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Intelligente Produktion bei Mercedes: Alle Teile sind in „Carsets“ vorkommissioniert und kommen im Takt zum jeweiligen Fahrzeug ans Band. Bild: AS-International Association
Industrie 4.0

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Mit weniger Aufwand vernetzen

Text: Tilman Schinke, AS-International Association
Für Industrie 4.0 müssen in der Produktion viele Sensoren und Aktoren miteinander vernetzt werden. Das kann sehr aufwändig und teuer sein. Als Vorteilhaft hat sich hier die Verdrahtung über das AS-Interface erwiesen, wie eine Aufwandsanalyse ergeben hat.

Ob bei Mercedes Benz in Ludwigsfelde oder bei Geberit in Jona (Schweiz), viel lieber als von Industrie 4.0 sprechen sie dort von der intelligenten Produktion. Werden dafür Industrial-Ethernet-Lösungen bis in den einzelnen Sensor oder Aktuator hinein verwendet, dann wird die Anlage schnell kostenintensiv und damit unwirtschaftlich. Besser geeignet sind dezentrale Verdrahtungslösungen, bei denen die Schalt-, Mess- und Steuersignale einfach zusammengefasst werden. Bei diesen Produktionskonzepten sind durchgängige Lösungen mit einfacher Installation und Diagnose wichtig. Dabei bewährt hat sich AS-Interface, wie es auch bei Mercedes Benz oder Geberit eingesetzt wird. Bis heute wurden schon über 33 Millionen Geräte mit AS-Interface-Schnittstelle eingesetzt und mit der steigenden Verbreitung von Ethernet-Systemen werden noch viele hinzukommen.

Um den Aufwand für die Vernetzung von Sensoren und Aktuatoren über ein Bussystem zu untersuchen, hat die Arbeitsgruppe Fördertechnik der AS-International Association am Beispiel einer kurzen Förderstrecke, eine vergleichende Aufwandsbetrachtung durchgeführt. Die exemplarisch untersuchte Fördereinheit bestand aus einem Drehtisch-Aufbau mit acht Sensoren und zwei Motoren, einem Weiche-Aufbau mit je sechs Sensoren, zwei Motoren, einem Zylinder und zwei Zylinderschalter. Dazu kamen sieben Linearstrecken, die aufgebaut waren mit je zwei Sensoren und einem Motor. Letztendlich kam noch der Aufbau für die funktionale Sicherheit mit fünf Not-Halten und zwei Sicherheitsrelais hinzu.

Betrachtet hat die Arbeitsgruppe zwei Lösungsmöglichkeiten. Die erste Lösung war eine klassische Feldbusstruktur mit zwei dezentralen Schaltschränken und typischer Punkt zu Punkt Verdrahtung. Die Segmente wurden über einen Feldbus vernetzt. Die zweite Möglichkeit war der Aufbau mit AS-Interface. Durch die konsequent dezentrale Struktur reichte hier ein Schaltschrank mit reduziertem Volumen. Die Vernetzung von mehreren Segmenten über einen Feldbus ist auch hier möglich.

Im Lebenszyklus einer Anlage sind verschiedene Phasen mit unterschiedlichen Anforderungen zu beachten. Für die Aufwandsanalyse wurden folgende Unterteilungen getroffen: Planungsphase, Installations- und Inbetriebnahmephase, Betrieb und Wartung, Erweiterung und Umbau sowie die funktionale Sicherheit. Dabei wurde die funktionale Sicherheit mit ihren besonderen Anforderungen gesondert betrachtet.

60 Prozent weniger Zeitaufwand

Bei genauerem Betrachten hat sich gezeigt, dass etwa 60 Prozent des Zeitaufwands in der automatisierungstechnischen Ausrüstung dieser Anlage durch Verwenden von AS-Interface eingespart werden können. Am deutlichsten zeigt sich der Unterschied der betrachteten Lösungsmöglichkeiten in der Installations- und Inbetriebnahmephase der funktionalen Sicherheit. Bei der Safety-at-Work-Technologie kann die bestehende AS-Interface-Verdrahtung genutzt werden. Mit T-Verteilern, oder auch direkt auf die Linie, werden die Sicherheitsschaltgeräte nebst Auswerteeinheit „Safety Monitor“ einfach mit dem AS-Interface verbunden.

