Inntil 800 roboter er i sving for å bygge Audi A3.
Inntil 800 roboter er i sving for å bygge Audi A3.

Slik styres produksjonen av Audi A3

Automatisering av samlebåndet for nye A3 gir høy tilgjengelighet og forbedret ytelse.

Tekst: Özkan Öztürk, leder av automotive-divisjonen, Phoenix Contact

Foto: Phoenix Contact

Audi valgte Profinet/Profisafe-systemet fra Phoenix Contact til det nye Audi A3-karosserisamlebåndet i Ingolstadt, Tyskland. Automatiseringsløsningen for produksjonslinjen for tredje generasjon A3 har høye krav til fleksibilitet, ytelse og diagnostikk.

Les: Magnesiumen på Herøya spiller igjen, med langt høyere automatiseringsgrad

800 roboter

Bilkarosseriet bygges i en ny, to-etasjers produksjonsbygning. Samlebåndet bruker opptil 800 roboter. Det er inndelt i 130 enheter - der er kalt celler. Hver celle styres av en Phoenix Contact RFC 470S sikkerhets-PLS. Ethernetbaserte Profinet/Profisafe brukes til å overføre data, slik at fleksible nettverkstopologier kan konfigureres. Data kan overføres via trådløst nettverk (WLAN). Det benyttes for eksempel til fleksibel og rask kontroll av sikkerhetsventiler.

Materialer transporteres mellom cellene med transportbåndsystemer montert i de forskjellige produksjonsenhetene. Disse styres også av samme type sikkerhets-PLS-er som cellene ovenfor. I motsetning til celler i bilkarosserisamlebånd, er transportbåndsystemene fordelt over store arealer og i forskjellige etasjer. Derfor stilles det særlige krav til styringsenhetene og strukturen til Profinet-nettverket.

Les: Robotduo pakker hundepølser uten menneskelig assistanse

Reduserte syklustider

De nevnte styringene byr på høye ytelser. De består av en PLS som programmeres i henhold til IEC 61131 og et sikkerhetsstyringssystem, sertifisert opptil SIL 3. De to maskinvareplattformene er integrert i samme modul. Mens den ene plattformen kjører logikk og Profinet-kommunikasjon, tar den andre seg av Profisafe-telegrammer og sikkerhetsprogrammet. Denne konfigureringen har flere fordeler for brukeren.

PLS- og sikkerhetsprogrammet kjøres parallelt og uavhengig av hverandre i kontrolleren. Dette gjør det umulig for styringsenhetene å påvirke hverandre når det gjelder timing. Det holder syklustidene korte, både for PLS- og sikkerhetsprogrammet. Korte eksekveringstider spiller en viktig rolle i produksjonssyklustidene til de forskjellige cellene.

Dette er fordi den fullstendige produksjonssyklusen til en celle er inndelt i flere arbeidstrinn eller PLS-sykluser. Videre krever styringen av individuelle roboter eller frekvensomformere en kvittering på telegrampakkene, noe som betyr at ytterligere PLS-sykluser også er nødvendig der. Ved å bruke RFC 470S-styringsenheten, var det mulig å redusere PLS-syklustidene hos Audi til gjennomsnittlig tolv millisekunder, som også er verifisert. Syklustidene til de større produksjonscellene kunne reduseres med til sammen ett sekund.

Les: Skarv er BPs tekniske utstillingsvindu

Passord gir sikkerhet

Styringsenhetene er programmert med to integrerte verktøy, PC Worx og SafetyProg. PC Worx brukes til å konfigurere Profinet og PLS-en i henhold til IEC 61131. Sikkerhets-PLS-en som er integrert i maskinen, er programmert med SafetyProg, et sertifisert konfigurasjonsverktøy.

Her må sikkerhetsfunksjoner som nødstopp, dørkontakter, sikkerhetsvern samt sikkerhetsroboter og sikkerhetsdrives tas med i betraktningen. Så snart sikkerhetsprogrammer er validert, blir det passordbeskyttet.

Les: Norfersks kjøttpakkesenter sprer ferskvare på en helt ny måte

Brukergrensesnitt genereres raskere

Et funksjonsblokkbibliotek for PC Worx, utviklet i samarbeid mellom Audi og Phoenix Contact, omfatter alle funksjonene som trengs for å programmere produksjonscellene. Det inkluderer styringslogikk, håndtering av hendelser og kobling av styringsenheter via OPC. Denne standardiseringen gjør det mulig å automatisk generere systemprogrammene.

