RFID-Technologie sichert die automatisierte Montage von Kanalsteckdosen

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Ein Hersteller von Elektroinstallationstechnik nutzt ein neues RFID-System, um den Prozess bei der weitgehend automatisierten, variantenreichen Montage von Kanalsteckdosen zu optimieren. Von Jean-Marc Diss

Ein Hersteller von Elektroinstallationstechnik nutzt ein neues RFID-System, um den Prozess bei der weitgehend automatisierten, variantenreichen Montage von Kanalsteckdosen zu optimieren. Von Jean-Marc Diss

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Nach dem Erwerb der Berker GmbH & Co. KG hat die weltweit agierende Hager Group ihr erweitertes Produktspektrum konsolidiert und zum Teil neu aufgelegt. Dies betrifft auch die etablierte Serie der Kanalsteckdosen Hager Tehalit „C-Profil“. Sie wurde neu gestaltet und ihre Fertigung zu Berker nach Wenden-Ottfingen im Sauerland verlagert. Der prognostizierten Stückzahl von jährlich 500.000 Einheiten in rund 80 Varianten sollten auch die Montage und Prüfung angepasst sein. Als technisch und wirtschaftlich beste Lösung wurde dafür ein automatisierter Ablauf mit händischem Einlegen und Fügen der Einzelteile ermittelt.
Mit der Entwicklung und Umsetzung wurde Hager MD, das „Machinery Department“ der Gruppe am Stammsitz in Obernai im Elsass betraut. Die Franzosen haben in enger Abstimmung mit ihren deutschen Kollegen eine modulare Montage- und Prüflinie namens Ecoline realisiert, die bislang umfangreichste für Berker. Flexibel gesteuert werden die diversen Prozessschritte mit Hilfe bewährter Steuerungs- und RFID-Technologie von Siemens.
Modular mit Profibus
Eine Herausforderung des Projektes war es, die Linie in zwei Stufen aufzubauen. Bei Projektbeginn standen zwar alle erforderlichen Prüfschritte (beispielsweise: Funktion der Kindersicherung, elektrischer Test) fest, jedoch noch nicht sämtliche Produktvarianten und -eigenschaften im Detail – und folglich auch nicht alle Anforderungen an die Montage. So wurden die Steckdosen anfangs noch von Hand montiert, während die automatisierten Montagestationen sukzessive entwickelt und in die Linie integriert wurden.
Vereinfacht hat dieses Vorgehen der modulare Maschinenaufbau in Form sogenannter Cubes, die sich via Profibus sehr einfach miteinander verbinden ließen. Das Steuerungsprogramm wurde zunächst auf zwei Steuerungen aufgeteilt und später schließlich auf eine gemeinsame, fehlersichere CPU des Typs Simatic S7-300F übertragen.
Die letztlich realisierte Linie setzt sich zusammen aus separaten Stationen für die Montage und Prüfung von rund 80 Produktvarianten, darunter Zwei- und Dreifach-Steckdosen mit oder ohne Schalter, Filtermodul, Überspannungsschut etc. Je nach Ausführung muss eine Steckdose mehr oder weniger Stationen der Linie durchlaufen.

Koordinierte Prozesse – nur wie?

„Schon früh stand fest, dass die Abfolge der einzelnen Montage- und Prüfschritte mit Hilfe von RFID-Technologie koordiniert und kontrolliert werden sollte, und das so einfach, zuverlässig und kostengünstig wie nur möglich“, erklärt Fabrice Klein, Leiter des Bereichs Elektrotechnik und Automatisierung bei Hager MD. „Wir haben innerhalb der Unternehmensgruppe keinerlei Sonderstatus, sondern stehen im Wettbewerb zu externen Maschinenbauern. Wie diese müssen wir in allen Anlagenteilen Kosten und Nutzen abwägen.“
Fabrice Klein wandte sich an den Siemens-Vertrieb in Straßburg, der mit Unterstützung von RFID-Spezialisten aus dem Stammhaus in Nürnberg verschiedene Aufbauvarianten testete. Am besten erfüllte das neue RFID-System Simatic RF200 mit den Hochfrequenz-Readern RF240R die Anforderungen an einen zuverlässigen Leseprozess. Ein wesentlicher Vorteil dieses Systems, das zur Einsteigerklasse in die RFID-Technik zählt, ist der deutlich größere Leseabstand von bis zu 65 Millimetern im Vergleich zu vier Millimetern bei der bisher genutzten Variante. Mussten beim alten System in bestimmten Fällen zwei bis drei Datenspeicher seitlich an den Werkstückträgern angebracht werden, um sicheres Lesen in jeder Rotationslage zu gewährleisten, sind die Toleranzen beim neuen System weit größer: Es lässt deutlich mehr Einbauspielraum.
Versuche haben gezeigt, dass mit dem neuen System sogar durch ein vollflächiges Transportband hindurch gelesen werden kann. Bis zu 25 Werkstückträger können somit gleichzeitig im Umlauf sein. Eindeutig codiert und identifiziert werden sie durch die mobilen Datenspeicher MDS D160. Die robusten Datenspeicher (Tags) sind wartungsfrei und dabei deutlich kostengünstiger als die bislang eingesetzten Varianten. „Abgesehen davon ist eine elektronische Codierung generell entschieden einfacher, flexibler, dabei zuverlässiger als eine rein mechanische – und auch prozesssicherer“, kommentiert Klein.

