Umsetzung serieller Schnittstellen auf Ethernet Immer auf Draht

Die Schwering & Hasse Elektrodraht GmbH mit Sitz im nordrhein-westfälischen Lügde ist ein mittelständisches Familienunternehmen, das seit 1946 Kupferlackdrähte für die Herstellung elektromagnetischer Artikel produziert. Das breite Produkt-Portfolio umfasst Runddrähte von 0,050 bis 6mm Durchmesser sowie Flachdrähte in den Querschnitten 1,5x4mm bis 5x20mm. Die Kunden der weiterverarbeitenden Elektroindustrie fertigen daraus beispielsweise Miniaturspulen für Quarzuhren, Wicklungen für Lenkhilfen und ABS-Bremssysteme in der Automobilindustrie sowie Hochspannungs-Generatoren und Transformatoren für die Energieerzeugung. Lückenlose Überwachung der Prozess-Parameter Die hohen Anforderungen der zum Teil sicherheitsrelevanten Endanwendungen erfordern eine lückenlose Qualitätskontrolle sowie die kontinuierliche Optimierung von rund 470 Produktionslinien, die im Vollkonti-Betrieb in einer Sieben-Tage-Woche rund um die Uhr Draht herstellen. Die Überwachung beginnt bereits beim ersten Fertigungsschritt, dem Drahtziehen. Dabei wird der etwa 12,5mm starke Rohkupferdraht, der in tonnenschweren Coils angeliefert wurde, durch einen aus einem Industriediamanten bestehenden Ziehstein gezogen und dabei auf den jeweiligen Nenndurchmesser reduziert. Je nach gewünschter Drahtstärke muss der Ziehvorgang bis zu acht Mal wiederholt werden. Zwischen jedem Durchlauf glüht der Draht aus, da er durch das Ziehen aushärtet und ansonsten schnell reißen würde. Dazu wird im laufenden Prozess ein elektrischer Strom von bis zu 3.000A durch den Draht geleitet, dessen Stärke ebenfalls kontrolliert werden muss, um eine gleichmäßige Härte und somit die konstante Ziehqualität sicherzustellen. Anschließend wird die Oberflächen-Rauhigkeit überprüft und überwacht, denn bei zu großen Abweichungen ist der Lackauftrag an diesen Stellen ungleichmäßig, was zu ungewollten Durchschlägen führt. Die entsprechenden Prozess-Parameter sind in der Vergangenheit durch eine CAN-basierte Betriebsdaten-Erfassung (BDE) aufgenommen und über ein CAN/ RS232-Gateway an die serielle Schnittstelle des PC der jeweiligen Produktionslinie weitergeleitet worden. Der Hersteller dieser Geräte ist jedoch nicht mehr aktiv, sodass sich die Instandhaltung der Anlage als zeitaufwendig erwies. Aus diesem Grund suchten die Verantwortlichen von Schwering & Hasse nach einer neuen Lösung, die zukünftige Kommunikations-Technologien berücksichtigt sowie langfristig am Markt erhältlich ist. \“Mit Phoenix Contact haben wir ei­nen Partner gefunden, der sich als führender Anbieter von Automatisierungstechnik am Markt etabliert hat\“, stellt Gottfried Nikolina, der zuständige Projektmanager, fest (Bild 2). \“Die Mitarbeiter des Blomberger Unternehmens haben uns umgehend ein Konzept erarbeitet, das seine sichere Funktion in vier Musteraufbauten unter Beweis gestellt hat.