Digitalisierung und Integration in die Prozesssteuerung

Ofentechnik im Umfeld der Industrie 4.0

Wärmebehandlungsanlagen sind mehr als ein Gehäuse mit Wärmequelle. Zur effiziente Steuerungstechnik gesellen sich zunehmend Anforderungen, die aus verschiedenen Digitalisierungsstrategien – Stichwort: Produktion 4.0.

Mit angepasster Technologie kann das System auf die unterschiedlichsten Bedürfnisse adaptiert werden. © Reinhardt

Seit Jahrzehnten war es üblich, wärmetechnische Prozesse zu dokumentieren. Dies wurde anfänglich mit mechanisch- elektrischen Schreibern erreicht. Deren Papierausdrucke wurde häufig einfach der Charge beigelegt und auftragsbezogen abgelegt. Später änderte sich das Speichermedium zu Floppy-Disk oder USB-Stick, das Prinzip änderte sich aber nicht grundsätzlich.

Die Einsatzmöglichkeiten von Wärmebehandlungsanlagen sind vielfältig. So produziert das Unternehmen Reinhardt wärmetechnische Lösungen bis 650 °C in den Bereichen Industrieöfen, Wärmebehandlungs-, Beschichtungs-, Slush Moulding-Anlagen. Im Bereich Kunststoff werden die Anlagen zum Vorwärmen, Trocknen und Tempern, aber auch zum Konditionieren und Befeuchten eingesetzt.

Heute sind höhere Anforderungen hinsichtlich Rückverfolgbarkeit und Temperaturgenauigkeit in allen Industriebereichen üblich. Als Beispiele gelten die AMS 2750 aus der Luftfahrt oder die CQI-9 aus der Automobiltechnologie. Als Sicherheitsaspekt wird häufig auch die Manipulationssicherheit der Daten diskutiert.

© Reinhardt

Für die Unternehmens- und Produktionssteuerung ist es notwendig, dass alle relevanten Parameter der Produktion jederzeit und überall eingesehen und dokumentiert werden können. Aufträge oder Produktchargen durchlaufen nachvollziehbar die Fertigung und jeder Zeit während des Fertigungsprozesses kann zentral nachvollzogen werden, wo und wie ein Arbeitsgang durchgeführt wurde. Die automatisierte Chargenerfassung vor jedem Prozess, das Prüfen und intelligente Steuern der Chargen gehört dazu.

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Nicht nur eine Schnittstelle nach außen, sondern auch innerhalb der Maschine oder Anlage sind Schnittstellen bereitzustellen. Häufig sind teilweise konkurrierende Feldbussysteme im Einsatz: CAN für die Komponenten aus der Automatisierungsbranche, Profibus / Profinet oder Modbus aus der Prozess- und Automatisierungstechnik. Ob nun einzelne Komponenten klassisch über digitale oder analoge Eingänge angebunden werden, oder über eine Bus- Schnittstelle, wird abhängig von der Verwendungshäufigkeit und der Datenaustauschmenge entschieden. Das Gesamtsystem sollte nicht unnötig verkompliziert werden.

In der Vernetzung für die Unternehmens- und Produktionssteuerung werden die einzelnen Maschinen oder Industrieanlagen, zu denen auch die wärmetechnischen Anlagen von Reinhardt gehören, mit einem ERP-System (Enterprise Resource Planning) verbunden. Hier wird eine plattformunabhängige Architektur wie OPC UA eingesetzt. Ziel der Standardisierung ist, Kommunikation zu vereinfachen, damit mehr Zeit für die Auswahl der Informationen zur Verfügung steht. OPC UA verwendet nur ein Protokoll für alle Daten des Produktionsprozesses, unabhängig von der Plattform und vom Hersteller. Sicherheitsmechanismen sind bereits integriert. Man kann vom einzelnen Sensor bis zum ERP-System alle Komponenten kommunizieren lassen, die Basis ist ein Client-Server-Prinzip. Wichtig ist, dass die Daten in das ERP-System passen. So werden beispielsweise nur Gut-/Schlecht-Meldungen und gewisse Ecktemperaturen und Behandlungszeiten an das ERP-System übertragen. Die Temperaturverläufe, werden separat abgelegt, zumeist über einen E-Mailverteiler oder per FTP.

Mit diesen Werkzeugen ist der Maschinenbau fit für die Industrie 4.0. Alle technisch möglichen Anpassungen in der Steuerungstechnik können realisiert werden, um die Abläufe und das Handling am späteren Einsatzort zu erleichtern. Neben der Einbindung in eine übergeordnete SPS sind die Anlagen selbst mit einer SPS ausgestattet. Dies ermöglicht die Fernsteuerung, Fernüberwachung und die Dokumentation der Peripherie über das Intranet oder das Internet.

Die Datenerfassung und –speicherung, direkt oder im Internet, kann kundenspezifisch optimiert werden. Warn- und Fehlermeldungen sind über GSM-Netze oder E-Mails weltweit verfügbar. Falls gewünscht können auch Fremdgeräte eingebunden werden. Die Steuerungen leisten:

  • Kontinuierliche Zustandsüberwachung und Datenspeicherung
  • Automatische Sicherung der Daten auf Ihrem Computersystem / Backup- System
  • Individuelle Aufzeichnung der Daten (Kurz- und Langzeitspeicher)
  • Kontinuierliche Fernüberwachung der Maschinen
  • Fernsteuerung der Maschinen
  • Einfache Bedienung über den Internet-Browser als Web-HMI oder lokales HMI auf IPC-Panel
  • Einfache Vernetzung über Ethernet

Innerhalb unserer Anlagen wird getrennt zwischen zeitkritischen Funktionen und unkritischen, wobei für zeitkritische normalerweise eine Zykluszeit kleiner10 Millisekunden ausreicht. Diese ergeben sich aus Schalt- und Reaktionszeiten für Sensoren und Schaltausgängen. Zeitunkritische Funktionen können über lokale Ethernetverbindungen abgewickelt werden. Liest man die aktuelle Literatur, ist diese Unterscheidung auch in der Zukunft bestimmend, wobei innerhalb des Protokolls diese Entscheidung neu gebildet wird und somit keine mehrfachen Netze mehr nötig sind.

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