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(Bildquelle: Siemens)

Der Projektauftrag

Die Projektaufgabe bestand darin, dass ein Data-Matrix-Code, der in die Außenhaut eines zylindrischen Katalysatorkörpers für Rußfilter eingenadelt ist, nach der Montage im Fahrzeug von unten lesbar ist. Der Code soll für die richtige Konstellation der Bauteile beim Schweißen und damit die korrekte Durchflussrichtung sorgen. Dazu müssen beim Einlegen des Katalysatorkörpers in die Schweißvorrichtung die Drehlage des Data Matrix Codes und dessen horizontale Ausrichtung kontrolliert werden. Nur wenn die Drehlage auf ± 2° genau und auch die Orientierung stimmt, können Anschlussflansche und Katalysatorkörper miteinander verspannt und verschweißt werden. Anschließend ist zu prüfen, ob die Schweißnähte dicht sind und der Data Matrix Code lesbar ist. Die Ergebnisse dieser Einzelschritte sollten automatisch an ein SAP-System übergeben und gesichert werden. Diese Aufgabe ist prädestiniert für ein Vision-System, mit dessen Ein- und Anbindung Neupro Solutions, ein Systemintegrator und Siemens Solution Partner Automation, beauftragt wurden.

Die Projektdurchführung

‚Es muss schnell gehen und darf nur wenig kosten‘, war die generelle Forderung. Deshalb hat man sich darauf verständigt, die vorhandene Lösung mit einer S7-300 und einem stabillaufenden Steuerungsprogramm für die gesamte Automatisierung der Schweißzelle nicht zu verändern. Ein PC-basiertes Vision-System sowie ein zusätzlicher Micro-Controller PLC Simatic S71200 sollten in den Prozess integriert werden. Eines der Hauptauswahlkriterien für die Kompaktsteuerung war die Profinet-Schnittstelle, die ohne zusätzliche Hardware schnelle Ethernet-Kommunikation (TCP/IP native, ISO-on-TCP, S7) mit einem Programmiergerät, HMI-Systemen und anderen Controllern/Anlagenteilen ermöglicht.

Schnell wurde eine stabillaufende Lösung erarbeitet, die innerhalb von drei Tagen umgesetzt und bereit für die Kundenabnahme war. Gerade das einfache, intuitive Projektieren und Programmieren mit dem Engineering-System Simatic Step 7 Basic (V10.5) sorgte für Zeitersparnis. „Das grafische Engineering-Framework ist für mein Empfinden übersichtlich aufgebaut. Man findet sich schnell und intuitiv zurecht und kann zügig damit arbeiten“, so Matthias Koitzsch, Programmierer der Applikation. „Es bietet identisch aufgebaute, einheitlich aussehende und zu bedienende Editoren für Steuerungs- und Visualisierungsaufgaben, deren Datenbestände automatisch aktualisiert und konsistent gehalten werden, so dass bei der PLC-Programmierung angelegte Variablen sofort im HMI-Teil der Anwendung verfügbar sind – und umgekehrt, was Mehrfacheingaben, Fehler und Zeit erspart.“ Dabei ermöglicht das Engineering-System zwei grundsätzliche Arbeits- und Herangehensweisen: Die Portalansicht mit allen Editoren für ein Automatisierungsprojekt führt Einsteiger aufgabenorientiert zum Ziel. Während in der Projektansicht die hierarchischen Strukturen des gesamten Projekts in Baumform dargestellt werden ist ein schneller Zugriff auf alle Editoren, Parameter und Projektdaten möglich ist, was effizientes objektorientiertes Arbeiten unterstützt. Anwenderfreundlich sind auch die vorgegebenen Eingabemasken für bestimmte Systemfunktionen, etwa für das Anlegen der Ethernet-Verbindung.

Die Steuerung wurde über einen vorhandenen Switch in das bestehende Zellennetzwerk eingebunden und der Datenaustausch mit dem Vision-System und einem überlagerten Box-PC mit zertifizierter SAP-Schnittstelle realisiert. Relevante Fertigungsschritte und Zustände werden nun in Datenbausteinen erfasst und nach jedem Zyklus automatisch via Ethernet ausgelagert. Der interne Austausch erfolgt noch über einen OPC-Server, während man bereits an einer Lösung arbeitet, Ein-/Ausgangssignale direkt aus dem Bildverarbeitungsprogramm heraus lesen beziehungsweise absetzen zu können, was eine weitere Vereinfachung und Beschleunigung bedeutet.

Die Simatic S7-1200 ist an das Vision-System angebunden und steuert die LED-Beleuchtung, eine beim Schweißen schützende Abdeckklappe sowie zwei Dioden, die dem Werker die korrekte Richtung und Drehlage des Katalysatorkörpers beim Einlegen signalisieren. Die Visualisierung der richtigen Lage des Katalysatorgehäuses am Einlegeplatz erfolgt über Lampen, die sich direkt vor dem Bediener in der Schweißzelle befinden. Solange sich das Werkstück noch außerhalb der ± 2° befindet leuchtet die Lampe rot, innerhalb des Toleranzbereichs grün. Da sich jedoch der Schaltschrank auf der entgegengesetzten Seite befindet, wurde kurzerhand für Diagnose, Optimierung und Wartung im Schaltschrank ein Simatic-Basic-Panel vom Typ KTP400 mono PN installiert. Dieses kleine Gerät ist mit einem monochromen STN-Touchdisplay (3,8″) und vier taktilen Bedientasten ausgestattet und über eine Profinet-Schnittstelle mit der Steuerung verbunden. Das Basic-Panel wurde im Engineering-System Simatic Step 7 Basic mit integriertem WinCC Basic projektiert.

Im Produktionsbetrieb visualisiert das Panel eine im Data Matrix Code abgespeicherte Produktnummer, die momentane Drehlage des Codes beim Einlegen und ob die Richtung stimmt. Getestet und für gut befunden hat man auch das Bibliothekskonzept des neuen Engineering-Systems. So können einmal erstellte Elemente wie Funktionsblöcke, Variablen, Alarme, HMI-Bilder oder Programmmodule in Bibliotheken abgespeichert und bei Bedarf auch in andere Projekte übernommen werden.

Das Projektfazit

Durch die integrierte Profinet-Schnittstelle ist die Simatic S71200 eine vergleichbar kompakte und kosteneffiziente Automatisierungslösung. Der Produktionsplaner des Automobilzulieferers Emcon Technologies zeigte sich zufrieden mit dem schnellen und reibungslosen Verlauf und den Ergebnissen der Umstellung. Gefallen hat vor allem, dass diese in nur drei Tagen vollzogen war und die Produktion fast unbeeinträchtigt weiter laufen konnte. Was sie seither zuverlässig tut, sodass sich für die Instandhaltung und Wartung bislang noch keine Gelegenheit ergeben hat, mit dem neuen System zu arbeiten.