Artikel für Fachzeitschriften

Visualisierung der Anlagenkomponenten in der keramischen Industrie

Die Bernd Münstermann GmbH & Co. KG hat sich auf die Entwicklung von Systemen und Komponenten spezialisiert, wie sie für das Material-Handling in Anwendungen der keramischen Industrie benötigt werden. Wurde früher das Augenmerk auf die Entwicklung der direkt für die Produktqualität der produzierten Waren zuständigen Anlagen wie Pressen und Brennöfen gelegt, kommt heute der Automatisierung und Steuerung der Komplettanlagen eine immer größere Bedeutung zu. Der nachfolgende Anwendungsbericht zeigt, wie man die Prozess- und Produktionsoptimierung in einem Werk für grobkeramische Produkte über die Vernetzung und Visualisierung der verschiedenen Anlagenkomponenten erreichen kann. Dabei ist es durchaus sinnvoll, die Entwicklung der Visualisierung der Gesamtanlage an den Produzenten der Material-Handling-Komponenten zu übertragen.

Vollständiger Artikel zum Herunterladen

Visualisierung der Anlagenkomponenten in der keramischen Industrie 292.13 Kb

Beschreibung der Anwendung

Bei dem Projekt handelt es sich um eine komplette Transportanlage für Tunnelofenwagen (TOW) für einen großen spanischen Hersteller für grobkeramische Produkte. In dem neuen Werk werden zum Beispiel Fliesen und Steinzeugplatten hergestellt.

Das Auftragsvolumen beinhaltete neben den Komponenten für die Transportanlage außerdem die komplette Elektrosteuerung der Anlage inklusive der elektrischen und mechanischen Montage. In der nebenstehenden Tabelle 1 finden sich einige Eckdaten für den Tunnelofen, welche verdeutlichen, wie das Handlingsystem ausgelegt werden muss. Man sieht, dass sowohl die Kapazität als auch die Laufzeiten der Anlage einen hohen Grad an Automatisierung notwendig machten.

Neben den dem eigentlichen Handling-System für den TOW-Umlauf wurde aus diesem Grund ein Leitsystem mit Visualisierung aller Abläufe und Komponenten der Komplettanlage entworfen und installiert. Da der höchste Grad an Automatisierung in dem Handling-System erforderlich ist, wurde das Leitsystem von Münstermann entworfen und die Steuerungen der restlichen Anlagenteile wie dem Trockner, der Setzanlage oder dem Ofen selbst wurden in das Leitsystem integriert.

Realisierung des Handling-Systems

Abbildung 1: Schiebebühne mit installiertem Schaltschrank am Ofeneinlass bei der Übergabe eines Ofenwagens

Das Handling-System besteht aus drei Elektrofahrbühnen bzw. Schiebebühnen mit integrierten Aufhol- und Abschubvorrichtungen. Eine Schiebebühne wird an der Tunnelofeneinfahrt zur Beladung des Ofens eingesetzt (Abbildung 1). An der Tunnelofenausfahrt kommt eine in etwa baugleiche Bühne zum Einsatz (Abbildung 2), eine weitere im mittleren Bereich der Anlage. Diese Mittelbühne verteilt Ofenwagen von und zu den Speichergleisen. Neben den Bühnen beinhaltet das Transportsystem die notwendigen Seil- und Kettenförderer, Schubvorrichtungen, Reibräder und weitere notwendige Komponenten.

Der eigentliche Ofenschub findet kontinuierlich statt. Der gesamte Wagenstrang im Ofen wird über zwei Hydraulikzylinder verschoben. Diese zwei Hauptvorschubzylinder sind notwendig, um einen kontinuierlichen Vorschub zu gewährleisten. Über ein Wegmesssystem, im Abgleich mit der Zeit, wird die Vorschubgeschwindigkeit in kurzen Intervallen abgeglichen und neu eingeregelt. Kurz bevor die Wagenlänge des in den Ofen eingeschobenen Wagens komplett durchgeschoben ist, wird über ein elektrisches Signal ein Wagen angefordert. Die Elektrofahrbühne an der Tunnelofeneinfahrt schiebt den jeweiligen Wagen in den Tunnelofen auf einen Reibradantrieb, der mit einem Stillstandsmotor ausgerüstet ist. Dieser Antrieb transportiert den einzelnen Wagen auf den geschobenen Wagenstrang, der über den ersten Hydraulikzylinder vorgetrieben wird. Ein Reibrad hält den einzelnen Wagen bündig am Wagenstrang. Der zweite Hydraulikzylinder fährt vor und übernimmt mit dem neuen Wagen den gesamten Wagenstrang mit der gleichen Vorschubgeschwindigkeit und entlastet den ersten Hydraulikzylinder. Dieser fährt jetzt zurück in Grundstellung um den nächsten, durch den Reibradantrieb bereitgestellten, Wagen zu übernehmen und den Wagenstrang im Tunnelofen ohne Stillstand vorzuschieben.

