PC-based Control ersetzt steuerungstechnischen ‚Wildwuchs‘

Nach Informationen der Beckhoff Automation GmbH in Verl www.beckhoff.de

Klein, leicht, leise und schnell: Der eFlow-Vernebler der Pari Pharma GmbH wird seit vielen Jahren für die Therapie von Mukoviszidose-Patienten eingesetzt. Den Aerosolerzeuger dieses ausgeklügelten Inhalationsgerätes stellt das Unternehmen in Gräfelfing her. Insgesamt zwölf Fertigungs- und Prüfanlagen durchläuft der Aerosolerzeuger vom ‚Ausbeulen‘ und Lasern der Membran bis hin zur Verpackung. Seit 2011 setzt Pari Pharma dabei auf moderne, PC-basierte Steuerungen von Beckhoff. „Vor der Umstellung herrschte ein regelrechter Wildwuchs in unserer technischen Infrastruktur“, blickt Ronald Schmidt, Projektleiter von Pari Pharma, zurück. Eine heterogene und äußerst komplexe Mischung aus Steuerungsprogrammen für die S7-SPS und PC-Programmen in C++ und LabView machte die Wartung ohne ausgewiesene Programmierkenntnisse nahezu unmöglich. „Im Störungsfall mussten wir deshalb regelmäßig auf externe Spezialisten zugreifen; zudem war das alte System fehleranfällig, weil die Anlagensteuerung an keine Datenbank angebunden werden konnte.“ Mitarbeiter pflegten deshalb die aus der SPS ermittelten PC-Daten per Hand in die Datenbanken ein, um sie dort anschließend weiterzuverwenden.

Ein eindeutiges, rückführbares Teilemanagement ist jedoch Voraussetzung für einen komplexen Produktionsablauf, bei dem in einer Fertigungszelle zwei voneinander getrennte Bearbeitungsvorgänge ausgeführt werden. So wird nach dem ersten Produktionsschritt das Teil zunächst entnommen, weiterverarbeitet und anschließend der Maschine für einen weiteren Vorgang wieder zugeführt. Hierfür müssen die Teile vor jedem Produktionsschritt gescannt und identifiziert werden. „Deswegen wünschten wir uns schon seit Jahren eine Maschinensteuerung, die direkt mit den Datenbanken kommunizieren kann“, fährt Schmidt fort. Die Wahl fiel auf den TwinCAT Database Server in Verbindung mit der Profibus-Masterklemme EL6731 für das EtherCAT-Klemmensystem von Beckhoff. „Allerdings wollten und konnten wir die alte S7-SPS im laufenden Betrieb nicht sofort ablösen“, berichtet der Projektleiter. „Vielmehr ging es uns um eine Möglichkeit, diese über die Beckhoff-Technologie anzusteuern, ohne proprietäre Hardware einsetzen zu müssen.“

Die Lösung lieferte die in Unterföhring bei München ansässige esqmate GmbH. Sie entwickelte eine MPI-Bibliothek für TwinCAT, die dafür sorgt, dass die Beckhoff-Steuerung über die Profibus-Masterklemme per MPI-Protokoll direkt mit der alten SPS kommunizieren kann – und das ohne den Einsatz von Zusatzhardware wie MPI/Ethernet-Gateways. Dadurch ist erstmalig der direkte Zugriff auf S7-Datenbausteine und Merker über eine EtherCAT-Klemme aus TwinCAT heraus möglich. Änderungen an der bestehenden S7-Steuerung waren somit nicht erforderlich, der Datenaustausch erfolgt in TwinCAT über Funktionsbausteine. „Auf Basis der Profibus-Masterklemme EL6731 konnten wir einen von uns bereits entwickelten Profibus-/MPI-Stack für Mikrocontroller erfolgreich in die TwinCAT-Bibliothek umsetzen“, erläutert esqmate-Geschäftsführer Markus Kräutner.

Ein Beckhoff Embedded-PC CX5020 liest die Daten über die EtherCAT-Klemme aus der S7-Steuerung aus, verknüpft sie mit dem neuen Barcodesystem und schickt sie direkt über den TwinCAT Database Server in eine Oracle-Datenbank beziehungsweise in das SAP-System von Pari Pharma.

Neben dem Lesen und Schreiben von Daten ermöglicht der TwinCAT Database Server auch den Aufruf von sogenannten ‚Gespeicherten Prozeduren‘. In diesen hinterlegt das Unternehmen Abläufe von Befehlen und Anweisungen, welche in der Datenbank abgearbeitet werden. Die Ergebnisse der Prozedur nimmt der Database Server entgegen, wodurch diese wieder in der SPS zur Verfügung stehen. Der SPS-Code wird durch die Möglichkeit, Abläufe in der Datenbank auszuführen, deutlich vereinfacht.

Pari Pharma will deswegen alle Anlagen mit Beckhoff-Steuerungstechnik nachrüsten: „Wir wollen schneller und flexibler werden, indem wir unser Steuerungskonzept vereinheitlichen und vereinfachen“, erläutert Ronald Schmidt diesen Schritt. Durch den Anschluss der Profibus-Masterklemme EL6731 via EtherCAT kann auf PCI-Slots im PC verzichtet werden. Als HMI ist ein Beckhoff Control Panel CP7902 im Einsatz, dessen Bedienoberfläche nach Kundenvorgaben erstellt wurde und die es dem Bediener erlaubt, jeden Prozessschritt genau zu verfolgen. Ausgehend vom gescannten Barcode wird aus der Oracle-Datenbank der aktuelle Produktionsschritt validiert und via EL6731 bei der S7-SPS das nächste erforderliche Programm automatisch gestartet. Die Anmeldung der Mitarbeiter an der Anlage erfolgt einfach und sicher über ein integriertes RFID-Token.

„Weil nun die direkte Kommunikation zwischen der bestehenden S7-SPS, der neuen Beckhoff-Steuerung, den Oracle-Datenbanken und unserem SAP-System möglich ist, können wir endlich die Steuerungs- mit der IT-Welt verbinden“, beschreibt Ronald Schmidt den erzielten Fortschritt.

Jetzt erfolgen Auswertungen bei Pari Pharma nicht länger direkt an der Anlage, sondern zentral im SAP-System. Dieses wird mit Prüfdaten aus den an die Beckhoff-Systeme angeschlossenen Oracle-Datenbanken versorgt und generiert daraus Stücklisten, Arbeitspläne und Freigabereports oder verwaltet den Lagerbestand. So können die Mitarbeiter sich wieder ganz auf ihre Kernkompetenz konzentrieren: die Fertigung. Auch die Qualitätsprüfung ist einfacher und sicherer geworden. Die Mitarbeiter quittieren nicht mehr manuell; abgezeichnet wird automatisch per Barcode. Dank der neuen Steuerungstechnik ist Pari Pharma nun auch in der Lage, parallel statt auftragsgebunden zu produzieren. Ein Umstand, der bei steigenden Stückzahlen mehr als gelegen kommt. „Wir können nun parallel Einzelteile fertigen und müssen nicht mehr geschlossen von Anlage zu Anlage gehen“, erklärt Ronald Schmidt. „Weil jedes Teil mit einer Seriennummer versehen wird, haben wir eine optimale Kontrolle und können immer genau das liefern, was gerade benötigt wird.“

Mithilfe moderner, PC-basierter Steuerungstechnologien hat Pari Pharma damit die Produktion fest im Griff. Die reibungslose Kommunikation zwischen den Maschinensteuerungen und den betriebswirtschaftlichen Systemen sorgt zudem nicht nur für fehlerfreie und schnellere Prozesse in der Produktion, sondern auch für eine Kostenreduktion: „Weil alles im Hause bleibt und wir den Aufwand für Wartung und Programmierung extrem reduzieren konnten, sparen wir Zeit und Kosten – die wir wiederum in neue Maschinen investieren können“, so Ronald Schmidt abschließend. co

Mit der MPI-Bibliothek von esqmate ist erstmals die Anbindung bestehender S7-Lösungen mittels MPI-Schnittstelle an eine Beckhoff-Steuerung ohne Einsatz zusätzlicher Gateways möglich. Damit lassen sich proprietäre SPS-Datenbanklösungen durch Beckhoff-Hardware – in Verbindung mit Standardsoftwareprodukten – ersetzen. Ein weiterer Vorteil liegt in der Sicherheit der Lösung: Die Softwarebibliothek kommuniziert direkt über das EtherCAT-Netz der Maschine und bleibt so vor Virenangriffen oder Bedrohungen aus dem Firmennetz geschützt.