Integrierte Prozeßsteuerung

Für den besseren Datenaustausch

Maschinensteuerungen, Prozeßüberwachungsgeräte, MDE/BDE- oder SPC-Systeme, die im Umfeld der Stanzautomaten installiert sind, basierten bisher auf unterschiedlichsten Gerätekonzepten, mit spezieller Hard- und Software, verschiedenartigen Bedien- und Anzeigeelementen, die vom jeweiligen Hersteller auf die aufgabenspezifischen Anforderungen zugeschnitten waren. Jedes System muß vom Maschinenbediener einzeln erlernt werden, ein Datenaustausch zwischen diesen Geräten ist nur schwer möglich, so daß bisher problemspezifische Insellösungen im Maschinenumfeld installiert werden, welche einen zentralen Überblick der Betriebszustände verhindern.

06. Januar 2003

Durch die rasante Leistungssteigerung der PC-Technologie sowie die steigende Akzeptanz des Betriebssystems Windows (2000, NT, CE) auch für Industrieanwendungen wird es inzwischen möglich, daß verschiedenartige Geräte zunehmend auf PC-Technologie basieren. Durch die Multitaskfähigkeit des Betriebssystems Windows können mehrere Programme „gleichzeitig“ auf einem PC ablaufen, wodurch sich eine Zusammenführung der an der Maschine benötigten Geräte anbietet. Nutzen unterschiedliche Geräte wie Maschinensteuerung, Prozeßüberwachung, BDE oder SPC-System den PC als gemeinsame Bedienoberfläche, entstehen vielfältige Synergieeffekte für einen leistungsfähigen Maschinenleitstand. Eine vereinfachte, effiziente Bedienung mit höherem Bedienkomfort, ein problemloser Datenaustausch, geringere Schulungs- und Einarbeitungszeiten sowie geringere Systemkosten mit höherer Zuverlässigkeit bei gleichzeitig verringertem Platzbedarf werden erreicht.

Das vielfältige Hard- und Softwareangebot im PC-Bereich bietet außerdem standardmäßig verfügbare Schnittstellen zu verschiedenen Bussystemen (Profibus, Interbus, CAN) oder Netzwerken (zum Beispiel Ethernet). Damit wird es auf einfache Weise möglich, den zentralen Bedien-PC mit über- oder untergeordneten Systemen (PPS oder CAD) zu verbinden. Ein derartiges Konzept bildet eine leistungsfähige Grundlage zum optimalen Einbinden des Stanzautomaten in moderne Produktionsprozesse.

Brückenschlag von der Bürokommunikation zur FertigungDie Grundlage für die dargestellten Vorteile hat die Bruderer, Frasnacht, mit ihrer PC basierten B-Steuerung geschaffen, welche auf den Hochleistungs-Stanzautomaten der Serie BSTA als zentrale Bedieneinheit eingesetzt werden. In das leistungsfähige System wurde in Zusammenarbeit mit Brankamp das Prozeß-Monitoring-System „PK-6000i“ mit seinem MDE/BDE-Modul integriert.

Als Eingabekonzept, das die sogenannte Mensch-Maschine-Schnittstelle bildet, bieten sich Tastensteuerungen über Folientastaturen oder Touch Screen Steuerung an. Beide Eingabekonzepte sind in die industrielle Praxis eingeführt und können PC-seitig durch Standardlösungen unterstützt werden. Der Nutzen aus dieser Schnittstelle wird schnell ersichtlich: Der Stanzautomat wie auch alle sich in der selben Produktionszelle befindlichen Zusatz- und Peripheriegeräte können an einem zentralen Standort visualisiert und gesteuert werden.

Als Ausgabeelement haben sich in der industriellen Praxis Farb-LC-Displays durchgesetzt, über welche die notwendigen Informationen für den Maschinenbediener dargestellt werden. Zum Anschluß peripherer Geräte sind vielfältige Schnittstellen vorhanden, über die Daten zwischen PC und peripheren Geräten ausgetauscht werden können. Permanentspeicher können entweder zentral auf dem Bedien-PC genutzt oder verteilt auf angeschlossenen Geräten gehalten werden.

