Steuerung Informationen sind das A und O der Getriebeproduktion, Daimler optimiert Maschinen- und Betriebsdatenerfassung

Bei der Getriebeproduktion erfasst Daimler alle relevanten Maschinen- und Betriebsdaten mit einem neuen Produktionsleitsystem. Damit auch ältere Maschinen darin eingebunden werden können, entschied sich der Automobilproduzent für Inline-Steuerungen von Phoenix Contact. Die Daten werden von einer Software aufbereitet und auf einem zentralen Server erfasst.

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Lenord, Bauer & Co. GmbH

TURCK GmbH

ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH

PHOENIX CONTACT Deutschland GmbH

Die Daimler AG ist ein führender Anbieter von hochwertigen Personenkraftwagen und Nutzfahrzeugen. An den Standorten Hedelfingen und Zuffenhausen bei Stuttgart fertigen circa 2.700 Mitarbeiter jährlich 1,5 Millionen Getriebe für die PKW-Produktion in Deutschland. Aus Hedelfingen kommen die Schalt- und Automatikgetriebe für die Personenwagen der C-, E-, M-, R-, CL-, CLK- und S-Klasse sowie für den Sprinter. Die Getriebe-Produktion teilt sich auf in die Bereiche Teilefertigung, Gehäusefertigung sowie Montage.

Prisma – das neue Produktionsleitsystem im Einsatz

Zum Produktionsstart des 7-Gang-Automatikgetriebes NAG2 (Bild 1) im Jahr 2001 wurde das neue Standard-Produktionsleitsystem „Prisma“ zur Maschinen- und Betriebsdatenerfassung eingeführt (Bild 2). Damit sollten alle relevanten Daten der Produktion erfasst und ausgewertet werden: Betriebszustände (Bild 3), Werkstücktypspezifische Stückzahlen, Taktzeiten, Werkzeugwechsel, -gründe und –standzahlen, Stör- und Stillsetzungsgründe.

Mit der Auswertung dieser Daten wurden folgende Ziele angestrebt: kürzere Produktanläufe, höhere Verfügbarkeit der Anlagen und Maschinen, mehr Sicherheit bei den Prozessen, einfachere Kontrolle und Dokumentation von Prozessänderungen und Standardisierte Berichte

Datenerfassung mit SPS in Hochsprache

Alle Anlagen und Maschinen, die während und nach der Einführung von Prisma angeschafft wurden und werden, sind mit einer Schnittstelle zum System ausgestattet. Sinnvoll ist die Datenerfassung und -auswertung jedoch nur, wenn alle Maschinen einer Produktionslinie an das System gekoppelt sind. Dazu müssen alle Maschinen in den Linien über eine geeignete Schnittstelle an Prisma gekoppelt werden. Wegen der Vielfalt an SPSen und CNC-Steuerungen konnte keine einheitliche Hardware-Schnittstelle implementiert werden.

Als einfachste Lösung bot es sich an, die Daten über die E/A-Ebene der jeweiligen Steuerung zu erfassen.

Im März 2005 stellte Phoenix Contact diese so genannte E/A-Schnittstelle bei Daimler vor. Gemeinsam wurde von beiden Unternehmen die Funktionalität der Software für die Datenaufbereitung und –weiterleitung an den Server spezifiziert.

Im Mai 2005 wurde ein Lastenheft verabschiedet und Phoenix Contact wurde mit der Erstellung der Software beauftragt. Lieferanten vor Ort wurden dann von der Abteilung „Instandhaltung“ mit der Aufrüstung der Hardware in den Schaltschränken beauftragt.

Datenübertragung erfolgt über Ethernet

Eine SPS nimmt die relevanten Daten der vorhandenen SPS oder CNC-Steuerung über die E/A-Ebene auf und schickt sie automatisch mittels DCOM (Distributed Component Object Model) via Ethernet TCP/IP und Datenkonzentrator-PC an den Prisma-Server. Dort werden die Daten erfasst und in eine Datenbank geschrieben. Vom Prisma-Client aus kann der Anwender dann auf die Daten zugreifen (Bild 4).

