Profinet Profinet im Audi-Karosseriebau bei den Audi Modellen A4 und A5

In Ingolstadt hat Audi eine neue Karosseriebauanlage errichtet – zwei weitere Linien an den Standorten Ingolstadt und Neckarsulm werden zur Zeit aufgebaut. Für dieses Großprojekt zur Produktion der Audi Modelle A4 und A5 hat der Automobilhersteller zusammen mit Phoenix Contact ein zukunftsweisendes Steuerungskonzept entwickelt – mit Steuerungs- und Netzwerktechnik, Industrie-PC und Visualisierung. Die Kommunikation erfolgt dabei über Profinet.

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Die rund 53.000 Mitarbeiter der AUDI AG, fertigten im Jahr 2006 über 900.000 Fahrzeuge und rund 1,9 Millionen Motoren. Erstmalig wird die Mittelklasse-Limousine A4 als das am häufigsten verkaufte Modell in zwei Werken produziert - in Ingolstadt und Neckarsulm. Mit drei Karosseriebau-Linien und einer Produktionsfläche von über 120.000 m2 plant Audi, täglich über 2.100 Fahrzeuge herzustellen (Bild 1). Mit dem Audi A5, der auf der gleichen Linie wie der Audi A4 gefertigt wird, hat das Unternehmen ein neues Coupé vorgestellt, das durch sportliches Design und eleganten Auftritt besticht.

Komplette Steuerungslösung von Phoenix Contact

Mit dem Steuerungskonzept beschreitet der Automobilbauer neue Wege - und vertraut erstmalig auf eine Steuerungslösung, die vollständig von Phoenix Contact kommt (Bild 2). Auch bei der Feldkommunikation betritt Audi Neuland - neben dem Feldbus-System Interbus wird das Profinet-Protokoll zur Datenübertragung eingeführt. Über Profinet werden bereits mehr als 30.000 Ein- und Ausgabesignale kommuniziert.

Die mehr als 350 SPS-Steuerungen vom Typ ILC 390 PN bilden das Herzstück der Anlage. Der ILC 390 PN vereint eine leistungsfähige Steuerung mit umfassenden Kommunikationsmöglichkeiten: in den Controller wurde neben einer Profinet-Schnittstelle ein 3-Port-Ethernet-Switch sowie ein Interbus-Master integriert. Die Steuerung arbeitet mit einer austauschbaren Compact Flash-Speicherkarte, auf die per FTP (File Transfer Protocol) zugegriffen werden kann (Bild 3). Vernetzt sind die an Ethernet und Profinet gekoppelten Komponenten mit über 400 managebaren MMS-Switches der Produktlinie Factory Line von Phoenix Contact.

Innovativer Standard mit Automatisierungs-Software PC Worx

Im Zuge des Projekts hat Planer Peter Glasel gemeinsam mit Phoenix Contact einen neuen Standard entwickelt, den das Team um Gerhard Böhm (Bild 4) dann auf der Betreiberseite umgesetzt hat. Böhm: „Unsere wichtigsten Prämissen waren eine einfache und schnelle Bedienung mit einem einheitlichen Erscheinungsbild sowie eine umfangreiche Diagnose.“ Zudem sollten die Engineering-Kosten durch den Einsatz des neu entwickelten Standards reduziert werden.

Integrierte Diagnose

Für eine umfassende Diagnose stellt jede in der SPS programmierte Technologie die Störmeldungen mit Zeitstempel zur Verfügung. Die Meldungen, die auf den Inline Controllern ILC 390 PN in einem Alarm-Server verwaltet werden, sind stets konsistent, da sie direkt auf der Steuerung erzeugt werden. Das erspart dem Anwender die aufwändige Integration sowie den Abgleich von Meldelisten mit der Visualisierung und dem Leitsystem. Die in die Automatisierungs-Software PC Worx sowie in das Diagnose-Tool Diag+ integrierte Netzwerk-Diagnose für Profinet- und Standard-Ethernet-Teilnehmer sowie die Interbus-Diagnose liefern umfangreiche Informationen zur schnellen Lokalisierung und Behebung von Störungen.

