Die Performance der Industrie-PCs ermöglicht die Generierung hochauflösender Röntgenbilder, anhand derer zuverlässig Fremdkörper im Faserkuchen und Toleranzüberschreitungen zu erkennen sind.

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Die Firma Grecon, seit 1974 ein Geschäftsbereich der Firma Fagus-Grecon Greten, entwickelt und fertigt Messtechnik und Brandschutzsysteme. Hauptzielmarkt ist die Holzwerkstoffplattenindustrie. Ebenso kommen die Produkte in der Nahrungs- und Genussmittel-, der Brennstoff-, der Metall-, der Automobil-, der Recycling- sowie der Baustoffindustrie zum Einsatz. Neben der Fertigung am Firmensitz in Alfeld existieren Tochtergesellschaften in den USA, Großbritannien und China.

Einen wesentlichen Beitrag zum Erfolg des Unternehmens leistet die Messanlage Dieffensor. In Produktionsstraßen für Faserplatten durchleuchtet die Messeinrichtung mithilfe von Röntgenstrahlen den sogenannten Faserkuchen, bevor dieser in einer Doppelbandpresse verdichtet wird. Die Anlage scannt dazu das Gemisch aus Leim und Holzfasern permanent in einem Raster von 1 mm². Dazu sind entsprechende Strahlungsquellen so über dem Messgut angeordnet, dass sie dieses in seiner vollen Breite (bis zu 4 m) und Höhe (maximal 500 mm) erfassen.

Unterhalb des Formbandes ist jeder Strahlungsquelle ein hochgenauer Röntgendetektor zugeordnet, der die durch das Messgut gedrungene Strahlung registriert. Aus diesen Daten berechnet eine spezielle Auswerte-Elektronik das Flächengewichtsprofil. Das Ergebnis sind hochauflösende dreidimensionale Grafiken und numerische Anzeigen, welche die Gewichtsverteilung in Längs- und Querrichtung aufzeigen.

Wartung und Materialeinsatz optimieren

Der Industrie-PC bietet zahlreiche Schnittstellen und Erweiterungsmöglichkeiten.

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Ziel ist, zu große Dichten im Faserkuchen zu erkennen und gegebenenfalls auszuschleusen. Eine ungleichmäßige Materialverteilung, Leimklumpen, überdichte Faserklumpen und andere Fremdkörper innerhalb von Faser-, Span- oder Grobspan (OSB)-Matten können Material- Anhäufungen mit hoher Dichte verursachen, die von der nachfolgenden Bandpresse nicht mehr auf die eingestellte Plattendicke weiter verdichtet werden können. Insbesondere bei der Produktion von dünnen Platten können solche überdichten Zonen irreversible Schäden (Beulen, Risse) an den Stahlbändern der Pressen verursachen. Die Folge sind teure Reparaturen sowie hohe Kosten für den Produktionsausfall.

Somit hilft das Messsystem, die Produktions- und Wartungskosten erheblich zu senken sowie die Qualität des Endprodukts zu erhöhen. Häufig setzen Kunden die Röntgenanlagen auch zur weiteren Optimierung des Materialeinsatzes ein: Stimmt die Qualität des Faserkuchens, lässt sich die kontinuierliche Prüfung und Dokumentation der Flächengewichtsverteilung ebenso zur Steuerung des Rohstoffeinsatzes nutzen und mittels entsprechender Vorrichtungen im Fertigungsprozess der Materialverbrauch deutlich senken. Dies kann aufgrund der hohen Produktionsgeschwindigkeiten bereits bei geringen Mengenunterschieden zu Einsparungen von über 1 Mio. € führen. Davon profitiert neben dem Anlagenbetreiber die Umwelt, die durch den geringeren Materialeinsatz entlastet wird. Außerdem entfallen bei einer frühzeitig optimierten Verteilung der Rohmaterialien diverse mechanische und elektronische Geräte in der Formstraße.

Messgeräte für die Holzindustrie waren bereits 15 Jahre vor der Markteinführung des Dieffensor verfügbar, jedoch nicht mit der Performance. Die Entwicklung des aktuellen Systems begann mit der Auswahl sehr genauer und betriebssicherer Hardwarekomponenten. Da die investitionsintensiven Produktionsanlagen permanent laufen, kommen nur robuste Industrie-PCs wie die Simatic Rack-PCs von Siemens in Frage. Grecon entschied sich für den Rack-PC IPC547C, dessen Rechenleistung die Performance-Anforderungen der Applikation erfüllt: Schließlich muss das Messgut mit bis zu 200 m pro Minute auf einer Breite von 4 Metern permanent geröntgt und daraus ein Dichteprofi l berechnet und visualisiert werden. Daher kommt eine der leistungsstärksten Prozessorvarianten zum Einsatz, ein Intel-Quad-Core-Prozessor Q9400 mit 2,66 GHz Taktfrequenz.

