- Wie sich bei der Karosseriefertigung in der Automobilwirtschaft der Energie- und Ressourceneinsatz um die Hälfte reduzieren lässt, erforscht die Innovationsallianz Green Carbody Technologies.
Der Energie- und Ressourceneinsatz soll um die Hälfte reduziert werden
Wesentliches Forschungsziel der Allianz, an der 60 Firmen beteiligt sind, ist die Entwicklung automatisierter Lösungen für das bedarfsgerechte Aktivieren von Betriebszuständen ganzer Anlagen oder der Anlagenteile. Das erfordert aber eine ausreichend granulare Erfassung der benötigten Energien der Prozess- und Automatisierungsgeräte in der Anlage. Außerdem müssen diese Werte mit den Betriebszuständen in Korrelation gebracht werden.
Die Forschungsinitiative sollte in einer möglichst realen industriellen Umgebung durchgeführt werden. Deshalb haben die Projektpartner eine produzierende Anlage im Karosseriebau bei Volkswagen in Wolfsburg ausgewählt, um die Energieströme durch Messung von elektrischer Leistung, Durchflussmenge, Druck und Temperatur der Prozessgeräte aufzunehmen und zu archivieren.
Damit eine aussagefähige Datenbasis geschaffen werden kann, sind sämtliche Prozess- und Automatisierungsgeräte mit Verbrauchszählern ausgestattet worden. Insgesamt werden über 420 Messpunkte durch zusätzlich installierte Aufnehmer erfasst.
Die Produktionsanlage für die Tür des Golf VI umfasst die Prozessfunktionen Laser- und Punktschweißen, MIG-Löten, Kleben, Stanzen und Falzen. Handlingroboter führen den Prozessstationen die Bauteile zu. Folglich sind in der Anlage alle für die Automobilfertigung typischen Füge-, Montage- und Handlingverfahren vorhanden.
Insbesondere die Laser- und Punktschweißprozesse erweisen sich als hochdynamisch, da beispielsweise die Schweißströme in sehr kurzen Zeitintervallen stark ansteigen. Um selbst bei diesen vergleichsweise kurzen Prozesszuständen ein repräsentatives Abbild der verbrauchten Energien zu erhalten, sollten sämtliche Daten dieser Messpunkte in einem zeitlichen Abstand von je zehn Millisekunden aufgenommen und gespeichert werden. Das stellt besondere Anforderungen an das Messkonzept.
Zur Datenerfassung wurden die Messmittel über Sensor-Schnittstellen an dezentrale Interbus-Stationen (Messboxen) angeschlossen. Sind der Stationsaufbau und die Leitungslänge bekannt, ermöglicht das Interbus-System deterministische Aussagen über die Zykluszeit des Busprotokolls.
Insgesamt wurden 29 Messboxen installiert, die mit den Remote Field Controllern von Phoenix Contact verbunden sind. Die zeitlichen Anforderungen werden erfüllt, indem fünf dieser High-End-Steuerungen parallel als Datenbank-Manager fungieren, die die Messdaten mit einem Zeitstempel versehen und via Ethernet direkt in eine Microsoft-SQL-Datenbank schreiben.
Parallel zur Aufnahme der Messwerte muss der jeweils aktive Betriebszustand der Anlage sowie der Status der Prozessfunktionen ermittelt werden. Darum sind die vorhandenen Anlagensteuerungen mit einem Remote Field Controller gekoppelt. Die besondere Herausforderung bestand darin, dass die Projektpartner nicht in das Steuerungsprogramm der Anlage eingreifen durften.
Aus diesem Grund werden die Prozessinformationen der Anlagensteuerungen lediglich mitgehört, ebenfalls mit einem Zeitstempel versehen und in der SQL-Datenbank archiviert. Um eine Aussage über den Energie- und Ressourcenbedarf bezogen auf die Prozesszustände zu ermöglichen, korrelieren die Projektpartner die Messwerte in der nachfolgenden Analyse unter Nutzung der Zeitstempel mit den Prozesssignalen.
Phoenix Contact GmbH & Co. KG www.phoenixcontact.de