Automatische Generierung der Visualisierung

An der Errichtung der Karosseriebau-Linien waren mehrere Generalunternehmen sowie zahlreiche Unterlieferanten beteiligt. Damit bei einem Projekt dieser Größenordnung die Bedienoberflächen einheitlich sind, kommt ein neu entwickelter Visualisierungsassistent zum Einsatz. „Damit werden die Visualisierungsbilder automatisch aus dem SPS-Projekt heraus über Schablonen erstellt“, so Planer Glasel. „90 Prozent der Visualisierungen werden über den Assistenten generiert.“ Die Visualisierungsbilder werden auf den mehr als 400 Industrie-PCs von Phoenix Contact angezeigt. Über den Kommunikationsstandard OPC wird die Visualisierung an die SPS gekoppelt. Durch die Standardisierung der Bildobjekte werden Engineering-Zeiten reduziert und Fehler minimiert. Denn ein getestetes Visualisierungsobjekt kommuniziert stets mit dem zugehörigen, ebenfalls getesteten Baustein auf der SPS. Der objektorientierte Ansatz und die inkrementelle Generierung der Visualisierung tragen deutlich zur Verkürzung der Zeit für Anlagenerweiterungen bei.

Einsparpotenzial bei Inbetriebnahme und Fehleranalyse

„Nachdem die Visualisierung automatisch erzeugt wurde, lassen sich die Anlagen sofort im Handbetrieb bedienen und durch die in den Standard integrierte Diagnose überwachen“, erläutert Böhm. „Außerdem kann bei einer Störung direkt von der Visualisierung in den aktiven Schritt der Schrittketten-Programmierung von PC Worx verzweigt werden.“ Das erspart dem Instandhalter eine aufwändige Suche im Applikations-Programm. Das animierte Werkzeugbild führt den Anlagenbediener durch einen Farbumschlag direkt zum fehlerhaften Betriebsmittel, so dass die in komplexen Anlagen mitunter langwierige Suche nach dem Betriebsmittel-Kennzeichen entfällt (Bild 5). So können die Stillstandszeiten in den Karosseriebau-Linien deutlich reduziert werden.

Aus den Applikationen lässt sich zudem eine Laufzeitmessung zuschalten. Mit dieser Funktion wird die Zeit für die Ansteuerung jedes Aktors aufgezeichnet. Mittels automatischer Auswertung der Zeiten in einem Taktzeitdiagramm kann die Anlage schneller optimiert werden.

Integrierter Engineering-Ansatz

Um weitere Einspareffekte im Anlagenbau zu erzielen, hat der Audi Werkzeugbau die SPS-Projekte in verschiedenen Anlagenteilen erstmalig aus dem übergeordneten Engineering-Werkzeug Eplan Engineering Center (EEC) generiert. Gemeinsam mit den Phoenix-Contact-Mitarbeitern wurden entsprechende Schnittstellen für die Automatisierungs-Software PC Worx definiert und nach der Umsetzung getestet. Mit EEC kann Audi jetzt sowohl die SPS-Projekte für PC Worx als auch die Eplan-Zeichnungen aus dem Engineering Center erzeugen.

Innovative Sicherheitstechnik

Für die gesamte Sicherheitstechnik wurden modulare PSR-Sicherheitsrelais von Phoenix Contact verwendet. Durch die kompakte Bauweise dieser Safety-Komponenten konnte der Platzbedarf im Schaltschrank gegenüber konventionellen Sicherheitsrelais um 50 Prozent reduziert werden (Bild 6).

Alle sicherheitsgerichteten Sensoren werden von einem Standardrelais-Typ mit universellem Eingang ausgewertet. Die Funktion des so genannten Master-Relais wird durch die externe Beschaltung bestimmt, so dass fehlerträchtige Einstellungen beim Austausch entfallen. Über den innovativen Tragschienenverbinder können bis zu zehn Kontaktvervielfältigungen an das Master-Relais angereiht werden - was zu einer erheblichen Reduzierung der Querverdrahtung führt.

Steuerungstechnisches Großprojekt

In den drei Karosseriebau-Linien steuern 350 Inline Controller ILC 390 PN über 300.000 diskrete Ein- und Ausgangspunkte im Profinet- und im Interbus-Netzwerk. Ungefähr 2.000 Roboter werden mit mehr als 1.000 Schweißsteuerungen mit elektromotorischen Schweißzangen, rund 5.000 Ventilinseln, 700 Antrieben und 200 Klebesteuerungen koordiniert. Die Visualisierung der Anlagen erfolgt mit der Software Genesis32, die auf mehr als 400 Industrie-PCs – ebenfalls von Phoenix Contact - angezeigt wird.

Die Leistungsfähigkeit der Steuerungstechnik von Phoenix Contact sowie die möglichen Einsparungen beim Engineering haben die Verantwortlichen der AUDI AG überzeugt. So fiel die Entscheidung für die Komplettlösung von Phoenix Contact einstimmig. Alle Linien produzieren mittlerweile im Dreischicht-Betrieb. Die Umsetzung verlief reibungslos, und auch die Mitarbeiter haben das neue Vernetzungskonzept angenommen.

*Ing.(HTL) Markus Berghammer ist Global Account Manager für Audi bei der Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont.

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