Füllstandüberwachung mit Nachschubsteuerung bei einer Vergussanlage
Use Case
Visualisierung und Analyse von Füllständen mit moneo RTM sowie Steuerung interner Logistikprozesse
Harz und Härter bilden zusammen das Gießharz als wichtige Komponente in der Sensor-Herstellung. Ein Verguss mit diesen Materialien dient dem Schutz der Elektronik vor Schock, Vibration und Feuchtigkeit.
Die Verfügbarkeit von Harz und Härter in Fässern ist in der Produktion ausschlaggebend für die Prozesssicherheit und Qualität der zu fertigenden Produkte. Daher sollen die Füllstände der Fässer für Harz und Härter überwacht werden. Zusätzlich sollen die internen Logistikprozesse zur Nachschubbeschaffung des Materials automatisiert erfolgen.
Die Ausgangslage
Bisher überwacht die interne Steuerung der Anlage den aktuellen Füllstand der Fässer, in denen sich die Komponenten befinden. Ein notwendiger Fasswechsel wird mittels Signalleuchte angezeigt. Material-Nachschub muss aktiv per Mail im Zentrallager angefordert werden. Es existiert keine automatisierte Nachschubsteuerung.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Materialien teilweise zu früh bereitgestellt wurden. Dies konnte dazu führen, dass das Material über das Haltbarkeitsdatum hinaus verwendet wurde.
Zusätzlich müssen sich Harz und Härter vor Verwendung an das Klima der Produktionsumgebung anpassen. Besonders in kalten Monaten konnte eine zu kurzfristige Anlieferung des Materials zu Problemen führen, da diese Temperaturanpassung dann nicht möglich war.
Ziel des Projekts
Es soll nun eine bedarfsgerechte Bereitstellung von Rohmaterialien an der Anlage organisiert werden. Hierzu gehört die Überwachung der Füllstände in den Fässern. Zudem soll ein automatisierter Bestellprozess für den Nachschub der Rohmaterialien erfolgen, um diese am Einsatzort bereitzustellen.
Durchführung
Die Software moneo RTM ist zentral auf einem Server installiert. Der IO-Link Master ist über ein internes VLAN innerhalb des Firmen IT-Netzwerks mit dem Server verbunden. Die Füllstandsensoren sind über IO-Link mit dem IO-Link Master verbunden.
Die Sensoren sind bereits in der Anlage installiert und übertragen den aktuellen Füllstandwert an die Anlagensteuerung. Damit dieser Use Case umgesetzt werden kann, ohne dass auf die ursprüngliche Anlagensteuerung Einfluss genommen wird, wird der sogenannte Y-Weg genutzt.
Mittels SFI-Schnittstelle wird moneo RTM an das SAP MM-Modul* sowie das SAP PM-Modul** angeschlossen. moneo RTM sendet definierte Alarme / Events mittels SFI-Schnittstelle an das SAP. Je nach Prozess wird die Weiterverarbeitung im SAP MM- bzw. PM-Modul durchgeführt.
Eine Grenzwertverletzung startet den Bestellanforderungsprozess im einige Kilometer entfernten Zentrallager. Dieser Prozess endet damit, dass das Material in der Produktion zur Verfügung steht und der Füllstandsensor das Fass wieder als voll meldet. Dies wird als SFI-Nachschubsteuerung bezeichnet.
