Meisterstück aus der Lehrwerkstatt
Der Werkzeugmaschinenhersteller Trumpf gehört zu den führenden Unternehmen seiner Branche. Mit knapp 11.000 Mitarbeitern wurde im Geschäftsjahr 2014/15 ein Umsatz von 2,72 Mrd. Euro erwirtschaftet. Das Werk Hettingen beschäftigt ca. 480 Mitarbeiter, wovon zehn Prozent Auszubildende sind. Dort auf der Schwäbischen Alb konzentriert man sich auf den Bau von Blechbearbeitungsmaschinen, den so genannten TruPunch-Systemen. Dabei handelt es sich um Maschinen zum Stanzen mit einer Hubfolge von bis zu 1.600 Hüben pro Minute und zum Signieren mit bis zu 3.000 Hüben pro Minute.
Die Trumpf Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG in Hettingen liefert täglich solche Maschinen unterschiedlicher Baureihen für den weltweiten Markt aus. Grundvoraussetzung dafür sind umfassende Funktionsprüfungen der einzelnen Maschinenbaugruppen während der laufenden Produktion. Denn in der Regel werden die Maschinen erst am Einsatzort montiert und in Betrieb genommen. Ein Beispiel für den modularen Aufbau ist der Tool Master zum automatischen Werkzeugwechsel.
Einzelfunktionsprüfungen mithilfe von Simulatoren stellen sicher, dass die Baugruppen und Subsysteme keine Komplikationen und Verzögerungen während der Inbetriebnahme verursachen. Josef Riedinger von der Firma Fischer J.-W. Zander GmbH & Co. KG erklärt: "Die entscheidende Aufgabenstellung für uns war, eine moderne, kostengünstige Lösung für Prüfeinrichtungen zu erarbeiten, die in der Praxis komfortabel einzusetzen ist."
Als Siemens Solution Partner kümmert sich das Unternehmen bei Bedarf um das gesamte Engineering inklusive Beratung, Projektierung etc. "In diesem Fall bot sich die Möglichkeit, unsere gut ausgestattete Lehrwerkstatt und die bestens ausgebildeten Mechatroniker bzw. Industriemechaniker mit einzubinden und so die Kostenkalkulation der Simulatoren noch interessanter zu machen", ergänzt Jürgen Herter, Leiter Ausbildung bei Trumpf in Hettingen. Wichtig war somit, eine Steuerungs- und Automatisierungslösung zu entwickeln, die in der Lehrwerkstatt umgesetzt werden konnte. Dafür eignete sich AS-Interface.
Modernes Prüfkonzept mit AS Interface
Sämtliche Trumpf-Maschinen sind mit AS Interface sowohl für Standard- als auch für fehlersichere Signale ausgestattet. Dieses Bussystem ist auf der unteren Feldebene besonders einfach im Umgang und überaus flexibel sowie robust in der Anwendung. Auch der Verdrahtungsaufwand ist erheblich kleiner als bei entsprechender Parallelverdrahtung. Datenübertragung und Spannungsversorgung erfolgen mit einem Kabel, mit dem zusätzlich Sicherheitssignale (im Sinne der Anforderungen der Maschinenrichtlinie zum Beispiel Not-Halt) übertragen werden.
Die Simulatoren testen und dokumentieren, dass sämtliche AS i Teilnehmer ordnungsgemäß verkabelt sind und fehlerfrei arbeiten. "Im Gegensatz zu den Vorgängerlösungen besitzen die neuen Testgeräte eine übersichtliche Menüführung sowie automatische Prüfprotokolle", berichtet Josef Riedinger.
Der Systemaufbau erfolgt mit den Modulen CM AS i Master ST und F CM AS i Safety ST auf Basis des dezentralen Peripheriesystems Simatic ET 200SP von Siemens, das mit einer intelligenten Kopfbaugruppe inklusive fehlersicherer CPU 151xSP F ausgestattet ist - dem so genannten Distributed Controller. Diese Steuerungslösung kann im Engineering Framework TIA Portal von Siemens programmiert, parametriert, visualisiert und sogar diagnostiziert werden. "Alles auf einer einzigen Plattform zu realisieren, ist fortschrittlich und komfortabel zugleich", fasst Jürgen Herter zusammen. Entsprechend gut fanden sich die Mitarbeiter der Lehrwerkstatt bei Trumpf in Hettingen damit zurecht.
Entscheidend für die Anwender der neuen Simulatoren waren die flexible Anpassung der Prüfroutinen an die unterschiedlichen Ausstattungsvarianten sowie die einfache Auswahl der zu prüfenden Maschinenbaugruppen. Auf Knopfdruck werden sämtliche Ein- und Ausgänge des AS-Interface - sowohl Standard als auch fehlersicher - auf ihre Funktion hin überprüft. "Das war bisher überhaupt nicht möglich", kommentiert Fachmann Riedinger.
