Verpackungstechnik Industrie-PC: Zentrale Daten, weniger Fehler

Autor / Redakteur: Stefan Ziegler* / Robert Weber

Hohe Stückzahlen und zahlreiche Verpackungsvarianten fehlerfrei und flexibel verpacken, dafür nutzt Varta Microbattery eine zentrale Datenhaltung, durchgängig von der Maschine bis zum ERP, dank offener, PC-basierter Steuerungstechnik von Beckhoff.

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Die zentrale Datenhaltung ermöglicht detaillierte Effizienzanalysen, z. B. über einen 24-Stunden-Verlauf der Produktions- und Stillstandzeiten.
Die zentrale Datenhaltung ermöglicht detaillierte Effizienzanalysen, z. B. über einen 24-Stunden-Verlauf der Produktions- und Stillstandzeiten.
(Beckhoff)

Varta Microbattery, Spezialist zum Herstellen von Mikrobatterien, d. h. von Batterien mit einer Höhe kleiner als AA (Mignon) und einem Durchmesser unter Baugröße C (Baby). Die Verpackungstechnik dieser Mikrobatterien ist einerseits geprägt von der Vielzahl an unterschiedlichen Größen bzw. Bauformen und muss andererseits den individuellen Anforderungen der zahlreichen Kunden gerecht werden. Die Kundenwünsche reichen von der individuellen Verpackungsgestaltung auch bei kleinen Losgrößen bis hin zu Blisterkarten von Standardprodukten mit einem jährlich zu aktualisierenden Verfallsdatum. Die größte Herausforderung für eine solch flexible Verpackungstechnik liegt in der Vermeidung von falsch bedruckten Blisterverpackungen, d. h. in der fehlerfreien Zuordnung der Auftragsdaten zum jeweiligen Packagingprozess.

PC-based Control von Beckhoff kommt bei Varta Microbattery bereits seit 2002 zum Einsatz, beispielsweise mit zahlreichen EtherCAT-Klemmen, Servoantrieben AX5203, Schaltschrank-PCs C6640 und insbesondere der Automatisierungssoftware TwinCAT. Dazu erläutert Simon Ziegler, Production-Engineer bei Varta Microbattery: „TwinCAT bietet mit seiner Offenheit so viele Vorteile, dass wir zu Beginn teilweise sogar die traditionelle SPS um eine Beckhoff-Steuerung ergänzt haben, um insbesondere eine effiziente und sichere Datenkommunikation mit den Druckern umsetzen zu können. Mit dem Aufbau des entsprechenden softwaretechnischen Know-hows sind dann auch die Ideen zur weitergehenden Datendurchgängigkeit bis hin zur Visualisierung und ERP-Anbindung entstanden.“

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Zentrales Interface verbindet Steuerungs- und ERP-Daten

Bevor die zentrale Datenhaltung realisiert wurde, stand lediglich eine separate, per CAN-Bus angebundene Datenbank zur Verfügung, um die Drucker mit Informationen zu versorgen. Dies war – so Klaus Schöbel, Lean Production Manager bei Varta Microbattry – damals zwar Stand der Technik, aber hinsichtlich der Datenübertragung sehr aufwändig und nicht mit dem ERP-System zu verbinden: „Anfangs ging es nur darum, die Problematik mit dem von der Verpackungsmaschine und dem ERP-System komplett unabhängigen Drucksystem zu lösen. Allerdings wurden die zugehörigen Auftragsdaten damals vom Bedienpersonal über Folientastaturen – mit entsprechend vielen Fehlern – eingegeben. Die Folge war, dass immer wieder ganze Produktionsreihen aus- bzw. umgepackt werden mussten. Um dies zu verhindern, war eine Verknüpfung zwischen Auftrag und Druckdaten unerlässlich. "Und mit der offenen Beckhoff-Steuerungstechnik war dies nun kein Problem mehr, denn die Daten ließen sich problemlos direkt über Ethernet aus unserem damals noch recht kleinen Software-ERP-Interface aufrufen. Dieses Interface lief auf jeder Maschine als lokale Anwendung im Hintergrund ab, sodass die Daten über eine Klassifizierung im ERP-System fehlerfrei verheiratet mit der jeweiligen Artikelnummer und damit als korrektes Etikett an den Drucker geschickt wurden.“ Inzwischen läuft das ERP-Interface von Varta Microbattery als Multithreading-Anwendung zentral ab, um mehrere Teilnehmer bzw. Clients gleichzeitig zu bedienen. Wird nun ein Auftrag an der Anlage eingescannt, stehen direkt alle notwendigen Informationen an der Verpackungslinie zur Verfügung. Neben der Vermeidung von Fehleingaben führt dies auch zu deutlich effizienteren Verpackungsprozessen, wie Klaus Schöbel erläutert: „Bei mehr oder weniger gleich gebliebenen Losgrößen konnten wir in den vergangenen fünf Jahren unseren Ausstoß nahezu verdreifachen. Dazu gehört eine entsprechend häufige Maschinenumrüstung, im letzten Jahr alleine auf unseren drei Hauptverpackungslinien 2800 Rüstvorgänge. Ohne eine durchgängige Kommunikation von der Steuerungstechnik bis hin zum ERP-System wäre diese Leistungssteigerung nicht möglich gewesen.“

