Die Optik zählt Mit PC-basierter Bildverarbeitung hohe Standards erfüllen

In immer mehr Branchen wird die Rückverfolgbarkeit von Produkten zwingend vorgeschrieben, weil im Falle von Material- oder Produktionsfehlern Menschenleben gefährdet sein können. Besonders in der Arzneimittelherstellung sind die Anforderungen an eine lückenlose Dokumentation des Herstellungsprozesses hoch – sowohl was die Herstellung der Arzneimittel selbst als auch ihre Kennzeichnung zur späteren Nachverfolgbarkeit betrifft. Das Fehlen einer entsprechenden Kennzeichnung kann gesetzliche Konsequenzen oder sogar Schadenersatzanforderungen durch Patienten nach sich ziehen. Dementsprechend wird bei der Produktion und Verpackung der Medikamente penibel auf eine ausreichende Kennzeichnung und Dokumentation geachtet. Ein System, das die Anforderungen der Pharmaindustrie erfüllt, hat die Firma i-mation entwickelt. Der Systemintegrator und Dienstleister rund um Bildverarbeitungssysteme konzipiert und entwickelt standardisierte und anwendungsspezifische Lösungen für die Bildverarbeitung. Je nach Anforderung werden intelligente Kamerasysteme (die Kameras haben eigene Mikrocontroller zur Berechnung der Bildauswertung) oder PC-Kamerasysteme bestehend aus industrietauglichen Kameras und einem Industrie-PC eingesetzt. Das System von i-mation kann direkt über integ­rierte Datenbankfunktionalitäten in eine lokale Datenbank oder direkt in die Datenbank eines Herstellers schreiben, ein wichtiges Kriterium für ein Audit Trail in der Pharmaindustrie. Flexible PC-basierte Lösung Als Recheneinheit und für den Anschluss der Kameras dient ein robuster Embedded-Industrie-PC von Siemens: Der Microbox-PC Simatic IPC427C mit seinem 1,2GHz schnellen Intel Core2-Duo-Prozessor bietet eine hohe Rechenleistung und kann dennoch lüfterlos betrieben werden. Da die Firma i-mation zudem auf CompactFlash-Karten als Massenspeicher setzt, ist die Gesamteinheit wartungsarm. Darüber hinaus ist der kompakte Microbox-PC mit einer Schwing-/Schockbelastbarkeit von 1g bzw. 15g für den Einsatz an laufenden Maschinen geeignet. Auch die Temperaturgrenze von 55°C für die Umgebungstemperatur bezeugt die Industrietauglichkeit des Rechners. Übrigens wird der Prozessor des Industrie-PCs auch bei hohen Temperaturen nicht gedrosselt, die volle Prozessorleistung steht auch bei 55°C zur Verfügung. Die kompakte Bauweise kommt dem Trend zugute, schlanke Systeme zu bauen, die nicht mehr über einen großen Schaltschrank mit Kontrollkomponenten verfügen. Der Microbox-PC lässt sich aufgrund unterschiedlicher Montagemöglichkeiten wie Hutschienen-, Wand- und Buchmontage in beengte Räume montieren. Als Hauptspeicher stehen bis zu 4GByte DDR3-RAM zur Verfügung. Für die meisten Applikationen von i-mation reichen 2GByte aus, um die Bilddaten der Kameras zu erfassen und sie mit den Funktionen der Bildverarbeitung auszuwerten. Als Schnittstellen zur Außenwelt verfügt der IPC standardmäßig onboard über zwei GBit-Ethernet-Schnitt­stellen. Die schnelle Schnittstelle wird zudem für den Anschluss moderner Gigabit-Ethernet-Kameras genutzt. Damit entfällt die Verwendung einer Kamera-Framegrabberkarte. Optional kann der Rechner mit Profibus- oder Profinet-Anbindung konfiguriert werden und erschließt hiermit, wie auch mit dem OPC-Protokoll, bewährte Lösungen für die Einbindung und Kommunikation ins industrielle Umfeld. Durch die Integration in ein Anlagennetzwerk kann per Fernwartungsfunktionalität auf den Microbox- PC zugegriffen werden. Der Rechner wird von der Diagnosesoftware Simatic PC DiagMonitor überwacht, die u.a. Temperaturwerte der CPU erfasst und im Fehlerfall Alarm schlägt. Die Diagnosedaten lassen sich per OPC in andere Anwendungen, z.B. in die Anlagenvisualisierung, integrieren. Branchenspezifische Software Ausgehend von der Bildverarbeitungssoftware VisionPro von Cognex baut i-mation PC-basierte Lösungen für unterschiedliche Branchen. Dazu erweitert das Unternehmen die VisionPro-Software um anwendungsspezifische Elemente, die als Tools in die VisionPro-Software integriert werden. Hierzu gehören beispielsweise OPC-, TCP- und Datenbank-Tools, die im Baukastenprinzip zu einem kompletten Projekt zusammengefügt werden können. Plattform aller Lösungen ist die für den Multicore-Betrieb optimierte i-check-DB-Software mit integ­rierter SQL-Datenbank von i-mation, die auf die Funktionalitäten von VisionPro zugreift und für spezifische Applikationen mit speziellen Zusatzfunktionen versehen wird. So existieren z.B. für die Branchen Pharma und Solar Standardlösungen. Sie werden neben der reinen branchenspezifischen Bildverarbeitung z.B. auch den jeweiligen gesetzlichen Anforderungen gerecht. In