Insgesamt hat sich mit Verwenden von AS-Interface ein Vorteil ergeben. Für die betrachteten Arbeiten war bei der klassischen dezentralen Feldbusstruktur ein Aufwand von 40 Stunden zu kalkulieren. Der Aufwand für die betrachteten Arbeiten lag mit AS-Interface im Gegensatz dazu bei knapp 16 Stunden. Für die betrachte Förderanlage können also bei entsprechender Auswahl des Systemkonzeptes Einsparungen von 60 Prozent erzielt werden.

Dieses Beispiel wurde in der Arbeitsgruppe Fördertechnik der AS-Interface Organisation erarbeitet. Die Firmen Bihl+Wiedemann, Eaton, IFM Electronic, Murrelektronik und Siemens haben daran aktiv mitgewirkt. Eine ausführliche Darstellung des Beispiels gibt es von der AS-Interface Academy unter www.as-interface.net.

AS-Interface im Einsatz bei Daimler

In der Einladung vermied die Werksleitung von Mercedes Benz in Ludwigsfelde den Ausdruck Industrie 4.0. Die Van- und Sprinter-Bauer sprechen lieber von intelligenter Produktion. Beispiel Türenvormontage: Wo früher Ladungsträger dicht an dicht entlang des Bandes standen und die Mitarbeiter die Teile selbst suchen, holen und verbauen mussten, stehen heute nur noch vereinzelt Werkzeugwagen und Datenterminals. Alles andere, was der Mitarbeiter zum Aufbau einer Seitentür braucht, bringt das FTS (fahrerlose Transport-System) in sogenannten Carsets fertig vorkommissioniert und genau im Takt zum jeweiligen Fahrzeug ans Band. Die FTS lieferte Safelog, die den AS-Interface-Standard nutzen. Durch die IT-Vernetzung werden für jeden Sprinter exakt die richtigen Teile in einem Carset-Wagen vorbereitet und ans Band geliefert. Auch das Entladen übernimmt das FTS vollautomatisch.

Vorteile: Deutlich verbesserte Arbeitsplatzergonomie, weniger Laufwege, direkter Zugriff auf das Material, mehr Platz am Band und geringere Unfallgefahr durch Verzicht auf Gabelstapler. Ist das Industrie 4.0? Intelligenz in der Produktion ist die Antwort von Daimler. Es muss nicht alles zwingend digitalisiert sein. Der Konzern weiß um die Vorteile von Echtzeitsteuerung, Sensorik und Bildverarbeitung und setzt diese auch ein, aber für Flexibilität in den Prozessen braucht ein Werk auch vergleichsweise einfache Mechanik, die sich sehr schnell adaptieren lässt.

Intelligente dezentrale Antriebsautomatisierung

Geberit, das weltweit tätige Unternehmen für Sanitärtechnik, investierte im Werk Jona in neue Lagertechnik mit moderner Lagerlogistiksoftware. Die jetzt eingesetzte dezentrale Antriebslösung, von MSF-Vathauer Antriebstechnik, kommuniziert über AS-Interface. Die ursprüngliche Planung sah vor, die Anlage mit rund 36 Kilometer Kabel in der klassischen Sternverdrahtung zu automatisieren. Durch die integrierte Motoranschaltungen mit AS-Interface, reichen jedoch drei Kilometer Leitung aus.

Durch die einfache und schnelle Montage der Energieverteilung sowie die schnelle Installation aller Motoranschaltungen und Sensoren wurde die gesamte Installationszeit um 50 Prozent und bei einigen Anlagenmodulen bis zu 70 Prozent reduziert, berichtet die Firma Indumont, Schweiz, die maßgeblich für die Planung und Umsetzung verantwortlich war.

Ermöglicht wurde dieses durch den Einsatz der dezentralen Motorstarter und Frequenzumrichter mit einem integrierten Energiebussystem für Rund- oder Flachleitungen von MSF-Vathauer Antriebstechnik. Durch das modulare Antriebssystem steht ein frei kombinierbarer Systembaukasten für Verbindungs- und Antriebstechnik zur Verfügung. Die Energieverteilung wird motornah direkt in das Anlagenfeld montiert. Aufgrund der modular aufgebauten Motorstarter, lassen sich Anlagenmodule auch noch in letzter Sekunde ändern oder erweitern. Sollten sich Produktionsabläufe und damit Logistikabläufe in der Zukunft ändern, lässt sich das System schnell und rückwirkungsfrei an zukünftige Aufgaben anpassen.

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