Steuerungstechnik PLCnext Technology für mehr Effizienz im Karosseriebau von Audi

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Audi setzt am Standort Ingolstadt im Karosseriebau der vollelektrischen Audi-Q6-e-tron-Baureihe auf PLCnext Technology von Phoenix Contact. Das offene Ecosystem bietet neben zahlreichen Funktionen für IIoT-Anwendungen ebenfalls integrierte Cybersicherheit gemäß dem internationalen Standard IEC 62443-4-2.

Phoenix Contact unterstützt den Wandel zu mehr Nachhaltigkeit, indem das Unternehmen Schlüsseltechnologien für die Elektrifizierung, Vernetzung und Automatisierung bereitstellt. PLCnext Technology ist eine dieser Technologien. Das offene Ecosystem verfügt über eine Vielzahl von Schnittstellen vom Sensor bis in die Cloud. Auf diese Weise trägt es zum durchgängigen Informationsfluss in einer CO2-neutralen Fertigung bei. Abgesehen von der Standardprogrammierung von SPS-Systemen nach IEC 61131-3 ermöglicht die Technologie auch die parallele Nutzung von Hochsprachen wie C/C++, C# oder Matlab Simulink. Beide Sprachen laufen kombiniert in Echtzeit auf der Steuerungsfamilie PLCnext Control. Somit profitiert die Produktion von der Kompetenz der IT- ebenso wie der OT-Spezialisten. Das Ecosystem trägt so auch zum Wandel bei der Automatisierung der Fertigungsanlagen bei Audi bei.

PLCnext Technology ermögFrühzeitige Anzeige kleinster Qualitätsabweichungen

Bereits bei der Herstellung der Fahrzeuge kommt es darauf an, den energetischen Fußabdruck so neutral wie möglich zu halten. Deshalb hat sich Audi das Ziel gesetzt, bis 2025 an allen Standorten bilanziell CO2-neu­tral zu produzieren. Am Standort Ingolstadt ist dieses Ziel seit Anfang 2024 erreicht. Gerade im Karosseriebau gilt es, die Emissionswerte durch Einflussgrößen wie Qualität, Verfügbarkeit und Adap­tionsfähigkeit zu verbessern. Jeder Leerlauf oder jede Ausschleusung einer Karosse aus dem Herstellungsprozess zieht nicht nur Kosten nach sich: Auch die produktionsbedingte THG-Bilanz erhöht sich.

Damit dies nicht passiert, nutzt Audi zahlreiche Maßnahmen wie Abschaltungen zu Leerlaufzeiten oder den Einsatz kommunikationsfähiger Energiezähler – zum Beispiel des multifunktionalen Messgeräts EEM-MA 370 von Phoenix Contact – zwecks Überwachung des Verbrauchs. Um an dieser Stelle weiter zu optimieren, bedarf es Transparenz über die Energieflüsse und Informationen, die eine Störung schon bei ihrer Entstehung ankündigen. Sogar kleinste Abweichungen von der Qualität, die frühzeitig angezeigt werden, können hier einen entscheidenden Beitrag leisten. Zusätzliches Verbesserungspotenzial im Prozessablauf zu erkennen, resultiert nicht nur in einer kürzeren Taktzeit, sondern ebenso in der Optimierung der Energiebilanz jedes einzelnen Autos.

Die sicherheitsgerichtete Steuerung RFC 4072S bildet den Kern der Automatisierungslösung im Karosseriebau. Ihre wichtigste Funktion besteht darin, dass die Fahrzeuge funktional sicher gefertigt werden. Neben der Anlagenautomatisierung bietet der RFC 4072S eine umfangreiche Diagnose sämtlicher Prozesse sowie der für die Kommunikation relevanten Daten. Die meist für den Produktionsablauf favorisierte Programmiersprache IEC 61131-3 wird – wie bereits erwähnt - durch die Verwendung von Hochsprachen wie C/C++ oder C# ergänzt, die sich besser für komplexe Anwendungen im Echtzeitkontext eignen.