Die Lösung für die „alten“ Maschinen sieht für jede Maschine eine Steuerung vom Typ Inline ILSC 350 vor - mit Windows CE, Version 4.2, als Betriebssystem (Bild 5). Die Programmierung erfolgt in der Hochsprache C. In der ursprünglichen Version dieser Lösung war die Anzahl der Werkstücke gering.

Zur Erfassung der relevanten Daten reichte daher ein Inline-Modul mit vier digitalen Eingängen – zusätzlich zu den vorhandenen zwölf Eingängen des ILSC 350 – aus. Die Ausgänge der Steuerung sind mit den Eingängen der Inline-Station gekoppelt und liefern die erforderlichen Daten (Bild 6): 6 Einzelmeldungen zu Betriebszuständen, Stückzahlimpuls je gefertigtem Teil, sowie 3-Bit Werkstück-Typerkennung (binär codiert)

Das Programm des ILSC 350 ist für alle Maschinen identisch

Diese binären Signale werden vom Programm des ILSC 350, das von Phoenix Contact erstellt wurde, zu Server-tauglichen Daten im ASCII-Format aufbereitet und an den Konzentrator der Anlage geschickt. Dieser leitet sie automatisch an den Prisma-Server weiter, wo sie in die Oracle-Datenbank geschrieben werden. Das Programm des ILSC 350 ist für alle Maschinen identisch. Der Anwender muss lediglich einige maschinenspezifische Daten anpassen, wie IP-Adresse, Bearbeitungsart, Server-Adresse und Anlagennummer.

Inbetriebnahme auf nur zwei Tage reduziert

Nach der Inbetriebnahme der ersten Maschinen im Herbst 2005 zeigte sich schnell, dass die Auswertung aufgrund der geringen Anzahl der Datenpunkte nur beschränkt tauglich ist. Einige Maschinen hatten eine zu geringe Anzahl an Werkstücktypen. Außerdem reichte eine Sammelstörmeldung allein nicht aus für eine schnelle Fehlerlokalisierung.

Anfang 2006 wurde daher die Spezifikation um folgende Funktionen erweitert: Werkstücktypsignal bis 7 Bit, 8-Bit-Störsignal (BCD-kodiert) für eine definierte Meldung, automatische Erkennung der Anzahl der zusätzlichen Inline-Module mit vier digitalen Eingängen, sowie Übertragen von Störtexten

Die Steuerung erkennt die Anzahl der digitalen Eingangsmodule und ordnet die Signale automatisch den Eingängen zu. So wird zum Beispiel der ILSC 350 mit einem digitalen Eingangsmodul der Auswertung mit Werkstücktyperweiterung zugeordnet. Durch umfangreiche Software-Vortests, die bei Phoenix Contact vorgenommen wurden, konnte die Inbetriebnahmezeit vor Ort auf zwei Tage reduziert werden.

Weitere Werke werden sukzessive eingebunden

Auch in den Werken Untertürkheim, Gaggenau und Rastatt wird das System eingesetzt – für standortspezifische Besonderheiten wurde die Software des ILSC 350 modifiziert. So sollten beispielsweise in Gaggenau auch Daten zum Energieverbrauch wie Strom oder Druckluft protokolliert werden. Der Anwender kann Verbrauchsdaten aus der Datenbank exportieren und auswerten – zum Beispiel in Excel.

Bei einem Ausfall des Datenkonzentrators können die Daten im ILSC 350 gepuffert werden. Läuft der Konzentrator wieder an, werden die Daten übermittelt. In Abhängigkeit von Maschinentaktzeit und Datenvolumen können die Daten über einen definierten Zeitraum nachgehalten werden. So können bis zu 1000 Datensätze über einen Zeitraum von etwa 50 Stunden gespeichert werden - mit Teile-ID bei einer Taktzeit von 3 Minuten.

Dipl.-Ing. Günter Frevert, Mitarbeiter in der Business Unit Automation Systems, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont

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