Abbildung 2: Schiebebühne am Ofenauslass, im Vordergrund kann man sehr gut die Schubeinrichtungen auf der Bühne erkennen

Mit einer speziellen Drehscheibe (siehe Abbildung 3) werden die Wagen, welche aus dem Ofen kommen, um 180° gedreht, so dass die Produkte für die automatische oder manuelle Entladung besser positioniert sind. Diese Drehscheibe ist ebenerdig ausgelegt und die offenen Gruben sind mit Blechen abgedeckt. Damit ist die Scheibe begehbar.

Sicherheitszäune mit Türen, Sicherheitsschalter und Muting-Lichtschranken bilden das Sicherheitssystem der Handling-Anlage. Bei Muting-Lichtschranken werden zwei Lichtschranken über Kreuz angeordnet. Damit wird sichergestellt, dass Personen, welche sich im abgetasteten Bereich befinden, erkannt, die Ofenwagen aber als solche identifiziert und durchgelassen werden.

Einbindung der Komponenten in die Leitebene

Abbildung 3: Drehscheibe für das Drehen der Ofenwagen vor der Entladung: Man erkennt sehr gut die eingesetzten Reibräder

Die anderen am Gesamtprozess beteiligten Lieferanten liefern, jeder für sich, eine sogenannte Package-Unit. Das bedeutet, dass jeder Lieferant eine eigenständige Steuerung inklusive einer maschinennahen Visualisierung für seinen Leistungsumfang vorsieht. Diese, durch den Prozess verzahnten Gewerke, sind durch den Produktfluss immer an den Schnittstellen miteinander gekoppelt. Damit ist sichergestellt, dass jeder Anlagenteil (z.B. die Setzanlage) autark arbeiten kann, keine ungewünschten Abhängigkeiten von einem übergeordneten Rechnersystem entstehen und für jede Teilanlage vom jeweiligen Hersteller eine optimierte Steuerung bereitgestellt wird.

In der Konsequenz bedeutet das, dass die einzelnen Maschinenanlagen ohne Visualisierungs-PC oder im Falle eines Ausfalls auch ohne diesen PC weiterbetrieben werden können. Die eigentliche Produktverfolgung wird von den SPS-Steuerungen der einzelnen Lieferanten übernommen. Zusätzlich sind in den Datenpaketen der Produktverfolgung Maschinensteuerdaten hinterlegt, mit denen sich die Maschinen selbstständig auf das Produkt einstellen (soweit dies mechanisch möglich ist). Über klar definierte Schnittstellen kann dann im Rahmen der Visualisierungen auf die Einzelsteuerungen zugegriffen und die jeweiligen Übersichten können erzeugt werden.

Der Ablauf und somit die Übergabe- und Schnittstellen gestalten sich wie folgt. An den Pressen wird durch den Operator manuell ein Produkt angewählt. Diese gepresste Ware wird durch einen nachfolgenden Abschneider konfektioniert und auf Paletten gestapelt. Die mit grüner Ware gestapelten Paletten werden dann mittels eines Trocknerwagens dem Trockner übergeben. Nach Beendigung des Trockenprozesses erfolgt die Übergabe an den Ofen.

Dabei werden die Paletten dem Trocknerumlauf mit Hilfe einer Hängebahn entnommen. Danach wird das Produkt von den Paletten durch eine Setzanlage abgestapelt und auf dem Ofenwagen positioniert. Mit Hilfe des TOW-Umlaufs werden die Wagen zum Ofen und nach Passieren des Ofens der Entladestation übergeben.

Für das Prozessmanagement wurde ein System geschaffen, welches eine Übersicht der Gesamtanlage und eine lückenlose TOW-Verfolgung des Materialflusses ermöglicht. Die dazu notwendige Basis stellt die von Münstermann entwickelte Anlagenvisualisierung dar. Die Projektierung wurde auf Basis von WIN CC durchgeführt.