der Pharmazie ist das u.a. der Standard GS1 zur Serialisierung, Sendungsverfolgung sowie Qualitätsüberwachung. So müssen sämtliche Zugriffe von Mitarbeitern auf den Microbox-PC sowie von ihnen vorgenommene Änderungen im Programmablauf protokolliert werden. Durchlaufrate: Produktivität erhöht Eine typische Lösung zur Überwachung der Produktauszeichnung in der Pharmabranche verfügt über vier Gigabit-Ethernet-Kameras. Der Microbox-PC lädt sich von einem übergeordneten ERP-System die Sollwerte, z.B. Chargennummer oder Seriennummer eines Medikaments. Die auf einem Band vorbeilaufenden Produkte werden von den Kameras aufgenommen. Die Bilder werden an den embedded Industrie-PC weitergeleitet, wo sie von der VisionPro-Software ausgewertet werden. i-check DB gleicht dabei die gelesenen Daten bis zu 52-stellige Nummern mit den in der Datenbank registrierten Nummern ab und aktualisiert dementsprechend die Datenbank. Die typische Durchlaufgeschwindigkeit für ein solches System liegt bei bis zu 10 Teilen/s, deren Ausprägungen zuverlässig erkannt wer­den müssen. Zusätzlich können noch EAN-Codes sowie andere Sicherheitsmerkmale oder Produkteigenschaften wie unbeschädigte Verpackung usw. geprüft werden. Nach dem Ende des gesamten Prüfzyklus werden die aufbereiteten Daten an das ERP-System des Pharmaunternehmens zurückgespielt. Je nach Anwendung werden nun die geprüften Produkte beispielsweise verpackt und versandt. Hier besteht die Möglichkeit, per Microbox- PC einen nachgelagerten Drucker anzusprechen, um weitere Aufdrucke auf der Verpackung vorzunehmen. Fortschritt und Verfügbarkeit Die CPU des Rechners ist mit ihren Aufgaben in der Regel nur bis zu 30% ausgelastet. So bleiben genügend Reserven, um über eine Erweiterung des Systems weitere Anwendungen abzudecken. Eines dieser neuen Konzepte sieht die Übernahme kleiner Steuerungsfunktionen auf dem Industrie-PC mittels der Software-SPS Simatic WinAC RTX vor. So können etwa Kameras, die jeweils ein unterschiedliches Farbspektrum aufzeichnen, mit ihrer jeweiligen Beleuchtung von der Software-SPS synchronisiert und getriggert werden. Dieses Verfahren kommt z.B. bei Farbcodierungen auf Produkten zur Anwendung. Der Einsatz von CompactFlash-Karten (CF-Karten) als Speichermedium hat neben einer erhöhten Robustheit des Microbox- PC weitere Vorteile: So ist es nicht ungewöhnlich, dass Kunden im Laufe des Anlagenlebenszyklus von normalerweise mehr als fünf Jahren neue Funktionen in ihre Anlage integrieren wollen. Der Hersteller kann ein Backup der aktuellen Anlage erstellen, die geforderten Funktionen ergänzen und auf eine weitere CF-Karte spielen und diese dem Anwender zur Verfügung stellen. Dieser tauscht in seiner Anlage einfach die CompactFlash-Karte aus, die sich in einem extern zugänglichen CF-Slot befindet. Nun lässt der Anwender die Anlage mit der neuen Karte laufen. Sollte sich herausstellen, dass trotz aller Sorgfalt bei der Implementierung der neuen Features ein Fehler auftaucht, kann er die alte Karte wieder einstecken und so seine Anlage erst einmal weiter betreiben, während der Fehler behoben wird. Dafür, dass der Microbox-PC die lange Lebensdauer der Anlagen unbeschadet übersteht, sorgt Siemens: Alle Rechner enthalten aufeinander abgestimmte Bauteile mit einer hohen Mean Time between Failures (MTBF, Mittlere Zeit zwischen zwei auftretenden Fehlern), sind in Deutschland entwickelt und gefertigt und müssen nach der Fertigstellung noch einen 36 Stunden dauernden Run-In-Test bei 40°C über sich ergehen lassen, in dem Frühausfälle ausgesondert werden. Simatic Industrie-PCs sind drei bis fünf Jahre lang verfügbar und können danach noch einmal für fünf Jahre repariert werden, sodass der Betrieb bis zu zehn Jahre mit einer Generation ohne Softwareanpassungen sichergestellt werden kann. Zudem bietet Siemens weltweiten Service für seine Industrie-PCs. Fazit i-mation hat neben den bereits angesprochenen Lösungen für die Solar- und Pharmabranche auch Applikationen in weiteren Branchen wie Automotive, Verpackung, Druck, Elektronik, Textil, Lebensmittel sowie Body and Health Care realisiert. Der Umfang der Bildverarbeitungslösungen reicht dabei von der Erkennung von mechanischen Unregelmäßigkeiten und Farbkorrektheit bis zur Erkennung von Beschriftungen und optischen Eigenschaften, wie z.B. Schlierenfreiheit. Das PC-basierte System auf Basis des Microbox-PC hilft den Mitarbeitern von i-mation dabei, neue und sich ändernde Vorgaben zu implementieren und Wünsche der Anwender einfach zu integrieren. Der Microbox-PC Simatic IPC427C von Siemens bietet eine solide Plattform für die Realisierung weiterer Bildverarbeitungslösungen mit der Software i-check DB. www.siemens.de