Um Produktions- und spätere Montageschritte auf Kundenwunsch noch fehlersicherer zu machen, diese nachvollziehen und somit Qualität und Prozesssicherheit dokumentieren zu können, stand der Automobilzulieferer Emcon Technologies Germany vor der Aufgabe, einen etablierten Fertigungsablauf zu modifizieren.

Konkrete Forderungen: Künftig muss ein Data-Matrix-Code, der in die Außenhaut von zylindrischen Katalysatorkörpern für Rußfilter eingenadelt ist, nach der Montage im Fahrzeug von unten lesbar sein.

Weil es schnell gehen sollte, hatten sich die Projektverantwortlichen darauf verständigt, die vorhandene Lösung beziehungsweise das stabil auf einer Simatic-S7-300 laufende Steuerungsprogramm für die gesamte Automatisierung der Schweißzelle nur unwesentlich zu verändern.

Ergo fiel schließlich die Entscheidung, ein PC-basiertes Vision-System sowie einen zusätzlichen Mikrocontroller in den bestehenden Prozess zu integrieren. Aufgabe des Mikrocontrollers sollte sein, die LED-Beleuchtung zu steuern, des Weiteren eine diese beim Schweißen schützende Abdeckklappe sowie zwei Dioden, die dem Werker die korrekte Richtung und Drehlage des Katalysatorkörpers beim Einlegen signalisieren.

Mit der S7-1200 - ausgestattet mit einer 1212C-CPU für den mittleren Leistungsbereich - setzte Neupro Solutions für diese Aufgabenstellung erstmals die im April 2009 eingeführte neue Kleinsteuerungs- Generation von Siemens ein.

Eines der Hauptauswahlkriterien war die Profinet-Schnittstelle an Bord, welche ohne zusätzliche Hardware schnelle Ethernet- Kommunikation (TCP/IP native, ISO-on-TCP, S7) mit einem Programmiergerät, HMI-Systemen und anderen Controllern beziehungsweise Anlagenteilen ermöglicht.

Portale oder Projektansicht: Die Engineering-Umgebung bietet für jeden – ob Einsteiger oder Profi – die passende Ansicht.

© Emcon, Siemens

Am Dienstagnachmittag wurde die SPS geliefert und bereits am Freitag war die Applikation bereit für die Kundenabnahme vor Ort. Mit anderen Worten: Innerhalb von nur drei Arbeitstagen haben die Programmierer Matthias Koitzsch (SPS) und Martin Ecker (Vision System) von Neupro Solutions eine lauffähige Lösung erarbeitet - und zwar auf der Basis des zusammen mit der S7-1200 ebenfalls neu eingeführten „Engineering-Systems Step7-Basic".

Das grafische Engineering-Framework bietet unter einem Dach nahezu identisch aufgebaute, einheitlich aussehende und zu bedienende Editoren für Steuerungs- und Visualisierungsaufgaben, deren Datenbestände automatisch aktualisiert und konsistent gehalten werden. Bei der SPS-Programmierung angelegte Variablen sind somit sofort im HMI-Teil der Anwendung verfügbar - und umgekehrt, was Mehrfacheingaben, Fehler und Zeit erspart.

Dabei erlaubt das Engineering-System zwei grundsätzliche Arbeits- beziehungsweise Herangehensweisen: Die Portal-Ansicht mit allen Editoren für ein Automatisierungsprojekt führt Einsteiger aufgabenorientiert zum Ziel; demgegenüber werden in der Projekt-Ansicht die hierarchischen Strukturen des gesamten Projektes in Baumform dargestellt und ermöglichen damit einen schnellen Zugriff auf alle Editoren, Parameter und Projektdaten.

Verbindungen per Klick projektieren

Dies trägt ebenso zu einer effizienten Arbeitsweise bei wie die vorgegebenen Eingabemasken für bestimmte Systemfunktionen, etwa für das Anlegen einer Ethernet-Verbindung: Klickt der Programmierer auf die entsprechende Schnittstelle in der grafischen Darstellung des Controllers auf dem Bildschirm, öffnet sich automatisch eine Maske, in die er IP-Adresse und Kommunikations-Port eingibt - und die Verbindung ist projektiert.

Einheitliches Look & Feel: Während links immer die projektübergreifenden Editoren zu finden sind, wie zum Beispiel Projektansicht, Bibliotheken oder Variablenlisten, befindet sich zentral immer der Haupteditor (zum Beispiel Programmeditor) für das SPS-Progamm oder der Bildeditor für das Panel. Rechts erscheint die zum Haupteditor passende Funktionsauswahl – etwa für den Programmeditor die Befehlsbibliothek für die S7-1200.

© Emcon, Siemens

Dabei weist die Software den Anwender in jeder Situation darauf hin, was zu tun ist beziehungsweise ob etwas nicht plausibel ist, und in welchem Netzwerk welcher Fehler aufgetreten ist.

„Das erleichtert vor allem Engineering-Anfängern den Einstieg in die Materie", so der Tenor von Matthias Koitzsch und Martin Ecker. Folglich hatten auch die mit den gängigen Steuerungs- und Engineering-Systemen von Siemens vertrauten Programmierer von Neupro Solutions keine Mühe, die Aufgaben ohne Einweisung oder Schulung zu lösen.