Visualisierung und Steuerungskonzept

Abbildung 4: Beispiel für eine Gesamtansicht der Anlagenvisualisierung, hier die Ansicht des Ofenwagenumlaufs

Die Analagenvisualisierung setzt auf die SPS-Steuerungstechnik der Anlage auf. Die Visualisierung erstreckt sich wie schon beschrieben vom Materialeingang im Trockner bis hin zur Materialabgabe an die Verpackung. Die Materialaufbereitung und Formgebung, die Pressen und die Verpackung sind nicht Bestandteil der Visualisierung.

Teil der Visualisierung ist das Erstellen der Gesamtübersichten vom Trocknereingang bis hin zur Materialentnahme am TOW-Umlauf (siehe Abbildung 4). Im Einzelnen werden dabei folgende Übersichten dargestellt:

• Gleisanlage Trocknerwagen
• Trocknerübersicht
• Materialhandling
• Be- und Entladestation
• Gleisanlage TOW-Umlauf
• Brennofen
• Allgemeine Bilder

Neben der Erstellung der Gesamtübersichten, kann über das System auf eine Vielzahl von Einzelübersichten zurückgegriffen werden. Tabelle 2 gibt eine Übersicht der realisierten Kontrollbildschirme.

Abbildung 4 zeigt als Beispiel die Übersicht eines TOW-Umlaufs. Man erkennt sehr gut die Visualisierung der Schiebebühnen. Der Status und Standort jedes Ofenwagens ist jederzeit an seiner Farbe und der individuellen Nummer in der Übersicht zu erkennen. Daneben werden auf dieser Übersicht noch die Einstellungen für die Schubanlagen dargestellt (z.B. Ist und Soll der Vorschubgeschwindigkeiten am Ofenein- und Ausfahrt).

Neben der Visualisierung können natürlich auch Statusabfragen der verwendeten Sensoren und Sollwerteinstellungen vorgenommen werden. Alle Werte können jederzeit in einem SQL-Datenbankformat zur Archivierung und Weiterverarbeitung (z.B. Ausdruck von Übersichten und Reports) an einen PC weitergegeben werden.

Moderne Konzepte

Moderne und durchdachte Automatisierungskonzepte für Werke für grobkeramische Produkte wie Ziegelwerke oder Produktionsanlagen für Fliesen bieten eine Reihe von Vorteilen. Zum einen können über einen hohen Automatisierungsgrad höhere Kapazitäten und geringere Betriebskosten erreicht werden. Zum anderen ist für den Hersteller jederzeit rückverfolgbar, wo sich welcher Ofenwagen, und damit das Produkt, wann unter welchen Umgebungsbedingungen wie lange befunden hat. Auch können über eine effektive Visualisierung auftretende Probleme während der Produktion schneller erkannt werden. Damit ergeben sich schnellere Eingriffsmöglichkeiten in den Produktionsablauf und damit auch eine höhere Produktqualität.

Bei dem vorgestellten Projekt ist eine Reihe von Lieferanten für die verschiedenen Anlagenkomponenten beteiligt. Über eine klare Schnittstellendefinition können Probleme bei der Einbindung in die Leitebene vermieden werden. Da für jede Komponente (z.B. Pressen) eine eigene Steuerung existiert, kann diese auch auf die jeweilige Anwendung hin optimiert werden.

Münstermann als Lieferant für die Ofenumfahrt hat dabei die Aufgabe übernommen, die Leitebene zu entwickeln. Das bietet sich an, da der größte Teil einer übergreifenden Automatisierung beim Materialhandling entsteht. Beim Transport der Ofenwagen findet man die meisten Schnittstellen zu anderen Anlagenkomponenten und damit macht die Entwicklung der Leitebene bei diesem Hersteller Sinn.

Ansprechpartner im Marketing

Bernd Münstermann GmbH & Co. KG

Roland Fischer

Telefon: +49 (0) 25 04 - 98 00 - 750
Telefax: +49 (0) 25 04 - 98 00 - 90

Weitere Kontaktmöglichkeiten

Die Bernd Münstermann GmbH & Co. KG ist einer der führenden deutschen Hersteller auf dem Gebiet der industriellen Trocknungs- und Wärmebehandlungsanlagen, anspruchsvoller Fördertechnik und hochwertiger Entstaubungs-, Absaug- und Filteranlagen mit über 220 Mitarbeitern in Telgte, davon über 100 in der Produktion. Bei den angebotenen Produkten und Dienstleistungen handelt es sich dabei oft um kundenspezifische Einzellösungen, die speziell auf die jeweiligen Kunden- und Anwendungsbedingungen angepasst werden.