Automatische Generierung von 98 Prozent der Bedienanzeigen

Im Ingolstädter Projekt ist der seit 2004 auf der Vorgängerplattform PC Worx entwickelte Bausteinstandard auf die neue Steuerungstechnologie PLCnext Technology konvertiert worden. Aufgrund der Neuentwicklungen umfasst die Bibliothek nun mehr als 600 Bausteine, um die vielen für einen Karosseriebau notwendigen Prozesse optimal zu steuern. Die PLCnext Control RFC 4072S PN unterstützt dabei ebenfalls die Maschinensicherheit gemäß IEC 62061 SIL 3 respektive EN ISO 13849-1 PL e. Zur Erhöhung der Konsistenz und Integration der Informationen stellt die neue Automatisierungsplattform eine Webvisualisierung zur Verfügung.

Ein speziell zu diesem Zweck entwickelter Visualisierungsassistent generiert etwa 98 Prozent der Bedienungsanzeigen automatisch. Dazu greift er auf Informationen des Anwenderprogramms zu und erstellt mit Hilfe der über 700 Symbole der neue geschaffenen Systembibliothek die Anlagenvisualisierung. Das gilt auch für die Förderanlagen, in denen lediglich die einsehbaren Bereiche von den Mitarbeitenden bedient werden dürfen. Der Generator erzeugt hier für jeden Anlagenteil eine individuelle Bedienoberfläche. In diesem Zusammenhang ist es gelungen, die Erstellungszeit auf ein Drittel der bisher erforderlichen Dauer zu reduzieren: ein erheblicher Vorteil für Anpassungen und Inbetriebnahmen.

Die für den Anlagenbetrieb benötigten Bedienstationen fügen sich über den eingebauten Switch einer Push-Button-Box mit Nothalt-Taster flexibel in das 1-Gigabit-Anlagennetzwerk ein. Industrie-PCs der Baureihe Basicline in Schutzart IP65 sind als Haupt- und Nebenbedienpulte auf einer Standsäule an den einzelnen Roboterzellen installiert. Über die dort dargestellten Schrittketten und Diagnosen hat das Bedien- und Wartungspersonal direkten Zugriff auf alle wichtigen Informationen, sodass es bei Bedarf schnell auf Ereignisse reagieren kann. Als eine Besonderheit erweisen sich die in der Fördertechnik eingesetzten Bedienpulte. Die eHMI-Linux-Clients wurden nach den Wünschen des Automobilkonzerns entwickelt. Im Vordergrund standen hier die Einhaltung des internationalen Security-Standards IEC 62443 sowie ein einfaches Update- und Patchmanagement. So integriert sich die Wartung der Industrie-PCs optimal in die bewährten Prozesse und Abläufe der Instandhaltung.

IEC62443-basierter Schutz vor unberechtigten Zugriffen 

Die stetig steigende Zahl an Informationsquellen – wie Sensoren und Kameras sowie Technologien zur Sicherstellung der Prozesse und Qualität – führt zu immer größeren Datenmengen und folglich zwangsläufig zu Angriffspunkten, die vor unberechtigten Zugriffen geschützt werden müssen. Derartige Projekte begleitet Audi deshalb stets aus Sicht der Cybersicherheit. Konkret bedeutet dies, dass Audi und Phoenix Contact als TÜV-zertifizierter IEC 62443-3-3 Security Service Provider schon in der Planungsphase des Projekts ein ganzheitliches Sicherheitskonzept erarbeitet haben. Das Konzept setzt die funktionalen Systemanforderungen der IEC 62443-2-4 um. Des Weiteren wurden anhand einer Bedrohungsanalyse Maßnahmen definiert und implementiert, um die Sicherheit des Produktionsbereichs zu erhöhen. Die Optimierung der Fertigung und die damit verbundene Nachhaltigkeit der verwendeten Ressourcen erfordern Daten, die sicher genutzt werden können. Durch eine smarte Elektrifizierung, effektive Vernetzung und offene Automatisierung schafft der Autobauer die Grundlagen für eine nachhaltige, zukunftssichere Produktion sowie die flexible Integration neuer Technologien, beispielsweise Machine Learning.

Die Autoren sind: Jan Diestelkamp, Senior Projektmanager, Vertical Market Management Factory Automation, Phoenix Contact Electronics.
Wilhelm Scholle, Director Digital Factory & Smart Production, Vertical Market Management Factory Automation, Phoenix Contact Electronics.