Während die hardwaremäßige Verknüpfung der einzelnen Gerätekomponenten dem Maschinenbediener weitgehend verborgen bleibt, kommt der Gestaltung der Bedienoberfläche wesentliche Bedeutung zu. Hierbei gilt es unterschiedliche Geräte, die bisher völlig unabhängig voneinander entwickelt wurden, in eine gemeinsame, durchgängige und einfach zu bedienende Oberfläche zu integrieren. Das heißt die einzelnen, bisher unabhängigen Programme sollten optisch so aneinander angepaßt werden, daß sie für den Bediener zu einer einheitlichen Oberfläche verschmelzen.

Mehrere Geräte auf einer Bedienoberfläche

In die Teilprogramme müssen Mechanismen zum Wechsel zwischen den unterschiedlichen Anwendungen eingebaut werden. Diese wird in der B-Steuerung und der „PK 6000i“-Software durch zusätzliche Hard- oder Softkeys realisiert. In der Regel ist es erforderlich, Daten und Meldungen zwischen den einzelnen Programmen auszutauschen, damit eine Kommunikation zwischen den Anwendungen möglich wird. Notwendige Bedienereingaben sollen nicht doppelt auszuführen sein (zum Beispiel Werkzeugnummer, Stückzahlen), gleichartige Anzeigen (Hubzahl, Kurbelwinkel et cetera) dürfen nur einmal auftreten. Der Aufruf eines Werkzeugwechsels mit der zugehörigen Eingabe einer Werkzeugnummer darf nur einmalig auf der Bedienoberfläche erfolgen und muß dann automatisch an sämtliche Programme weitergeleitet werden.

Gemeinsamer Maskenaufbau

Der optischen Gestaltung der Bedienoberfläche, der geometrischen Anordnung von Anzeige- und Bedienelementen und dem Aufbau der Menüstruktur kommt eine wesentliche Bedeutung zu. Sie entscheidet über den notwendigen Schulungsaufwand für die Bedienoberfläche und damit direkt über die Akzeptanz und Effizienz beim Maschinenbediener. Gleichartige Funktionen, die in mehreren Programmen verwendet werden, wie Hilfefunktionen, Rücksprünge, Protokollaufrufe sollten identische Namen aufweisen, gleichartige Bedienelemente haben und über identisch angeordnete Tasten aufzurufen sein. Eine weitere Randbedingung ist die gleichzeitige beziehungsweise gemeinsame Darstellung von Informationen aus mehreren simultan laufenden Programmen. Da in der Regel ein Programm den Hauptbildschirm benutzt, müssen Meldungen anderer aktiver Programme in einer zusätzlichen Meldezeile visualisiert werden.

Der grundsätzliche Maskenaufbau, der für die B - Steuerung entwickelt wurde, teilt sich wie folgt auf: Das Display wird in drei Bereiche aufgeteilt: Im oberen Bildbereich werden Basisinformationen wie Betriebsart, angewählte Programmmaske, aktuelle Werkzeugnummer sowie Datum und Uhrzeit dargestellt. Im darunter liegenden Infobereich werden in zwei Zeilen Störungsmeldungen sowie Informationen über den gewählten Maschinenzustand (zum Beispiel Dauerhub - Maschine eingekuppelt) sowie grundlegende Betriebsdaten der Maschine (Hubzahl und Kurbelwinkel) angezeigt. Dieser Bildschirmbereich ist für sämtliche Teilprogramme gleichbleibend. Darunter befindet sich der Hauptbildschirmbereich, in dem das jeweilige Programm seine vom Bediener ausgewählten Informationen darstellt. Abgeschlossen wird jede Maske im unteren Bildschirmbereich durch eine programmierbare Funktionstastenleiste, die Bedienereingaben zur Programmsteuerung und -verzweigung ermöglicht.

Leistungsdaten der „PK 6000i/Bruderer“

In dieses Maskenkonzept wurde nun die Brankamp-Software „PK 6000i/Bruderer“ integriert, so daß eine gemeinsame Bedieneroberfläche entsteht. Zielsetzung war es, die beiden unabhängigen Programme derart zu verschmelzen, daß für den Maschinenbediener der Eindruck entsteht, er befinde sich in einem einzigen, durchgängigen Pressenbedienprogramm mit deutlich erweitertem Leistungsumfang.

Die Zielsetzung moderner und leistungsfähiger Monitoring-Systeme im Bereich der Blechverarbeitung ist eine sichere Erkennung von Maschinen- und Werkzeugüberlastungen, leistungsfähige Einrichthilfe für den Bediener, Lupe in den Prozeß, zur Optimierung von Werkzeug- und Maschineneinstellung, die schnelle und fundierte Analyse der Maschinenstopps, die Verbesserung der Produktqualität, eine Laufzeitverlängerung der kapitalintensiven Maschinen, die Verringerung von Folgeschäden an den Werkzeugen, die Reduktion von Werkzeug- und Ausschußkosten sowie die Reduktion von Stillstandszeiten und Rüstzeiten.

