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Die Verfügbarkeit verbessern

Text: Roland Kolb & Alexander Meyer, beide Sick FotoS: BMW; Sick
In den Werken Regensburg und München sowie an weiteren Standorten in China und Südafrika setzt BMW bei der Absicherung von Roboterzellen und Montagelinien Sicherheits-Laserscanner mit integrierter Profinet-Schnittstelle ein. Damit will der Automobil-hersteller sein zentrales Anlagen-Bedienkonzept stützen, die Verfügbarkeit der Fertigungs-einrichtungen verbessern und Kostenein-sparungen realisieren.

Bei den Sicherheits-Laserscannern handelt es sich um die Produktfamilie S3000 von Sick, die im Karosseriebau unter anderem zur Absicherung von Gefahrenbereichen oder für mechanisch trennende Schutzeinrichtungen eingesetzt werden. Die Baureihe bietet Schutzfeldradien bis 7 m, einen Scanwinkel von 190° und bis zu acht Warn- sowie acht Schutzfelder. Diese können entsprechend der Anforderungen am Einsatzort, zum Beispiel einer Schweißroboterzelle, frei programmiert und im Betrieb prozessabhängig umgeschaltet werden. Alle S3000-Varianten erfüllen PLd nach EN ISO 13849 und SIL2 nach IEC 61508. Da in den Werken Regensburg und München die gesamte Roboter- und Antriebstechnik mit Profinet ausgerüstet und jeweils rund 9000 Profinet-Geräte im Werksnetz integriert sind, setzt BMW auch bei der Sensorik auf Profinet IO.

Feldbusstandard im Automobilbau

Das Kommunikationssystem Profinet IO bietet als Industrial-Ethernet-System drei Möglichkeiten für die Übertragung von Echtzeitdaten: einen Real Time-Kanal (RT) für IO-Signale, eine optionale azyklische Kommunikation (NON-RT) für zeitunkritische Nutzdaten sowie einen taktsynchronen Übertragungskanal (IRT) zum Beispiel für Motion-Control-Applikationen. Die Initiative der deutschen Automobilhersteller (AIDA) hat sich auf diesen Feldbus als neuen Kommunikationsstandard für die Fahrzeugproduktion festgelegt. Dafür sprachen mehrere Gründe: So ist es mit Profinet möglich, Echtzeitdaten - wie Schaltsignale und andere Nutzdaten - über ein gemeinsames Kabel zu übertragen. Der zweite Vorteil ist die hohe Übertragungsleistung mit Datenmengen bis 1440Byte pro Telegramm und Geschwindigkeiten bis 100 Mbit/s. Sichere I/O-Signale werden mit Profisafe übertragen, was eine separate Verkabelung einspart. Hinzu kommt, dass die Teilnehmerzahl von Profinet- und klassischen Ethernet-Geräten im Netzwerk nahezu unbegrenzt ist.

