In einer hoch automatisierten Fertigungshalle produziert Hella in Lippstadt Frontscheinwerfer für PKW der Premiumklasse. In der hier betrachteten Montagezelle wird zunächst das Lampengehäuse auf einen Zuführschlitten gelegt. Anschließend erfolgt das Einsetzen der Getriebe für die Leuchtweiteneinstellung. Bevor im nächsten Arbeitsschritt ein Roboter die Frontscheibe auf das Gehäuse setzt, fragen zwölf verschiedene Sensoren die korrekte Montage aller Einzelkomponenten ab. Diese detaillierte Prüfung ist eine der Maßnahmen, die eine einwandfreie Qualität der Scheinwerfer garantieren, wie sie von den Kunden, großen Automobilfirmen, erwartet wird.
Sensorkabel in Kabelschlepps: Ursache für häufige Störungen
Jeder einzelne Sensor, so notwendig er auch ist, bedeutet Signalkabel, die in einem Kabelschlepp zu dem beweglichen Zuführschlitten verlegt waren. Trotz sorgfältiger Installation führten die raschen Hin- und Herbewegungen des Zuführschlittens häufig zu Schäden an den empfindlichen Signalleitungen. \“Es verging kaum eine Woche\“, erinnert sich Andreas Niggenaber, verantwortlich für die Maschineninstandhaltung, \“in der nicht ein defektes Signalkabel für eine Produktionsunterbrechung sorgte.\“ Die Störungsbeseitigung begann meist mit einer aufwändigen Fehlersuche gefolgt von zeitraubender Reparatur, die durch die beengten Platzverhältnisse zusätzlich erschwert wurde. Aber die Kabel führten nicht nur durch eigene Beschädigung oder Bruch sondern auch durch Sekundäreffekte zu Störungen: \“Nicht selten waren Sensoren einfach mechanisch verstellt, weil die raschen Bewegungen zu hohen Zugkräften der angeschlossenen Kabel führten\“, so Niggenaber.
Die Lösung: Verschleißfreie Signalübertragung mit WISA
Anfang Juni 2007 ersetzte Hella das bisherige I/O-Modul auf dem Zuführschlitten durch einen drahtlosen Sensor-/Aktorverteiler mit WISA-Technologie. Dieses Funk-I/O-Modul verfügt über insgesamt 16 Datenpunkte, so dass in der beschriebenen Applikation sogar noch etwas Reserve für zukünftige Erweiterungen bleibt. \“Für uns war entscheidend, dass sich der Wechsel auf die neue Technologie ohne große Stillstände realisieren lies\“, erinnert sich Niggenaber: Vorbereitend wurde deshalb das zentrale Ein-/Ausgabemodul, das die Nahtstelle zwischen der SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) und bis zu 13 Sensor-/Aktorverteilern ist, im Schaltschrank montiert, das zugehörige Antennenpaar direkt an der Oberkante der Montagezelle. Auch die Anpassung des Programms für die Maschinensteuerung konnte vorbereitet werden. Über einen Profibus-FieldBusPlug (FBP-System von ABB) wurden die maschinenseitige SPS und das Ein-/Ausgabemodul miteinander verbunden. Schließlich wurde das auf dem Zuführschlitten vorhandene IP67-Modul durch den Sensor-/Aktorverteiler ersetzt und es folgte die abschließende Inbetriebnahme. \“Die Inbetriebsetzung des WISA-Systems gestaltete sich so einfach, dass der Produktionsbetrieb sehr rasch wieder aufgenommen werden konnte\“, erinnert sich Niggenaber. Auf diese Weise konnten die empfindlichen Signalkabel ganz aus dem Kabelschlepp entfernt werden. Lediglich für die Spannungsversorgung des Zuführschlittens sind noch zwei 800er FD-Kabel verlegt.
WISA: Zuverlässige Kommunikation für die Fabrikautomation
WISA ist die von ABB speziell für die Fabrikautomation entwickelte Funktechnologie im 2,4GHz-Band, die sich durch Echtzeitfähigkeit, besondere Zuverlässigkeit und mögliche Koexistenz vieler Systeme in einer einzigen Fabrikhalle auszeichnet. Schon durch die Wahl dieses Frequenzbandes wird gewährleistet, dass die Kommunikation außerhalb des im industriellen Umfeld typischen Störspektrums erfolgt.Dazu gibt es viele Mechanismen zur Gewährleistung eines störungsfreien, zuverlässigen Betriebs, die automatisch ohne Zutun des Anlagenbetreibers ablaufen: Das Ein-/Ausgabemodul und die ihm zugeordneten bis zu 13 drahtlosen Verteiler wechseln beispielsweise kontinuierlich nach einem vorgegebenen Muster ihre Kommunikationsfrequenz. Dabei nutzen sie das gesamte 2,4GHz-Band. Auf diese Weise wird vermieden, dass elektromagnetische Störungen oder die Signale anderer Kommunikationssysteme zu Fehlfunktionen führen. Kommunikationsvorgänge sind erst abgeschlossen, wenn die Gegenseite den einwandfreien Empfang bestätigt. Bei Bedarf wird die Signalübertragung wiederholt, wobei ein Zyklus der Funkübertragung gerade mal 2,04msec dauert. Diese Performance eines WISA-Systems bleibt beim Vollausbau genauso hoch wie bei der Kommunikation mit nur einigen wenigen drahtlosen Sensor-/Aktorverteilern. Drahtlose Sensor-/Aktorverteiler melden sich auch ohne einen Statuswechsel zweimal pro Sekunde bei dem zentralen Ein-/Ausgabemodul. Bleibt diese Meldung aus, wird die letzte Statusinformation als \’nonvalid\‘ gekennzeichnet und an die Steuerung übermittelt, um von dort den Fertigungsprozeß anzuhalten oder eine Warnmeldung zu initiieren. Im Maschinenprogramm können gezielt Reaktionen bei Störmeldungen individuell für jeden WISA-Teilnehmer programmiert werden.
