Prozessüberwachung Mit zwei Messsystemen Prozesse besser im Griff

Autor / Redakteur: Andreas Quick / Udo Schnell

Hochwertige Stahlprodukte müssen strengsten Spezifikationen genügen. Eine Kombination aus Dickenmessanlage und anlagenüber-greifendem Messsystem ermittelt neben messanlagenspezifischen Parametern auch weitere Prozess-, Anlagen- und Qualitätsdaten.

Firma zum Thema

Thermo-Scientific-Sipro-Sondenbügel an einer Warmbreitbandstraße. Zu sehen ist der obere Bügelarm, in dem sich die beiden Röntgenquellen befinden. Das Detektor-Array befindet sich im unteren Bügelarm.
Thermo-Scientific-Sipro-Sondenbügel an einer Warmbreitbandstraße. Zu sehen ist der obere Bügelarm, in dem sich die beiden Röntgenquellen befinden. Das Detektor-Array befindet sich im unteren Bügelarm.
(Bild: Thermo Fisher Scientific)

Steigende Qualitätsanforderungen und strenge Fertigungstoleranzen in der produzierenden Industrie erfordern ein umfassendes System zur Qualitätssicherung und zum Aufzeichnen der Produktdaten für die lückenlose Rückverfolgung. Der Herstellungsprozess muss so beschaffen sein, dass er nicht nur die individuellen Kundenanforderungen berücksichtigt, sondern eine geeignete Messtechnik zur Prozessüberwachung und Produktkontrolle in den Produktionsanlagen etabliert ist. Auf den Herstellungsprozess von Metallblechen beispielsweise wirkt eine Vielzahl verschiedener Einflussgrößen. Um diese Wirkungszusammenhänge für eine qualitätsorientierte Fertigung sicherzustellen, muss der Anlagenbetreiber genaue Kenntnis über die Maschinen-, Prozess-, Material- und Produktdaten erhalten und diese auch langfristig archivieren können. Nur so kann er die einzelnen Prozessparameter überwachen und beim Nichteinhalten von Toleranzen oder beim Auftreten von Fehlern gezielte Maßnahmen einleiten, damit die Qualität und vollständige Rückverfolgbarkeit der Produkte gewährleistet wird.

Thermo Fisher Scientific ist ein führender Anbieter von analytischen Messgeräten und -anlagen, Ausrüstungen, Reagenzien und Verbrauchsmaterialien im Industrie-, Medizin-, Wissenschafts- und Laborbereich. Das Erlanger Unternehmen bietet unter der Marke Thermo Scientific eine vollständige Produktpalette an Dicken- und Schichtdickenmessgeräten zur präzisen Echtzeitmessung von bahn- und bandförmigen, metallischen und nichtmetallischen Produkten. Die Messanlagen für metallische Anwendungen werden etwa in Grobblechgerüsten, Warmbandstraßen, Kaltwalzgerüsten oder Feuerverzinkungsanlagen eingesetzt. Beispielhafte Anwendungsgebiete im nichtmetallischen Bereich sind die Papier- und Verpackungsproduktion, das Herstellen von Flachglas, Textilien und Isolationsmaterial sowie die Kunststoffextrusion.

Bildergalerie

Die Messanlage besteht aus der Messmechanik mit Detektoren, dem Messstellenrechner, einer Visualisierungsstation und dem Langzeitarchiv. Für die Langzeitarchivierung der Messdaten und die übergreifende Prozess- und Qualitätsdatenanalyse wird das System der iba AG eingesetzt. „Wenn der Anlagenbetreiber noch weitere Parameter zur Dicken- und Profilmessung hinzunimmt, Daten aus der Regelung in die Messung integriert werden oder Daten von mehreren Messanlagen gleichzeitig ausgewertet werden, behält man den Überblick mit einem System wie dem von iba“, erklärt Gerald Schöppner, Leiter Software-Entwicklung bei Thermo Fisher Scientific. Das Iba-System ist ein PC-basiertes herstellerneutrales System, das den Produktionsprozess an mehreren Stellen in zeitlich gleichen Abständen überwacht, analysiert und die Daten archiviert, um mehrere Prozesskomponenten zueinander in Beziehung zu setzen. So kann das Verhalten komplexer und schneller Prozesse sowie heterogener Automatisierungssysteme analysiert und optimiert werden.