Einsatzbereit im Karosseriebau

Bei automobilen Fertigungsanlagen dreht sich alles um Kosteneinsparungen und Verfügbarkeit. Um beides zu erreichen, setzt BMW auf ein zentrales Bedienkonzept: Programmierung, Bedienung, Wartung, Störungsanalyse, Datensicherung - alles erfolgt von zentraler Stelle aus. Diese ist natürlich umso effizienter, je mehr Netzwerkteilnehmer im Feld mit ihr kommunizieren können. Der Sicherheits-Laserscanner S3000 Profinet IO von Sick kann direkt in das Netz des Karosseriebaus integriert werden. Sowohl in München als auch in Regensburgkommen etwa 70 Sensoren zum Einsatz, unter anderem als Hintertretschutz in Schweißroboterzellen. Die Nutzenaspekte, die BMW von der direkten Einbindung der Sicherheits-Laserscanner in das Produktionsnetzwerk hat, sind vielfältig. Zu nennen ist zunächst die vollständige und durchgängige Integration der Feldgeräte. Es werden keine Schaltmodule und Unterverteiler mehr benötigt, denn die Scanner verfügen über zwei integrierte RJ45-Ports mit Switch-Funktionalität, die externe Switches überflüssig machen und eine einfache Anbindung in die Baumstruktur bei BMW ermöglichen. Ein weiterer Vorteil ist der reduzierte Verkabelungsaufwand. Die gesamte Datenübertragung erfolgt über ein Medium, im gleichen physikalischen Netzwerk. Da die Konfiguration vom zentralen Bedienrechner durchgeführt werden kann, geht die gesamte Inbetriebnahme schnell und einfach vonstatten. Entsprechendes gilt für den Betrieb und die Wartung der Sensoren. Da sich alle Daten an einer zentralen Ablagestelle befinden, ist jeder Nutzer immer auf dem aktuellen Stand. Die Zeiten, in denen es passieren konnte, dass im Feldgerät, in der Anlagensteuerung und auf dem Laptop des Servicetechnikers unterschiedliche Datenstände zu finden waren, sind vorbei. Zudem ist der Sicherheits-Laserscanner vor Manipulationen geschützt. Hierzu überträgt der Sensor mittels einer Prüfsumme seine Safety Configuration-ID an den Leitrechner, wodurch jegliche nicht autorisierte Veränderung des Feldgerätes erkannt und nachvollzogen werden kann. Von entscheidender Bedeutung für die Verfügbarkeit und Produktivität der Anlagen ist, dass im Diagnose-, Wartungs-oder Fehlerfall von zentraler Stelle aus direkt mit den Sensoren im Feld kommuniziert werden kann. Da alle Zustandsinformationen der Sensoren über das zentrale Automatisierungssystem abgerufen werden können, ist jederzeit eine zyklische Ferndiagnose möglich. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn die Sensoren nicht von außen zugänglich sind und das Auslesen über ein lokal anzuschließendes Programmiergerät kaum möglich ist. Die Profinet-Integration der Sicherheits-Laserscanner ermöglicht es zudem, die Sensoren in Konzepte zur vorbeugenden Wartung zu integrieren. Die Information über den Verschmutzungsgrad der Frontscheibe, die der Sensor zur Verfügung stellt, wird rechtzeitig an das Automatisierungssystem gemeldet. Sollte es doch zu Systemschwierigkeiten kommen, ist von zentraler Stelle aus eine schnelle Identifikation und Analyse des aufgetretenen Fehlers möglich. Das stellt kurze Reaktionszeiten sicher und begrenzt eventuelle Ausfallzeiten.Diese Vorteile müssen nicht extra bezahlt werden - im Gegenteil. Vergleicht man die Kosten für zusätzliche Hardware, die mechanische und elektrische Installation, Inbetriebnahme, Test, Diagnose und Umbau der Roboterzelle bei einer klassischen Laserscanner-Installation mit den Kosten des S3000 via Profinet ergeben sich Einsparungsmöglichkeiten bis zehn Prozent.

Positive Erfahrungen

Die Beurteilung der Sicherheits-Laserscanner seitens BMW fällt positiv aus. Als berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen sind die Sensoren industriegerecht ausgeführt und zuverlässig. Im Rahmen der Schnittstellenintegration hat der Hersteller flexibel auf den Bedarf von BMW hinsichtlich Firmware und einer Anpassung der Parametrier-Software reagiert. Die Sensoren entsprechen in der aktuellen Ausführung dem Funktionsumfang der Profinet conformance class B (CC-B), zum Beispiel hinsichtlich ihrer Austauschbarkeit oder der erweiterten Gerätediagnose. Zudem werden sie über eine spezifische Verkabelung angeschlossen. Dass BMW nicht bei allen Sensoren eine Profinet-Schnittstelle favorisiert, dürfte letztlich eine Kostenfrage sein, denn entsprechende Controller für einfache Sensoren sind noch zu teuer. Theoretisch ist die Schnittstelle aber für alle Schalter interessant, die verschiedene Abfragefunktionen erfüllen. Die Summe der Vorteile hat den S3000 Profinet IO bei BMW weltweit zum Standard im Karosseriebau gemacht. Neue Fahrzeugprojekte mit neuen Produktionsanlagen werden - entweder von Anlagenbauern wie Kuka und EDAG oder vom BMW-eigenen Anlagenbau - künftig mit diesem Sicherheits-Laserscanner ausgerüstet. Mit den Installationen für die neuen 1er- und 3er-Baureihen in München, Regensburg, China und Südafrika ist der globale Startschuss gefallen.

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