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Durch die neue Produktionstechnik haben die Honda-Anlagen in Yorii eine Taktzeit von weniger als 50 Sekunden erreicht. Bild: Mitsubishi Electric Corporation
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Alles läuft über einen Strang

Text: Mitsubishi Electric Corporation
Die Marktbedingungen für die Automobilbranche haben sich geändert: Während in den Industrieländern die Neuwagenverkäufe stagnieren, versprechen die Entwicklungsländer ein hohes Wachstumspotenzial. Um sich dort eine Vormachtstellung zu sichern, vernetzt ein japanischer Autobauer seine Anlagen mit einem einheitlichen Netzwerk.

Mit Blick auf anhaltenden Wettbewerbs- und Preisdruck steigerte Honda in seinem Werk im japanischen Yorii die Leistungsfähigkeit der Produktion und verbesserte das Energiemanagement. Der riesige Standort, der fast einen Quadratkilometer einschließlich Grünflächen umfasst, ist auf eine Produktionskapazität von 250 000 Fahrzeugen pro Jahr ausgelegt. Seit März 2014 werden hier die Modelle JAZZ und HR-V produziert.

Bereits Ende 2011 begann die Errichtung der Produktionsanlagen in Yorii mit der Entwicklung und Auswahl der Steuerungsgeräte für die Fertigungslinien. Daran beteiligt war Taku Yokomukai, Leiter der Instandhaltung für die Linien der Karosseriemontage: „Wir wollten unsere Anlage nach dem neuesten Stand der Technik gestalten. Die erste Frage war dann, welche Arten von Steuerungsgeräten und Netzwerken am besten geeignet wäre.“

Die Anforderungen

Wichtig für den Entwurf eines Steuerungsnetzwerks ist die Handhabbarkeit der allgemeinen Netzwerkarchitektur. „Gibt es nur ein Netzwerk, kann ein einzelner Fehler die gesamte Produktion lahmlegen. Daher entschieden wir uns für mehrere Netzwerke“, führt Yokomukai aus. Eine solche Konstruktion würde jedoch nicht nur ein komplexeres System, sondern auch erhöhte Anlauf- und Betriebskosten mit sich bringen. Da das Know-how vom Stammwerk auf die anderen Werke übertragen werden soll, war nicht nur ein robustes, sondern auch ein einfach ausgelegtes Netzwerk erforderlich.

Das Team bestimmte zwei Funktionen, die für das Netzwerk unerlässlich sind. Eine ist die zentrale Visualisierung von Steuerungsgeräten. Allein die Montagelinie im Karosseriebau nutzt dutzende von SPSen, wodurch deren einzelne Verwaltung ineffizient wird. Das Ziel war eine Umgebung, in der Einrichtung, Überwachung und Fehlererkennung der Steuerungsgeräte durch das Netzwerk zentralisiert werden konnten. Die zweite unerlässliche Funktion ist das Weiterleiten von Sicherheitssignalen.

Verwendet man ein Relais, um die hardwarebasierte Sicherheitsschaltung zu konfigurieren, verliert man viel Zeit, sobald Fertigungslinien erweitert und verändert werden. Deshalb sollten Sicherheitssignale in das Netzwerk integriert werden, um ein Layout zu schaffen, das flexible Linien­änderungen ermöglicht.

Die Wahl des Netzwerks

Aufgrund dieser Anforderungen hat sich Yokomukai für die Netzwerklösung CC-Link IE Field von Mitsubishi Electric entschieden: „Das Netzwerk von Mitsubishi Electric erfüllt unsere Anforderungen und bietet zusätzlich noch Instandhaltungs- und Sicherheitsinformationen. Damit hatten wir ein einfaches und trotzdem zuverlässiges Netzwerk gefunden, um unsere Fahrzeugproduktion auf den aktuellsten Stand zu bringen.“ Mit einem einzelnen Ethernetkabel werden nicht nur Steuerungsinformationen für SPSen und Controller weitergeleitet, sondern auch die von Instandhaltungs- und Sicherheits­informationen der angeschlossenen Geräte für die Fabrik­automatisierung.

Darüber hinaus war auch die Kompatibilität mit den Steuerungsgeräten ein wichtiger Punkt. „Um die geplanten Produktionszahlen zu erfüllen, müssen die Karosseriebau-Montagelinien bei einer nahezu konstanten 100-prozentigen Kapazitätsauslastung betrieben werden. Das erfordert zuverlässige und leistungsstarke SPSen. In einem unserer anderen Werke bewähren sich seit Jahren die Geräte von Mitsubishi, weshalb wir diese nun auch in Yorii verwenden. Da CC-Link IE Field mit diesen kompatibel ist, war für uns die Entscheidung klar“, erklärt Yokomukai. Die Installation und die Tests wurden im November 2012 begonnen. Auch in anderen Produktionsbereichen, wie dem Presswerk, den Spritzgießanlagen oder der Lackiererei, wurden Lösungen von Mitsubishi integriert.

Verwaltung von 50 SPSen

Das Honda-Werk ging im Juli 2013 in Betrieb und hatte im September nach Einführung einer zweiten Schicht seine volle Betriebskapazität erreicht. Yokomukai ist zufrieden: „Wir spüren deutlich die Auswirkungen der Visualisierung, die wir uns von Anfang an gewünscht haben. Das geht so weit, dass bei Problemen mit der Ausstattung oder den Steuerungsgeräten die Diagnosefunktionen von CC-Link IE Field dabei helfen, das jeweilige Problem schneller zu finden. Außerdem sind wir sehr zufrieden mit dem Support von Mitsubishi, die uns auch bei der Systemkonstruktion stark unterstützten.“ Durch die Einführung des Netzwerks wurde eine zentralisierte Visualisierung der Steuerungsgeräte erreicht. „In der Montagelinie werden 50 SPSen von Mitsubishi eingesetzt. So erhalten wir einen zentralen Überblick über den Linienstatus – oder Probleme, falls ein erforderliches Signal nicht empfangen wird. Das verbessert die Betriebsführung deutlich. Außerdem konnten wir die Wiederherstellungszeit verkürzen“, bemerkt Yokomukai.

Für die Linienerweiterung und die Weiterleitung von Sicherheitsinforma­tion­en wird einfach nur ein LAN-Kabel an einen freien CC-Link-Port im Netzwerk angeschlossen und die Sperre sofort in der Sicherheits-SPS hinzugefügt. Dadurch wird die Arbeitsbelastung deutlich verringert. Honda hat diese Leistungen intern eingehend geprüft und anschließend ein ähnliches System in seiner Fertigung in Mexiko eingeführt.

Das Protokoll im Detail

CC-Link IE Field von CLPA (CC-Link Partner Association) ist ein Ethernet-basiertes Feldnetzwerk, das die in IEEE 802.3 (1000BASE-T) definierten Bitübertragungs- und Sicherungsschichten anwendet. Neben Hochgeschwindigkeits-I/Os und dezentralen Steuerungen bietet der Standard flexible Optionen für Netzwerktopologien wie sternförmig und ringförmig. So können angeschlossene Geräte weitestgehend frei angeordnet und konfiguriert werden. Darüber hinaus unterstützt es nicht nur die Verwaltung (Einrichtung und Überwachung) und Instandhaltung (Monitoring und Fehlererkennung) von Steuerungsgeräten, sondern bietet auch eine Sicherheitskommunikationsfunktion, mit deren Hilfe Sicherheitsinformationen unter mehreren Sicherheits-SPSen ausgetauscht werden können.

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