Leser sitzen unterm Transportband

Die mobilen Datenspeicher wurden mit dazugehörigen Abstandshaltern mittig von unten in die Werkstückträger eingelassen. So sind sie geschützt und können unabhängig von der Lage zuverlässig ausgelesen werden.
Dazu sind entlang der Linie zehn Reader des Typs Simatic RF240R mit integrierter Antenne installiert. Diese sind mit Abmessungen von 50 mal 50 mal 30 Millimetern sehr kompakt, die Schutzart IP67 ermöglicht einen einfachen, direkten Einbau in Transportstrecken und Montagelinien. Die „Read-only“-Geräte erfüllen die Spezifikationen des offenen Standards ISO 15693 und arbeiten bei einer Frequenz von 13,56 MHz mit allen der Norm entsprechenden Tags.
Vor jeder Montage- und Prüfstation wird (im Stillstand) die Werkstückträgernummer ausgelesen, aus einem Datenbaustein in der SPS der jeweils nächste Prozessschritt abgefragt und nach erfolgreicher Ausführung als vollzogen quittiert. Auf diese Weise ist die Steuerung immer auf der Höhe des Prozesses und erkennt auch nach einer händischen Entnahme und dem Wiedereinlegen eines Werkstückträgers den aktuellen Bearbeitungsstatus.
An einer falschen Stelle wieder eingelegte Werkstückträger werden einfach bis zur nächsten noch nicht absolvierten Station durchgeschleust.
Bindeglied zur Steuerungsebene sind Anschaltmodule Moby ASM 456, die jeweils zwei Reader via Profibus mit der Liniensteuerung verbinden. Wie die Reader der leistungsstärkeren Systeme lassen sich auch Simatic RF200-Reader über vorgefertigte Funktionsbausteine einfach in die Steuerungssoftware integrieren und komfortabel zentral diagnostizieren.
Die für diese Anwendung gewählte fehlersichere CPU Simatic S7-317F-2 DP verarbeitet integriert sowohl ablaufrelevante als auch sicherheitsgerichtete Signale (Schutztüren, Not-Halt-Taster, Druckluftüberwachung usw.), letztere über das Profisafe-Profil und Profibus. Die Steuerung kommuniziert via Ethernet und OPC (OLE for Process Control) mit dem überlagerten SAP-System und liefert laufend Daten für das Monitoring und Reporting, beispielsweise von aktuellen Stückzahlen oder Daten zur Ermittlung von Leistungsindizes (Key Performance Indicators, KPI). Über Ethernet ist auch ein Laserbeschriftungssystem am Verpackungsplatz angebunden. Zur Visualisierung von Status- und Fehlermeldungen sind an wichtigen Punkten grafikfähige Panels installiert.

Produktiver als geplant

Uwe Richter, Leiter Steuerungstechnik bei Berker, kommentiert: „Die Produktionslinie läuft seit gut einem Jahr zuverlässig und störungsfrei, ergo zu unserer vollen Zufriedenheit. Dabei konnten wir die ursprünglich spezifizierte Taktrate von fünf Steckdosen pro Minute auf fast sieben erhöhen. Und wir könnten die Linie jederzeit um weitere automatisierte Stationen erweitern.“ Das für die Sauerländer neue RFID-System erfüllt seine Aufgaben zuverlässig und ohne Ausfälle – und gehört damit nun zur ersten Wahl für ein umfangreiches Folgeprojekt des Elektroinstallationsherstellers.jbi |

Jean-Marc Diss ist Coporate Account Manager in der Division Digital Factory bei Siemens in Straßbourg, Frankreich.

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