé automatizovaná strojné zariadenie


Tranzistory menia svet

V polovici 50. rokov dvadsiateho storočia boli v riadiacej technike obvyklým štandardom stýkače a relé. Odborníci v oblasti riadiacej a komunikačnej techniky si ale už dokázali predstaviť, k čomu všetkému by bolo možné použiť vtedy úplne novú súčiastku – tranzistor.

Ako zosilňovače signálu ponúkali tranzistory významné prednosti. Spoločnosť Siemens sa teda chopila príležitosti a v roku 1955 vyvinula svoje prvé riadiace obvody s germániovými tranzistormi.

Prvé riadiace obvody s germániovými tranzistormi boli rozdelené do dvoch samostatných blokov

Názov Simatic bol ako obchodná značka zaregistrovaný 2. apríla 1958. Hoci bol jeho „repertoár“ spočiatku obmedzený len na logické funkcie, bol prvý germániový Simatic G čoskoro používaný aj ako čítač.

V roku 1964 došlo k dôležitej technickej zmene – riadiace a spínacie obvody začali byť vyrábané s použitím kremíka, ktorý je menej citlivý na teplotu. Tento vývoj priniesol rad Simatic N a špeciálne systémy Simatic H a Simatic P.

Požadované  funkcie riadiacich jednotiek sa ešte stále dosahovali pevným zapojením modulov v sieťach. Moduly v tej dobe obvykle zapájal výrobca riadiacej techniky podľa schém zhotovených projektantom riadiaceho systému.

Simatic G, prvý programovateľný automat značky Simatic, uvedený na trh na strojárenskom veľtrhu v Paríži v roku 1958


Rastúca rôznorodosť produktov

Na konci 70. rokov sa pred výrobnými podnikmi objavili nové problémy a výzvy. Zatiaľ čo predtým sa ich výrobky na otvorenom a nenasýtenom trhu predávali väčšinou veľmi dobre, začala v tej dobe rásť konkurencia a s ňou aj boj o zákazníkov.  Súčasťou podnikania sa stala potreba odlíšiť vlastnú produkciu od produktov ponúkaných ostatnými výrobcami – napr. prijateľnejšou cenou, vyššou kvalitou, rozmanitejším sortimentom alebo novými funkciami výrobkov.

Preto, aby bolo možné stále komplexnejšie automatizovať výrobné procesy, bolo treba zmeniť aj konštrukciu výrobkov. Dôležitým kritériom pri posudzovaní konštrukcie nových komponentov sa stala ich ľahšia výroba. Popri tom začali výrobcovia v priemysle prepájať jednotlivé procesy realizované pri výrobe použitím počítačových systémov.

Priekopníckym počinom v oblasti takejto „zasieťovanej“ výroby bola v 90. rokoch minulého storočia implementácia konceptu výroby podporovanej počítačom – Computer Integrated Manufacturing (CIM) – a to konkrétne v automobilovom priemysle.

V roku 1973 prichádza nový typ riadiacej jednotky Simatic S3, ktorý vďaka exponenciálne vyššiemu výpočtovému výkonu dodáva nové uplatnenie v priemysle


Triumf programovateľných automatov

Súbežne so zmenami, ku ktorým dochádzalo v priemyselnej výrobe, si v 70. rokoch minulého storočia veľkú obľubu u konštruktérov riadiacej techniky aj ich zákazníkov získal nový typ riadiacej jednotky – programovateľný automat (Programmable Logical Controller – PLC).

O jeho činnosti namiesto usporiadania drôtových prepojok rozhodoval program uložený v pamäti zariadenia. Prvé prenosné programovacie jednotky pre programovanie PLC sa začali používať od polovice 70. rokov. Čo sa týka jednoduchosti obsluhy, hmotnosti a odolnosti, išlo však o pomerne primitívne zariadenie, na hony vzdialené príručným prístrojom s pohodlným ovládaním používaným v súčasnej dobe.