Moderne Monitoring-Systeme sind heute in der Lage multisensorielle Prozeßsignale mit leistungsfähigen Auswerteverfahren zu überwachen. Das heißt, es ist eine kombinierte Auswertung von unterschiedlichen Sensorsignalen wie Preßkraft- oder Druck, Acoustic-Emission (hoch- oder niederfrequenter Körperschall), Weg- beziehungsweise Winkel- und binären Signalen möglich, die einen umfassenden Einblick in den Prozeß erlauben. Flexible Kanalzahlen für die unterschiedlichen Maschinentypen und Stößelbreiten, und eine leistungsfähige Visualisierung des Prozeßverlaufs sind erforderlich.

Quattromatic - Überwachung mit doppelten, dynamischen Hüllkurven

Zur Erkennung typischer Prozeßstörungen beim Stanzen wie etwa hochgezogenen Stanzbutzen oder abgerissenen Lochstempeln verwendet das „PK 6000i/Bruderer“ eine doppelte dynamische Hüllkurve (Quattromatic), die eine sehr hohe Überwachungsgenauigkeit erzielt. Die Hüllkurven werten den kompletten Verlauf der Prozeßsignale, vom Aufsetzen bis zum Abheben der Umformwerkzeuge aus. Die dynamische Hüllkurve paßt sich automatisch an allmähliche, schleichende Prozeßveränderungen wie zum Beispiel der Werkzeugerwärmung an. Zur Erkennung von zufälligen Prozeßstörungen stehen zwei unterschiedliche Hüllkurven zu Verfügung:

Eine schmale innere Hüllkurve, die zur Überwachung der Produktqualität genutzt wird und bei mehrmaligen, geringfügigen Überschreitungen die Presse stoppt und eine breitere äußere Hüllkurve, die bei einmaligen, deutlichen Prozeßstörungen zum Schutz der Werkzeuge vor Folgeschäden einen Sofortstop der Maschine auslöst.

Die Kombination einer statistischen Auswertung für geringfügige Prozeßstörungen (zum Beispiel wandernde Stanzbutzen) und einer sofortigen Reaktion bei deutlichen Prozeßstörungen (wie etwa Stempelbruch) bietet an sämtlichen Stanzautomaten der BSTA-Serie eine deutlich verbesserte Erkennungsfähigkeit. Zusätzlich werden Fehlabschaltungen, die durch Schwankungen der Umformbedingungen verursacht werden, verringert.

Integration des MDE/BDE-Systems

Neben der Erfassung und Auswertung von Prozeßdaten eignet sich die „PK 6000i/Bruderer“-Software gleichzeitig zur Erfassung von Maschinen- oder Betriebsdaten (MDE/BDE) des Stanzautomaten. Da durch die Kopplung zur Maschinensteuerung exakte Informationen über den Betriebszustand der Anlage vorhanden sind, können im Falle von Produktionsunterbrechungen die Ursachen, Häufigkeiten und Stillstandszeiten erfaßt werden. In die Brankamp-Software kann ein gesondertes MDE/BDE-Modul integriert werden, mit dem die Erfassung und Darstellung zum Beispiel eines „Stop & Go“-Diagramms möglich wird. Aus dieser Programm-Maske ist das Laufzeitverhalten der Presse während der letzten 24 Stunden zu ersehen. Werden genauere Informationen über die Stillstandsursachen gewünscht, kann der Bediener ein zusätzliches Geräteprotokoll aufrufen, das die Abschaltursachen zusammen mit Datum und Uhrzeit aufzeichnet. Aussagefähige Informationen über die erreichte Produktivität, die aufgetretenen Stillstandszeiten, Fehlerursachen und -häufigkeiten sind zur Fehleranalyse verfügbar. Neben dem Prozeß-Monitoring können somit weitere Anwendungen in die B-Steuerung integriert werden, so daß für den Anlagenbetreiber ein Leitstand an der Maschine bereitsteht, auf dem vielfältige, umfassende und fundierte Daten zum Fahren seines Stanzautomaten verfügbar sind.

Erschienen in Ausgabe: 10/2002