Genügend Platz für komplexe Messtechnik

Anzahl der PCI- und PCIe-Karten variiert je nach Größe und Ausprägung der Fertigungsstraße - der Dieffensor kann Materialkuchen von bis zu 4 m Breite und 500 mm Höhe erfassen. Die sieben Erweiterungsplätze des Rack-PCs sorgen für die notwendige Flexibilität.

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Der Rack-PC ist dafür konzipiert, komplexe und anspruchsvolle Applikationen zu meistern. Die vier PCI- und drei PCIe-Erweiterungssteckplätze schaffen ausreichend Einbaumöglichkeiten für Frame-Grabber-Karten der Röntgendetektoren sowie einer IO-Karte, über die eine SPS (Simatic S7) angebunden ist. Die Steuerung kontrolliert die vor- und nachgelagerten Maschineneinheiten wie Streumaschine, Presse, Stellglieder oder Auswurf des fehlerhaften Faserkuchens. Über serielle Schnittstellen (RS232) sind die Röntgenquellen angekoppelt. Falls mehr als die zwei Onboard-Schnittstellen benötigt werden, lassen sich zusätzliche über die Erweiterungssteckplätze nachrüsten. Der Datenaustausch mit übergeordneten Prozessleitsystemen erfolgt über OPC und ODBC (Open Database Connectivity). Außerdem haben die Messsysteme eine integrierte Onlinehilfe, über die ein Anlagenfahrer via Ethernet eine direkte Verbindung zum Kundendienst herstellen kann, um Parameteränderungen oder Updates online von den Grecon-Experten erledigen zu lassen. Realisiert wurde das über die beiden Ethernet-Schnittstellen des IPCs. Bei zusätzlichem Schnittstellenbedarf wird auch hier mit Erweiterungskarten gearbeitet. Die insgesamt sieben Erweiterungssteckplätze des IPCs sorgen für die notwendige Flexibilität.

Für den Non-Stop-Betrieb (24/7) in rauer Industrieumgebung ausgelegt, hat der IPC ein spezielles Belüftungskonzept. Über den filtergeschützten und temperaturgeregelten Frontlüfter wird immer mehr Luft in das Gehäuse gesogen, als der rückseitig angebrachte Lüfter ausstößt. Dadurch entsteht im Gehäuse ein Überdruck, der ein Eindringen von Holz- oder Fließstoffpartikeln durch die Gehäuseritzen verhindert. Selbst bei maximaler Bestückung aller Erweiterungssteckplätze lässt sich der IPC bis + 40 °C Umgebungstemperatur betreiben, ohne dass der Prozessortakt reduziert werden muss.

Neben der Rechenleistung verlangt das Messsystem einen größeren Datenspeicher. So verfügt das Messsystem über eine Produktdatenbank mit allen Produktionsparameter der verschiedenen Plattentypen. Daneben beinhaltet das System eine SQL-Datenbank, in der sämtliche Messwerte gespeichert werden, um sie für statistische Auswertungen nutzen zu können. Der Rechner bietet hierfür sowohl eine höhere Speicherkapazität als auch höhere Datensicherheit als sein Vorgängermodell: Ein RAID-5-Spiegelplattenverbund (Redundant Array of Independent Disks), bestehend aus drei Festplatten in Hot-Swap-Wechselrahmen mit je 500 GByte, stellt 1 TByte Speicherplatz zur Verfügung. Für zusätzliche Ausfallsicherheit sorgt die redundante Stromversorgung.

Das verwendete Betriebssystem Windows XP Professional kann beim Simatic Rack-PC bereits vorinstalliert und aktiviert bezogen werden. Dies erspart die zeitaufwendige Systemvorbereitung bei der Inbetriebnahme. Das integrierte Multilingual User Interface (MUI) von XP Professional stellt sicher, dass die Landessprache des Endkunden schnell und bequem verfügbar ist. Bei Bedarf stehen über den Online-Service und -Support von Siemens über 30 zusätzliche Sprachvarianten kostenlos zur Verfügung, beispielsweise für den Einsatz im asiatischen Sprachraum.

Autor: Johannes Röck ist Application Consultant in der Business Unit Industrial Automation Systems bei Siemens.