Die Datenkommunikation mit dem ERP-Interface

Aufgrund der vielen spezifischen Anforderungen, z. B. hinsichtlich der aufwändigen Berechnung der Blisterkarten-Codierung mit Mindesthaltbarkeitsdatum, Batch-Code usw., hat Varta Microbattery für das ERP-Interface eine eigene Lösung entwickelt. Diese basiert auf einer doppelten Verschlüsselung in Hexadezimal-Code, sodass sich die zu übertragenden Daten mit nur 16 Zeichen darstellen und im Protokoll auf einfache Weise von den Sonder- bzw. Steuerzeichen trennen lassen.

Diese Abbildung der Daten ist im TwinCAT TCP/IP Server implementiert, d. h. der Datenstring wird einfach von der Steuerung umgewandelt, verarbeitet und als Ergebnis über den TwinCAT TCP/IP Server direkt an das ERP-Interface zurückgeschickt. Grundgedanke ist hierbei laut Klaus Schöbel eine wirklich offene Kommunikation, sodass es keine Rolle spielt, ob die Steuerungsinformationen entweder an die SQL-Datenbank, an einen Drucker oder an das ERP-System übertragen werden.

Interessant – so Simon Ziegler – ist auch der kommende Schritt: „Ein neues System für die Visualisierung und Betriebsdatenerfassung soll ebenfalls dieses Datenübertragungsprotokoll nutzen. Aus Sicht der Steuerung gibt es dann als einzige Schnittstelle nur noch das ERP-Interface, das die Informationen an die entsprechenden Stellen weiterleitet bzw. von dort sammelt und an die Steuerung schickt.

ERP liefert die notwendigen Informationen

Im Interface selbst werden die Codierungen berechnet, basierend auf der in der SQL-Datenbank hinterlegten Codierungsart. Und das ERP-System liefert über die Klassifizierung der jeweiligen Materialnummer alle notwendigen Informationen, wie Stückzahlen, Grafiken, EAN (European Article Number) und sogar das passende Kameraprogramm. Per Auftragsscan vor Ort ist die Anlage somit möglichst weit umgerüstet, von der Steuerungstechnik bis hin zu der für die jeweilige Etikettenfarbe optimalen Beleuchtungseinstellung. Weiterhin können Maschinenzeiten erfasst und Zugriffsberechtigungen zur Anlagensteuerung geregelt werden.“ Klaus Schöbel ergänzt dazu: „TwinCAT überträgt außerdem alle Informationen für eine OEE-Analyse. Hierzu werden die erforderlichen Daten, wie Stör- und Warnmeldungen, zu mehreren Zeitpunkten gesammelt und als Datenpaket an das ERP-Interface geschickt. Das Übertragungsprotokoll kann also problemlos auch längere Datenstreams verarbeiten.“

Die Möglichkeiten, die sich durch die offene Kommunikation mit TwinCAT eröffnet haben, bieten auch zukünftig Entwicklungspotenzial. So soll beispielsweise die Robotertechnik zur Druckerbestückung ebenfalls in das System integriert werden. Mit PC-Control und Scientific Automation sollen die Anlagen zusätzlich hinsichtlich der Energieeffizienz optimiert werden. [klu]

* *Stefan Ziegler, Marketing Communications, Beckhoff Automation

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