Úspešný príbeh programovateľných automatov značky Simatic sa začal písať na strojárenskom veľtrhu v Hannoveri v roku 1979. Prezentácia na veľtrhu odštartovala dodávky programovateľných automatov radu Simatic S5, ktoré si čoskoro našli pevné miesto v takmer všetkých odvetviach priemyslu.

Programovateľné automaty (PLC) sa v riadiacej technike definitívne presadili až v roku 1979, po predstavení produktovej skupiny Simatic S5 na veľtrhu v Hannoveri

Zároveň tiež rástli požiadavky zákazníkov na funkčné schopnosti i prevádzkové charakteristiky systému. Pokrok smerom k jednoduchšiemu programovaniu systémov priniesli 80. roky, kedy boli do odboru riadiacej techniky zavedené grafické displeje a grafické programovacie metódy.

Čoskoro boli tiež vznesené požiadavky na decentralizáciu činností. Požiadavkou bolo zmenšenie nutného objemu kabeláže zvedením signálov dohromady na úrovni stroja a prenášaním údajov do programovateľného automatu v ucelených blokoch.

V reakcii na tieto požiadavky vznikli distribuované vstupy / výstupy (Input / Output – I / O) a objavila sa technika priemyselných komunikačných zberníc. V roku 1993 sa stala uznávaným štandardom komunikačnej zbernice Profibus a význam sietí ako dôležitého aspektu automatizácie od tej doby neustále rastie.


Výroba pokrytá sieťami

V polovici 90. rokov umožnili včas a rytmicky presne vykonávané výrobné operácie usporiadať výrobný proces ako “kompaktný prepletenec ich postupnosťou“, čo výrobcom otvorilo úplne nové možnosti. Začalo byť napríklad možné a zároveň ekonomické vyrábať paralelne vo veľkých množstvách výrobky líšiace sa jednotlivými vlastnosťami – a to na takmer úplne automatizovaných výrobných linkách vyznačujúcich sa vysokou kvalitou produkcie.

Uvedená integrácia postupnosťou výrobných operácií otvorila nové možnosti aj v oblastiach údržby a servisu, plánovania výroby a optimalizácie procesov. Začalo byť totiž možné optimalizovať využitie disponibilných kapacít a vyhnúť sa tak prestojom.


Plne integrovaná automatizácia

V roku 1996 predstavila spoločnosť Siemens na tlačovej konferencii v Rotterdame svoj koncept Plne integrovanej automatizácie (Totally Integrated Automation – TIA). Automatizačné prostriedky vytvorené podľa konceptu TIA v súčasnosti zaisťujú integráciu ako horizontálne, tak i vertikálne.

Horizontálne sú integrované logistické operácie od dodávok materiálov a komponentov pre výrobný reťazec až po expedíciu hotových výrobkov a vertikálne všetky úrovne automatizačnej pyramídy v podniku.

Spoločnosť Siemens súčasne oznámila integráciu svojich automatizačných prostriedkov pre riadenie spojitých i nespojitých procesov a štandardné komponenty radu Simatic S7 použila ako základ systému Simatic PCS 7 pre riadenie spojitých technologických procesov.

Išlo o priekopnícky čin, ktorým koncern razom preklenul doterajšiu medzeru medzi technikou pre riadenie spojitej výroby a programovateľnými automatmi.

Koncept TIA znamenal definitívny vstup do „veku decentralizácie“. Pokračujúca miniaturizácia elektroniky umožňuje vtesnať do stále menších zariadení čoraz väčší počet funkcií. Distribuované vstupy / výstupy sú vybavované svojou vlastnou inteligenciou a preberajú na seba najskôr úlohy predspracovania dát a neskôr aj úlohy riadenia v otvorenej slučke.

Zariadenia možno konštruovať v natoľko odolnej podobe, že môžu pracovať v prašnom či vlhkom, poprípade i vonkajšom prostredí. Pozadu za týmto vývojom nezostávala ani bezpečnostná technika. V roku 2000 predstavila spoločnosť Siemens svoj koncept integrovanej bezpečnosti – Safety Integrated, ktorý teraz umožňuje kombinovať v jednom automatizačnom systéme štandardné riadiace úlohy s úlohami bezpečnostnými.