AS i Link-Aufbau mit dezentralem Peripheriesystem
Der modulare AS i Link besteht in seiner Grundausstattung aus der Kopfbaugruppe Simatic ET 200SP (als Variante ST für bis zu acht Standard- beziehungsweise fünf fehlersichere Netze oder Variante HF für bis zu 43 bzw. 29 Netze). Darüber hinaus unterscheidet Siemens zwischen dem CM AS i Master ST für Standardsignale und dem zusätzlichen, fehlersicheren Kommunikationsmodul F CM AS i Safety, falls zusätzlich sicherheitsgerichtete Signale übertragen werden sollen. Eine solche Station als Distributed Controller mit CPU-Kopfbaugruppe verarbeitet die Daten des AS i Masters autark, so dass eine intelligente AS i Master-Station entsteht. Bei Bedarf kann eine solche Station mit weiteren Stationen oder einer übergeordneten SPS oder Sinumerik vernetzt werden.
Mithilfe des dezentralen Peripheriesystems in den Testanlagen lässt sich die Konfiguration der Ein- und Ausgänge exakt simulieren und prüfen, inwieweit die Funktionen erfüllt werden, die die Subsysteme im späteren Betrieb haben. Das Programm sowie die Visualisierung und die Sicherheitstechnik greifen auf die gleiche Datenbasis zu. Am kompakten, vier Zoll großen Farbdisplay KTP 400 von Siemens werden die unterschiedlichen Auswahlmöglichkeiten dargestellt. Die menügeführte Signalprüfung erstreckt sich in der beschriebenen Anwendung von der Auswahl des Maschinenmoduls über die Maschine bis zum Typ und den gewünschten Prüfablauf.
Sind alle vier Punkte des Auswahlmenüs (Bild_6) bestätigt, erscheint die Signalliste zur Prüfung. Am Ende der Prüfung zeigt das Display die einzelnen Ergebnisse an und eine Prüfleuchte am Simulator signalisiert das Ergebnis (grün/rot). Kommt es zu unvorhergesehenen Ereignissen, unterstützen Hilfstexte die Mitarbeiter bei der Beseitigung von Funktions- oder Montagefehlern. Denn der modulare AS i Master erzeugt bei einer Störung automatisch eine Meldung, die im TIA Portal oder im Meldefenster des HMI-Panels in mehreren Sprachen vom Bediener im Klartext gelesen werden kann. Zusätzlich bietet Siemens Diagnosepakete an, die die Diagnoseinformationen aus dem AS i Master sowie der fehlersicheren Baugruppe F CM AS i Safety einsammeln und auf übersichtlichen Bildern auf dem HMI-Panel grafisch ausgeben. Diese Eigendiagnose kann ferner über die Webserver-Funktionalität der Simatic auf einem PC-Bildschirm oder einem Smartphone angezeigt werden. Der Bediener muss lediglich seinen Webbrowser starten und die IP-Adresse der Diagnose eingeben.
Zeiteinsparung in der Baugruppenprüfung
Das AS i Optionenhandling erleichtert die flexible Programmierung für unterschiedliche Maschinen sowie Maschinenausstattungen. Durch Anklicken in der Konfigurationsmaske lassen sich einzelne Module zu- beziehungsweise abschalten. Die Art der Ein- und Ausgangsmodule kann im laufenden Betrieb konfiguriert werden. "Im Fall der Prüfmaschinen war das allerdings nicht notwendig, zeigt aber dennoch den einfachen, praxisorientierten Aufbau sowie die logische Arbeitsweise von AS Interface", fasst Josef Riedinger zusammen.
Mit Unterstützung durch die Simulatoren kann eine Person allein vollständige Prüfungen der unterschiedlichen Gerätebaugruppen von TruPunch-Blechbearbeitungsmaschinen durchführen. Früher - ohne die Lösung mit dem modularen AS i Master - waren hierzu zwei Mitarbeiter notwendig, die zudem erheblich mehr Zeit für einen Prüfzyklus brauchten. "Insofern erweisen wir durch Nutzung des vorhandenen Fachwissens in der Lehrwerkstatt der Produktion einen wertvollen Dienst", freut sich Jürgen Herter und fährt fort: "Weil der Umgang mit AS Interface so einfach, effizient und zuverlässig ist, wollen wir weitere Prüfanlagen auf Basis der Simatic ET 200SP mit AS i Mastern entwickeln."