*SAP MM-Modul = „Materialmanagement” Modul zur Planung und Steuerung von Materialflüssen eines Unternehmens
**SAP PM-Modul = „Plant Maintenance” Modul zur Verwaltung aller Wartungs- und Instandhaltungsaufträge eines Unternehmens
Erfolg
- Prozessoptimierung von zeitbasierten Wartungen hin zur Steuerung interner Logistikprozesse
- Anbindung mittels SFI-Schnittstelle an das SAP System
- Automatisierte, interne Nachbestellung von Rohmaterialien in SAP mittels SFI-Nachschubsteuerung
- Detaillierte Auskunft über Füllstände durch die Erfassung von Sensorwerten und übersichtliche Visualisierung durch moneo Software
- Schnelle Reaktion auf sich verändernde Prozessparameter durch ein integriertes Alarmmanagement
- Bedarfsgerechte Nachfüllung von Medien durch automatisierte Nachschubprozesse
- Identifizierung von Grenzwertüber- und -unterschreitung
- Optimierte Anlagenauslastung durch Sicherung der Maschinenverfügbarkeit und Steigerung der Prozessqualität
- Umrechnung von Sensorwerten in prozessrelevanten Informationen, mit Hilfe von Datenmodellierung (Kalkulierte Werte)
Systemaufbau
In der Applikation kommen zwei Fässer mit je einem Füllstandsensor zum Einsatz. Dadurch werden die Komponenten 3 und 4 zweimal benötigt.
Dashboard
Im Dashboard erhält der Benutzer eine Übersicht aller relevanten Prozesswerte.
- Aktueller Füllstand des Behälters in mm
- Ampeldarstellung für Warn- und Alarmwert des Füllstands
- Aktuelle Füllmenge des Behälters in Liter
Analyse
Über die Analyse kann der bisherige Verbrauch in der Historie betrachtet werden. Dies ermöglicht Rückschlüsse auf die Auslastung der Anlage. Zudem kann eingeschätzt werden, wie lang die Nutzungsdauer eines Fasses beträgt. Dieser Erkenntnisgewinn kann der internen Logistik dabei helfen, die Bereitstellung fortlaufend zu optimieren.
Ticket Verarbeitungsregeln
Für die beiden Füllstandsensoren werden jeweils Werte für die unteren Warn- und Alarmgrenzen definiert. Diese ergeben sich aus Erfahrungswerten der Instandhaltung.
- Obere Warnung = Rücksetzen aller Tickets nach Fasstausch
- Untere Warnung = Nachbestellung und Bereitstellung eines neuen Fasses an der Anlage
- Unterer Alarm = Austausch des Fasses in der Anlage
Ticketverarbeitungsregeln verwalten
Über den Assistenten für die Ticketverarbeitungsregeln lassen sich einfach Strategien definieren, die beim Auftreten von Warnungen und Alarmen ausgeführt werden sollen.
Im folgenden Fall erfolgt die Ticketverarbeitung über die SFI-Schnittstelle an das SAP MM- sowie PM-Modul. Bei einem Unterschreiten des Füllstandes erfolgt über die SFI-Schnittstelle parallel zur auftretenden Meldung in moneo auch eine Übermittlung der Grenzwertverletzung an das SAP MM- bzw. PM-Modul. Hier wird automatisiert der Nachschubsteuerungsprozess ausgelöst.
Anbindung von moneo an das SAP System
- Adresse des SAP/SFI Servers
- Port des SAP/SFI Servers
- SAP/SFI User
- SAP/SFI User Passwort
Konfiguration der Ticketverarbeitungsregel
- Definiert, welche Regel angewendet wird
- Definition der Grenzwerte (4) und Datenquellen (5)
- Definiert die Dringlichkeit von Warnungen oder Alarmierungen
- Definition der relevanten Grenzwerte
- Definition der entsprechenden Datenquellen
Meldung im SAP System
Materialbeleg im SAP MM-Modul
Instandhaltungsauftrag im SAP PM-Modul
SFI Nachschubsteuerung
Über die SFI Nachschubsteuerung erfolgt die automatisierte Anforderung und Bereitstellung von Verbrauchsmaterialien. Wird der festgelegte untere Warngrenzwert eines Fasses unterschritten, wird in moneo ein Warnungsticket erstellt. Dieses wird durch die eingerichtete Ticketverarbeitungsregel an das SAP System weitergegeben. In diesem Fall handelt es sich um das SAP MM-Modul. Es wird automatisch ein Beleg erstellt mit der Aufforderung, dass das benötigte Material zur Verfügung gestellt werden muss.