Die Steuerung war über einen vorhandenen Switch einfach in das bestehende Zellennetzwerk einzubinden und der Datenaustausch mit dem Vision-System und einem überlagerten Box-PC mit zertifizierter SAP-Schnittstelle schnell realisiert. Relevante Fertigungsschritte und Zustände werden in Datenbausteinen erfasst und nach jedem Zyklus automatisch via Ethernet ausgelagert. Der interne Austausch erfolgt derzeit noch über einen OPC-Server.

Allerdings ist bereits eine alternative Lösung in Arbeit, um die Eingangs- und Ausgangssignale direkt aus dem Bildverarbeitungsprogramm heraus lesen und absetzen zu können, was eine weitere Vereinfachung und Beschleunigung bedeutet. Alle beschriebenen Aufgaben löst der Mikrocontroller ausschließlich mit seinen eigenen Bordmitteln. Hierzu zählen unter anderem 25 kByte interner Arbeitsspeicher (über Memory-Card erweiterbar) sowie acht integrierte digitale Eingänge und sechs digitale Ausgänge.

Die nur 90 mm schmale Zentraleinheit wird auf eine Standard-Hutschiene geschnappt und hat abnehmbare Klemmenleisten, was die Montage und Verdrahtung vereinfacht. Bei Bedarf lässt sich das modular angelegte Steuerungssystem über optionale Signalmodule sowie über direkt auf die CPU steckbare Signalboards um digitale beziehungsweise analoge I/Os erweitern. Auch zusätzliche Kommunikationsmodule für serielle Anbindungen sind nachrüstbar.

Zwei Welten - eine Oberfläche

Symbolische Variablen wie „Messung läuft“ liefern dem Bediener klare Aussagen, ohne Datenbereich in der Steuerung zu belegen. Die Änderung erfolgt einfach nur durch das Umlegen eines Bits in der Steuerung.

© Emcon, Siemens

Die Visualisierung der richtigen Lage des Katalysatorgehäuses am Einlegeplatz erfolgt über Lampen, die sich direkt vor dem Bediener in der Schweißzelle befinden. Solange sich das Werkstück noch außerhalb der ±2°-Marke befindet, leuchtet die Lampe rot, innerhalb des Toleranzbereichs grün.

Da sich jedoch der Schaltschrank auf der entgegengesetzten Seite befindet, wurde kurzerhand für Diagnose, Optimierung und Wartung im Schaltschrank ein Simatic-Basic-Panel vom Typ „KTP400 mono PN" installiert. Im Produktionsbetrieb visualisiert es eine im Data-Matrix- Code abgespeicherte Produktnummer, die momentane Drehlage des Codes beim Einlegen und ob die Richtung stimmt oder nicht.

Das kleinste Gerät der neuen HMI-Familie mit monochromem STN-Touchdisplay (3,8 Zoll) und vier taktilen Bedientasten ist über seine Profinet-Schnittstelle mit der Steuerung verbunden. Die Projektierung des Panels erfolgte ebenfalls im Engineering-System Step7-Basic mit integriertem WinCC-Basic. Das Framework bietet die für beide „Welten" - HMI und SPS - erforderlichen Grundfunktionen immer an derselben Stelle.

Tags lassen sich aus verschiedenen Editoren heraus direkt in ein HMI-Bild ziehen, zum Beispiel aus der Hardware-Ansicht, der Symboltabelle oder einem Programmbaustein. Ist dabei noch keine Verbindung projektiert, wird diese automatisch im Hintergrund angelegt und steht unmittelbar in allen Editoren zur Verfügung. Daten sind somit nur ein einziges Mal einzugeben und werden bei Änderungen sofort automatisch innerhalb des gesamten Projektes aktualisiert - auch über mehrere Geräte hinweg. Ebenso werden Symbole automatisch angelegt und den Ein-/Ausgängen zugeordnet.

Projektübergreifende Bibliotheken fördern den Know-how-Austausch und Best-Practice-Sharing im Engineering.

© Emcon, Siemens

Diese automatisierte Datenkonsistenz bedeutet hohe Projektqualität und erspart mitunter zeitaufwendige und fehlerträchtige Absprachen zwischen Programmierer und HMI-Designer. Getestet und für gut befunden haben die Vilsbiburger auch das neue projektübergreifende Bibliothekskonzept des Engineering-Systems: So können einmal erstellte Elemente wie Funktionsblöcke, Variablen, Alarme, HMI-Bilder oder Programmmodule in lokalen und globalen Bibliotheken abgespeichert werden. Bei Bedarf lassen sich diese dann sowohl innerhalb eines Projekts als auch in anderen Projekten wieder verwenden und gegebenenfalls anpassen, was das Engineering bei ähnlichen Applikationen verkürzt.

Die globale Bibliothek ermöglicht schließlich einen einfachen Austausch von Daten aus getrennt entwickelten Projektteilen. Für Neupro Solutions wird die Vision- Applikation nicht die einzige Anwendung mit der neuen S7-1200 bleiben. So bietet sich der Mikrocontroller aufgrund seiner integrierten Profinet- Schnittstelle für eine vergleichbar kompakte und kosteneffiziente Automatisierungslösung für Wareneingangs-Scanner an. Und auch beim Automobilzulieferer Emcon Technologies ist man mit dem Verlauf des Projekts und den Ergebnissen der Umstellung zufrieden.

Insbesondere damit, dass diese in nur drei Tagen vollzogen war und die Produktion fast unbeeinträchtigt weiter laufen konnte. Daran hat sich bis dato nichts geändert, weshalb sich für die Instandhaltung und Wartung bislang noch keine Gelegenheit ergeben hat, mit dem neuen System zu arbeiten.