Jednotky decentralizovaných I/O Simatic ET200S majú vlastnú CPU a môžu komunikovať v sieti Profinet


Pružná výroba udržiava náskok pre konkurenciou

So vstupom do nového tisícročia sa v priemysle ako úplne bežná záležitosť definitívne presadila výroba po „dávkach“ s veľkosťou jedného kusu. Automatizovane možno teraz podľa individuálnych špecifikácií zadaných zákazníkmi vytvárať aj zložité produkty, ako sú automobily alebo počítače.

 Veľmi ľahko adaptovateľné výrobné linky tiež umožňujú rýchlejšie uvádzať na trh nové výrobky, a udržiavať tak náskok pred konkurenciou, čo je okolnosť veľmi dôležitá pre úspech na trhoch zmietaných stále tvrdšími cenovými vojnami.

Vyrábať v súčasnom globalizovanom svete znamená predovšetkým koordinovať výrobné závody ako v národnom, tak aj v medzinárodnom meradle. Pre to, aby výrobcovia ďalej skrátili čas potrebný na uvedenie výrobku na trh, môžu nové výrobné linky ešte pred tým, než ich začnú uvádzať do prevádzky, testovať na virtuálnych modeloch.

Súčasne s tým neustále rastú požiadavky zákazníkov aj vládnych regulačných orgánov na bezpečnosť, spoľahlivosť a kvalitu priemyselných výrobkov. Výsledkom je dôraz kladený na úplnú transparentnosť výrobných procesov, pretože zodpovednosť výrobcov za ich produkty dnes už nekončí len na nakladacích rampách tovární.


Integrácia informačnej techniky

Informačné systémy používané administratívnymi útvarmi spoločnosti dlho nazerali na výrobu ako na „čiernu skrinku“. Ak má byť výroba efektívna, je však potrebné stroje, pracovníkov i procesy koordinovať a synchronizovať. Presne to robia systémy pre riadenie výroby, tzv. Manufacturing Execution Systems (MES).

Spoločnosť Siemens uviedla v roku 2002 na trh svoj systém typu MES s názvom Simatic IT – jediný svojho druhu, ktorý dôsledne vychádza zo štandardu ISA-95, platného pre túto oblasť činnosti. Systém Simatic IT preklenuje medzeru medzi výrobou na jednej a systémy pre riadenie podniku na strane druhej.


Digitálna továreň

Výkonné simulačné nástroje umožňujú zákazníkom podľa ich požiadaviek vytvárať virtuálne modely celých tovární a továrne na týchto modeloch virtuálne overovať a uvádzať do chodu. Tým vývoj dospel do ďalšej dôležitej etapy v histórii automatizácie – k tzv. Digitálnej továrni (digital factory).

Automobilky boli v roku 2004 opäť prvé, kto zaviedol tieto nové metódy výroby. Koncept digitálnej továrne im umožňuje modelovať a simulovať všetky procesy – od dodávok materiálu až po konkrétne výrobné operácie.

V praxi to znamená, že môžu overovať kvalitu nových koncepcií výroby na počítači a zladiť spolu všetky systémy pripadajúce do úvahy, a to skôr, než na mieste prípadnej budúcej továrne vôbec “kopnú do zeme“.

A naopak je tiež možné virtuálne optimalizovať a modifikovať existujúce komplexné výrobné závody, napríklad pre overenie možnosti prechodu na nový výrobok. Následne sú v „skutočnom“ výrobnom prostredí zavedené úpravy overené na modeli pomocou simulácie, bez toho aby bolo potrebné jednotlivé pracoviská vynímať, urýchlene prebudovávať a opätovne zapájať do konvertovaných liniek.

V roku 2008 na strojárenskom veľtrhu v Hannoveri spoločnosť Siemens prezentovala inovácie systému Simatic zahŕňajúce komunikačnú sieť Profinet, koncept vstavanej automatizácie a funkčnej bezpečnosti (Embedded Automation and Safety) aj novú verziu 3.0 softvérového produktu Automation Designer, vývojového prostredia pre návrh digitálne továrne.