\“ Zukunftsfähiges Kommunikationskonzept Die Musteraufbauten verdeutlichten, dass im Umfeld hoher EMV-Belastungen durch die Drahtglühe der Einsatz industriegerechter Geräte mit erhöhten EMV-Eigenschaften zwingend erforderlich ist, da einfache Office-Produkte den Dienst versagten und gegen hochwertige Industriegeräte ausgetauscht werden mussten (Bild 3). Im Rahmen der neuen Kommunikationsstruktur werden die seriellen RS232-Daten der BDE-Geräte über einen FL Comserver an die PCs der einzelnen Produktionslinien angebunden. Durch die Umsetzung auf Ethernet stehen die Informationen jetzt im gesamten Unternehmens-Netzwerk zur Verfügung und können so jederzeit für eine zentrale Aufzeichnung der Produktionsdaten in SQL-Datenbanken, den parallelen Datenaustausch mit OPC-Servern zwecks Anlagenvisualisierung oder zur Kommunikation mit anderen TCP/IP-fähigen Teilnehmern genutzt werden. Das integrierte Web-based Management vereinfacht die Inbetriebnahme und ermöglicht eine intuitive Bedienung der Geräte für die Instandhaltung, selbst wenn der Aufbau bereits Jahre zurückliegt (Bild 4). Alternative BDE-Lösung auf Basis einer Kleinsteuerung Im weiteren Produktionsverlauf wird der Draht lackiert. Es werden mehrere Lagen verschiedener Lacke aufgetragen, um die elektrischen Eigenschaften wie Durchschlagfestigkeit und die mechanischen Eigenschaften zu erzielen, beispielsweise die Kratzfestigkeit. Der Draht umfasst dann bis zu 32 Lackschichten, die jeweils einzeln im Ofen eingebrannt werden müssen. Zur Überwachung der Qualitätsanforderungen ermittelt die Betriebsdaten-Erfassung dabei kontinuierlich die Temperatur des aufzutragenden Lacks sowie der Einbrennöfen (Bild 6). Da in die älteren Produktionslinien kein PC eingebaut war, erarbeiteten die Verantwortlichen eine alternative BDE-Lösung. Dazu ist in jede Linie je eine Kleinsteuerung vom Typ ILC 130 ETH integriert worden. Als Bestandteil des Inline-Installationssystems kann der ILC 130 ETH flexibel um die jeweils benötigten I/O- und Funktionsklemmen erweitert und damit einfach an die individuellen Applikationsanforderungen angepasst werden. Im vorliegenden Fall waren dies Temperatur-Erfassungsmodule IB IL Temp, die bis zu acht Kanäle gleichzeitig erfassen können. Nach dem Lackieren entscheidet sich, ob der produzierte Lackdraht die hohen Qualitätsanforderungen erfüllt oder ob das Fertigungslos verschrottet werden muss. Zu diesem Zweck hat Schwering & Hasse ein System implementiert, um die Oberfläche des Kupferlackdrahts kontinuierlich zu überprüfen. Die elektrischen Eigenschaften des Drahtes werden durch ein Hochspannungsprüfgerät auf Durchschläge kontrolliert. Als Ausschuss-Kriterium fungiert die Anzahl der Durchschläge pro 100 Meter Draht. Um eine vollständige Rückverfolgung sicherzustellen, überträgt die durch Schwering & Hasse patentierte Messeinrichtung die Ergebnisse des hergestellten Drahts lückenlos ebenfalls per TCP/IP an einen zentralen Server (Bild 5). Fazit Die Umstellung der Betriebsdaten-Erfassung von vielen verschiedenen, zum Teil nicht mehr lieferbaren Altsystemen auf eine neue Lösung eröffnet Schwering & Hasse die Chance, die Kommunikations-Strukturen der Produktionslinien zu optimieren und auf zukünftige Anforderungen vorzubereiten. Aufgrund seiner vielfältigen Einsatzmöglichkeiten bietet der FL Comserver bei der Umsetzung serieller RS232-, RS422- oder RS485-Schnittstellen auf Ethernet alle Funktionen zur sukzessiven Konvertierung älterer BDE-Konzepte. Das Inline-Automatisierungssystem liefert mit dem modularen Baukasten die Grundlage für die Erfassung und Verarbeitung sämtlicher I/O-Signale. Mit Ethernet hat das Familienunternehmen ein Übertragungssystem gewählt, das sich sowohl im Büroumfeld als auch im Fertigungsbereich etabliert hat und so das Rückgrat für eine lückenlose Kommunikation zwischen allen Unternehmensbereichen bildet. Kasten: Ein Gerät für alle seriellen Schnittstellen