Funksjonsblokkbiblioteket inkluderer også funksjoner for roboter, ventiler samt drives og transportbånd som representeres som objekter i visualiseringen. En funksjon kan vises med forskjellige visualiseringsobjekter avhengig av sammenhengen.

En robot kan for eksempel vises i skjermbildet for driftsstyringsnivået som et statisk symbol, mens den i bildet for anleggsoversikten kan presenteres som et animert symbol. Dette symbolet spesifiserer posisjonen til roboten og dens status. Funksjonsbiblioteket til PC Worx og visualiseringsobjektene er integrert. Visualiseringen av produksjonscellene kan derfor genereres automatisk.

Her kommer visualiseringsveiviseren VisWiz inn. På denne måten kan det for en gjennomsnittlig produksjonscelle automatisk og feilfritt genereres 50 visualiseringsobjekter med tilsammen 300 objekter på noen få minutter. VisWiz tar også hensyn til navigering mellom skjermer, navngiving av objekter, og OPC-kobling. Dette kutter tiden det tar å opprette brukergrensesnittet (for en produksjonscelle) med 90 prosent.

Les: Norsk Resirks sorteringsanlegg er verdens råeste i sitt slag

Diagnostikkprogramvare

Styringssystemet har omfattende diagnostikkfunksjoner. Det kan oppstå feil på forskjellige nivåer i en produksjonscelle. Det kan for eksempel inkludere problemer forårsaket av de mekaniske systemene. Hvis funksjonsblokkene identifiserer en låst sylinder eller feilplassert verktøy, signaliseres dette umiddelbart til den sentrale prosesstyringsenheten for karosserisamlebåndet, via styringsenheten (RFC 470S). På systemnivået kan det forekomme feil i Profinet-enhetene, i nettverket samt Profisafe-feilmeldinger. Disse registreres hovedsakelig av styringsenheten. RFC 470S gir programmet et diagnostikkgrensesnitt. Dette innebærer at feil på systemnivået også overføres til den sentrale prosesstyringsenheten.

Konfigurasjonsverktøyet PC Worx inkluderer Diag+, et verktøy for lokal diagnostikk som brukes til å presentere Profinet-alarmer, feil og sikkerhetsdiagnostikk. I tillegg kan en feilmelding visualiseres i sammenheng med den automatisk genererte nettverkstopologivisningen, tidligere importert inn i PC Worx.

Les: Valemon-plattformen blir ubemannet konge

Overvåking av fiberoptikk

Profinet-moduler som er montert nær sveiseapplikasjoner blir tilkoblet via fiberoptikk. Modulene måler mottatt optisk effekt, som lagres i diagnostikkregistre. Her kan også kabellengdene avleses. Begge dataene tjener som indikatorer for kvaliteten på dataoverføringen. For å oppnå dette har Diag+ en rapport for hver fiberoptiske kobling. Rapporten lagres som en PDF-fil, og brukes ved etterfølgende testing av fiberoptiske kabel-forbindelser. Diag+ foretar automatisk sammenligning, og viser brukerne endringene i kabel-forbindelsene.

RFC 470S-styringsenheten leser også regelmessig optisk mottakseffekt for Profinet-modulene og evaluerer disse dataene i programmet. Hvis en kobling svekkes, påviser programmet dette, og signaliserer det til den sentrale prosesstyringsenheten.

Les: Roboter revolusjonerer i potetbingen, pakker 40 000 tonn i året

Smart start

Phoenix Contacts’ gruppe for bilindustriløsninger og Audi satte kravene til styringssystemet før selve prosjektet startet. Leverandørene som var involvert i design, ingeniørarbeidet og idriftsetting av de enkelte systemene, ble opplært i de forskjellige delene av Profinet/Profisafe-systemteknologien. Det ble blant annet gjennomført opplæringskurs, planleggingsmøter og oppstartsstøtte. Disse tiltakene medvirket til å unngå potensielle prosjektforsinkelser.

Prosjektteamet sørget også for skikkelig opplæring av vedlikeholds- og driftspersonell for bilkarosseri-samlebåndet i hvordan den nye teknologien skulle brukes. Dette førte til en knirkefri oppstart og høy grad av systemtilgjengelighet.

Les: VW har ansatt sin første samarbeidsrobot