Všetko bolo predvedené v kontexte s ultramoderným zariadením na výrobu automobilov vybavenou automatizačnou technikou, pohonmi a rozvodmi elektrickej energie značky Siemens.

V roku 2009 Portfólio rozširujú mikrosystémy Simatic S7-1200 a ovládacie panely Simatic HMI. Vďaka svojej flexibilite a rozsiahlym možnostiam rozšírenia dokážu splniť požiadavky takmer akýchkoľvek automatizačných úloh.

Na veľtrhu v Hannoveri roku 2008 sú predstavené inovácie systému Simatic zahŕňajúce komunikačnú sieť Profinet, koncept vstavanej automatizácie a funkčnej bezpečnosti


Fenomén “Simatic“ ako nezastaviteľný vlak

O štyri roky neskôr (rok 2013) prichádza najnovšia generácia programovateľných automatov Simatic S7-1500 Advanced, ktorá vyniká veľkou výkonnosťou systému a množstvom štandardne vstavaných skupín funkcií. Súčasne prináša nové riešenia vizualizácie a ovládanie pohybu.

Ďalšie inovácie systému Simatic v nasledujúcich rokoch umožňujú prepojiť reálny a digitálný svet. Nový nástroj PLCSim Advanced ponúka dokonca možnosť virtuálneho sprevádzkovanie aj simuláciu výrobnej prevádzky. Takto možno chyby alebo nedostatky systému odstrániť ešte predtým, než nastanú v reálnom prostredí.

V roku 2019 sa v oblasti systémového softvéru predstavuje Simatic PCS neo založený na webových technológiách. Spoločnostiam pôsobiacim v procesnom priemysle ponúka úplne nové možnosti v ére digitalizácie. Okrem priameho a bezpečného prístupu do systému z ľubovoľného miesta a zariadenia pomocou prehliadača HTML5 ponúka jedinečnú využiteľnosť všetkých relevantných informácií, ktoré sú dostupné v rámci jediného pracovného stola.

Simatic PCS neo je založený na webových technológiách

Na prelome rokov 2019 – 2020 na veľtrhu SPS spoločnosť Siemens predstavuje aj nový ucelený systém pre priemyselnú prevádzku a monitoring. Ide o webovo založený vizualizačný systém, ktorého súčasťou je vizualizačný softvér Simatic WinCC Unified a nová generácia operátorských panelov Simatic HMI Unified Comfort. Užívateľom ponúka riešenie pre aplikácie HMI a SCADA, a v budúcnosti by mali byť pripojené aj aplikácie pre priemyselný Edge computing, cloud a rozšírenú realitu.

Ďalšou novinkou bol napríklad aj kompaktný riadiaci systém Simatic Drive Controller. Zariadenie integruje riadiaci systém Simatic S7-1500 s funkciou riadenia polohy a pohybu (MC) priamo v modulárnom viac-osom systéme SINAMICS S120.

Bez preháňania možno povedať, že išlo o ďalšie príklady toho, ako spoločnosť Siemens, viac ako 60 rokov po vzniku značky Simatic, neprestáva udávať trendy v oblasti technického rozvoja.

Časová osa a uvedenie na trh komponentov SIMATIC


Vízia
„legendy“ SIMATIC

Simatic bola zaregistrovaná 2. apríla 1958 spoločnosťou Siemens. Od tej doby sa Simatic stal súčasťou dlhého radu technológií v rôznych oblastiach priemyslu. Dnes predstavuje Simatic spoľahlivý základ pre digitalizáciu priemyselnej výroby.

Šesťdesiat rokov značky Simatic zmenilo pohľad na priemyselnú automatizáciu. Dnes je výzvou umožniť všetkým strojom, zariadeniam a výrobným závodom spolu inteligentne komunikovať, a dosiahnuť tak vlastné optimalizácie s maximálnou flexibilitou.

SIMATIC história sa začala písať v roku 1959

Zdroj: siemens, upravil Automatizacia365.sk

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *