Automatisch gleich mit kalibriert

Nach Information der Beckhoff Automation GmbH in Verl. www.beckhoff.de www.beckhoff.de/automotive

Die elektronische Parkbremse (EPB) ersetzt in Automobilen zunehmend die klassische Handbremse. Sie übernimmt automatisch das Anziehen der Bremse beim Parken, das Lösen beim Anfahren am Berg und das automatische Nachstellen des Seilzuges. 2011 produzierte die zur Küster-Gruppe gehörende Küster Automotive Control Systems GmbH (ACS) über 1,2 Millionen EPBs – auf vier Montagelinien mit datenbankgeführter Prozessüberwachung, einschließlich der elektronischen Kalibrierung der Parkbremsen. Die dabei zum Einsatz kommende PC-basierte Automatisierungstechnik stammt von der Beckhoff Automation GmbH aus Verl, deren Technologie Küster ACS seit 2003 zur Steuerung seiner Fertigungsanlagen einsetzt.

Die Anforderungen an Steuerung und Überwachung der EPB-Produktion sind komplex. Einerseits steht die Fertigung unter hohem Preisdruck, was grundsätzlich effiziente und hochautomatisierte Montageprozesse verlangt; andererseits handelt es sich bei der elektronischen Parkbremse um ein sicherheitsrelevantes Fahrzeugelement, für das der Gesetzgeber strenge Prüf- und Dokumentationspflichten vorschreibt. Was die Sache zusätzlich erschwert, ist der Umstand, dass die EPB eine eigene Elektronik besitzt. Diese kommuniziert später mit dem Fahrzeug und muss deshalb für verschiedene Betriebszustände (etwa hinsichtlich Neigungswinkel oder Bremskraftkurven) kalibriert werden.

Für Küster ACS war es deshalb wichtig, neben der reinen Prozessablaufsteuerung auch die Messtechnik (Kraft-Weg-Messung) in die Steuerung zu integrieren – was für die Beckhoff-Steuerungsplattform sprach. Aus der SPS heraus kann – über die PC-Einsteckkarte FC5101 mit dem fahrzeugspezifischen CAN-Bus-Protokoll (mit 11- beziehungsweise 29-Bit-CAN-Identifier) – direkt mit der Steuerelektronik der EPB kommuniziert werden. Die Beckhoff-Lösung punktete zudem mit Kompaktheit und Flexibilität, der hohen Prozessgeschwindigkeit und einem guten Preis-Leistungs-Verhältnis. Bei der Steuerung der EPB-Produktion und in den Prüfständen ist deshalb zu 98 Prozent Automatisierungstechnik der Verler im Einsatz – angefangen vom Ethernet-Busklemmen-Controller der BX-Geräteserie über den Embedded-PC bis zu den Industrie-PCs der Generation C6650 als End-of-Line-Rechner. Softwareseitig nutzt Küster ACS das TwinCAT-Softwaresystem, von TwinCAT I/O über PLC bis NC Interpolation (NC I), das NC-System für interpolierende Bahnbewegungen. Der gemeinsame Nenner dabei ist, dass alle Steuerungen in einem Netzwerkverbund arbeiten, im Zusammenspiel mit der Datenbank des Manufacturing Execution Systems (MES).

Zu jedem Zeitpunkt der Fertigung der EPBs – von der Materialanlieferung über die verschiedenen Fertigungsschritte bis zur Kalibrierung, zum Funktionstest und dem Versand – kommunizieren die Steuerungs- und Prüfeinheiten des Bandes mit der zentralen Datenbank über den Beckhoff-Industrie-PC C6140. Dieser hat die Funktion eines Koppelsystems, indem er die Daten von allen Anlagenteilen sammelt und gebündelt an den Server übergibt. Die Kommunikation zwischen dem Koppelsystem und den Montagestationen erfolgt über TwinCAT ADS. Über den C6140 erfolgen außerdem Fernwartung und Diagnose.

Die Datenbank erteilt Freigaben für sämtliche Steuerkommandos und dokumentiert minutiös den gesamten Produktions- und Kalibrierprozess sowie die anschließende Funktionsprüfung. Es findet eine 100prozentige Prüfung jeder einzelnen EPB statt. Das unterscheidet die Montagelinien bei Küster ACS von einer ‚normalen‘ Produktion, bei der Teile gemäß eines Fertigungsplanes ‚nur‘ zusammengebaut und ausgeliefert werden. Bei Küster ACS wird jede fertige elektronische Parkbremse vermessen und mit Korrekturwerten versehen. Der Datenaustausch erfolgt dabei mit hoher Geschwindigkeit: Je nach Umfang betragen die Reaktionszeiten bei Datenbankabfragen der Steuerungsmodule durchschnittlich rund 100 ms pro Anfrage. Keine einfache Aufgabe, denn allein für die 1,2 Millionen elektronischen Parkbremsen im Jahr 2011 wurden Tabellendaten mit einem Umfang von knapp 130 GB erzeugt.

Die Steuerungsarchitektur bei Küster ACS (siehe Grafik) wird bestimmt durch die Auflage, jeden Schritt der EPB-Produktion zu genehmigen, zu prüfen und zu dokumentieren. Sie besteht aus dem Anlagenrechner, einem Schaltschrank-Industrie-PC C6650 mit der Automatisierungssoftware TwinCAT PLC, der die Produktion steuert. Das MES kontrolliert und dokumentiert alles.

Voraussetzung für ein reibungsloses Zusammenwirken ist eine intensive Kommunikation zwischen der Beckhoff-Steuerung und dem MES. Eine entsprechende Programmierschnittstelle wurde kurzfristig von der iTAC Software AG (dem Lieferanten der Oracle-Datenbank) zusammen mit dem Küster-Betriebsmittelbau und Beckhoff realisiert.

Rund 100 Steuerungen sind an die Datenbank angeschlossen – diese muss also große Datenmengen verkraften, denn für jede elektronische Parkbremse werden rund 250 Messwerte und Prüfinformationen ablegt, etwa 150 davon bei der finalen End-of-Line-Abnahme. Die Dokumentation ist die Garantie, dass nur zugelassene Teile verbaut wurden und dass das Produkt höchsten Qualitäts- und Sicherheitsstandards entspricht. Für jede produzierte EPB lässt sich bauteilgenau nachweisen und zurückverfolgen, aus welcher Charge eine Schraube, eine Dichtung oder ein Gehäuse stammen. Das ist beispielsweise bei Reklamationen hilfreich, wenn ein Zulieferer Qualitätsmängel einräumen muss oder Transportschäden aufgetreten sind. Stets lässt sich dann genau zurückverfolgen, welche Chargen betroffen sind.

Wie bei den EPBs selbst bewegt sich Küster ACS auch bezüglich der Automatisierung und der Steuerung der Produktionsprozesse technologisch immer an der Spitze. So wurde beispielsweise kürzlich die Fernwartung der EPB-Produktion in China realisiert. In der 2010 nach Shanghai ausgelieferten End-of-Line-Montagelinie zur modularen Fertigung von EPBs wurde erstmals TwinCAT NC I eingesetzt. Denn das Gehäuse der EPBs muss absolut wasserdicht sein. Beim Abdichten wird dazu ein XY-Tisch mit TwinCAT-NC-I-Steuerung genutzt. Nur so lassen sich konstante Bahngeschwindigkeit und kontinuierlicher Auftrag der Dichtmasse sicherstellen. Der Einsatz der Beckhoff-Technologie, der 2003 als Test auf dem Prüfstand der ersten EPB-Produktion begann, hat so immer weitere Kreise gezogen. Heute sind Beckhoff-Steuerungen mit steigender Tendenz im gesamten Küster-Konzern vertreten, und seinen Lieferanten gibt das Unternehmen mittlerweile Beckhoff-Technologie vor. co