Dieser Beleg wird im Zentrallager verarbeitet, von wo aus das entsprechende Material daraufhin an den Bereitstellungsort transportiert wird. Wenn nun der untere Alarmgrenzwert unterschritten wird, kann der Anlagenverantwortliche das leere Fass gegen das bereitgestellte volle Fass tauschen. Um einen erfolgten Fasswechsel feststellen zu können, wird auch der obere Warngrenzwert der Fässer überwacht. Wird derobere Grenzwert überschritten, erfolgt die Schließung der ursprünglichen unteren Grenzwertverletzung seitens moneo sowie im SAP MM-Modul.
Damit es zu keinen Grenzwertverletzungen während des Fasswechsels bzw. bei anderen Wartungen kommt, wird mit einem optischen Sensor der Schließzustand des Tores, hinter dem sich die beiden Fässer befinden, überwacht. Wird das Tor geöffnet, wird der Prozesswert des Sensors während der gesamten Tor-Öffnungszeit überschrieben. Dies wurde mit dem Data Flow Modeler realisiert.
- Oberer Warngrenzwert
- Unterer Warngrenzwert
- Unterer Alarmgrenzwert
- Das Fass ist voll
- Der Fassinhalt wird im Produktionsprozess verbraucht
- Der Füllstand erreicht die untere Warngrenze
- In moneo wird ein Ticket generiert und über die SFI-Schnittstelle vom SAP System übernommen. Parallel wird das Ticket für die Überschreitung der oberen Warngrenze des letzten Fasswechsels geschlossen
- Neues Material wird innerhalb des SAP Systems angefordert und erzeugt ein Ticket im Zentrallager der ifm
- Neues Material wir innerhalb der ifm eigenen Logistik zum Bereitstellungsort transportiert.
- Der Füllstand erreicht die untere Alarmgrenze
- Innerhalb von moneo wird ein Ticket generiert und der Anlagenverantwortliche wird über einen notwendigen Fasswechsel über das SAP PM-Modul informiert
- Das leere Fass wird gegen das bereitgestellte, volle Fass ausgetauscht
- Der Füllstand erreicht somit beim Fasswechsel den oberen Warngrenzwert
- Beim Erreichen des oberen Warngrenzwerts wird das Ticket der unteren Warngrenzverletzung geschlossen
Calculated Values: kalkulierte Werte
Folgender Wert wird anhand des Füllstands zusätzlich berechnet.
Aktuelle Füllmenge des Behälters in Liter
Da die Grundfläche des Fasses bekannt ist, kann die Füllmenge einfach über „Grundfläche x Füllstand“ ermittelt werden.
- Aktueller Füllstand des Behälters in mm
- Faktor zur Umrechnung der Einheit der Datenquelle, hier 1 = mm
- Grundfläche des Behälters in mm²
- Faktor zur Umrechnung der Einheit des Ausgangs, hier 1.000.000 = Liter
- Skalierung der Einheit in mm
- Grundfläche in mm² mal Füllstand in mm = Volumen in mm³
- Skalierung der Ausgangseinheit von mm³ in Liter (dm³)
- Volumen in Liter als Ergebnis der Berechnung
Prozesswertüberbrückung bei geöffnetem Tor
Um beim Fasswechsel bzw. einer Wartung an den Gießharzfässern eine Fehlbestellung durch das unbeabsichtigte Auslösen des Grenzwertes zu verhindern, wird folgendes Dataflow Model zur Torüberwachung eingesetzt:
- Aktueller Füllstand des Behälters in mm (Eingangswert)
- Festgelegte Konstante um die der Ausgangswert überbrückt werden soll
- Trigger Eingang um die Überbrückung zu aktivieren
- Funktionsblock „Double zu boolesch“ Konvertierung des nummerischen Wertes in einen Bool-Wert: Wahr = 1 / Falsch = 0
- Funktionsblock „Signalweiche“ Eingang „A“ wird ausgegeben sobald der Toggle Eingang „Falsch=0“ ist oder Eingang „B“ wird ausgegeben sobald der Toggle Eingang „Wahr=1“ ist
- Ergebnis (Ausgangswert)