Zusammenspiel Messanlage und Prozessdatenaufzeichnung

Messen online und in Echtzeit

Die Funktionsweise der Dicken- und Profilmessung wird am Beispiel einer Warmbreitband-Straße für die Stahlblechherstellung deutlich. Der C-Bügel kann für eine Bandbreite bis 2200 mm und mehr ausgelegt werden und verfügt über ein Halbleiterdetektoren-Array mit einer sehr hohen Profilauflösung und Genauigkeit. Gemessen werden neben dem Banddicken-Querprofil weitere Parameter wie das Temperaturprofil, die Bandbreite und Bandgeschwindigkeit, Grate und Rillen sowie die Kantenform. „Der Vorteil ist, dass unsere Messanlagen online und in Echtzeit die Absolutdicke und die Abweichung vom Dickensollwert generieren“, so Schöppner. Mit der Online-Messung kann der Anwender den Rohmaterialeinsatz und gleichzeitig den Produktionsprozess optimieren. Auf diese Weise vermindert sich der Ausschuss, die Produktqualität kann verbessert und nachgewiesen werden. „Die Dicken- und Profilprüfung ist für den Prozess unbedingt erforderlich“, erklärt Schöppner. Im Stahl- und Aluminiumblech-Walzprozess werden die Messdaten von den Zwischenstichen genutzt, um das Walzmodell zu optimieren. Beim letzten Stich geht es um die Qualität des Produkts – darum, dass die vom Kunden bestellten Parameter für das gewalzte Band erfüllt sind.

Die am C-Bügel aufgenommenen Messsignale werden an die Bedienstation übertragen und auf dem Monitor als Quer- und Längsprofil grafisch angezeigt. „Die in unserer Messanlage berechneten Messwerte werden über eine Schnittstelle an das System von iba übertragen“, bestätigt Schöppner. Diese Werte werden von dem Datenaufzeichnungssystem Iba-PDA aufgezeichnet. Iba-PDA nimmt zudem noch andere messsystemrelevante Einflussgrößen wie etwa die Temperatur am Messkopf, die Materialtemperatur oder Randspuren auf. Auch Daten aus der Anlagenautomatisierung, die der Anlagenbetreiber zur Prozessanalyse benötigt, können einfach integriert werden. „Diese Fülle an Messdaten kann sowohl für den Prozessingenieur zur Wartung und Instandhaltung der Anlage interessant sein, wie auch für die Qualitätskontrolle am Ende der Produktionslinie“, ergänzt der Leiter Software-Entwicklung. „Hier kommt der Vorteil von iba zum Tragen: die breite Konnektivität zu den verwendeten unterschiedlichen Automatisierungen inklusive der verschiedenen Erfassungsmethoden für heterogene Anlagenkomponenten. Letztlich kann iba an jedes Automatisierungssystem angeschlossen werden.“

Langzeitanalysen zeigen Korrelationen auf

Die Thermo-Scientific-Messanlagen nutzen das Iba-System zur Datenaufzeichnung, Analyse und Reporterstellung. Die Messwerte und Anlagenzustände werden in Messdateien (so genannte DAT-Files) aufgezeichnet und mit dem Analyseinstrument Iba-Analyzer dargestellt. Für die Erstellung der Messdateien gibt es verschiedene Möglichkeiten, zum Beispiel über Profibus mit dem Profibus-Sniffer iba-BM-DPM-S. Mit diesem können bis zu 512 Analog- und 512 Digitalsignale pro Millisekunde mitgelesen werden. Weder der Profibus noch die Steuerung werden zusätzlich belastet, weil das Gerät selbst kein aktiver Teilnehmer am Bus ist. Mit dem Iba-Interface Generic TCP/IP lassen sich Daten über eine Ethernet-Verbindung von der Messanlage zum Datenaufzeichnungssystem Iba-PDA übertragen und in Messdateien speichern. Bei einigen Messanlagen mit sehr großen Datenmengen erfolgt die Übertragung der Messdaten zum Iba-PDA-System via Ankopplung über Reflective Memory.

Weil alle gemessenen Daten als Iba-DAT-Files archiviert werden, können jederzeit detaillierte Analysen durchgeführt werden. Nach Extraktion wesentlicher Parameter in das datenbankgestützte Auswertesystem stehen mithilfe der Analysesoftware Funktionalitäten wie umfangreiche Reporting-Werkzeuge mit Tages-, Wochen- und Monatsberichten sowie erweiterte Trending-Funktionalitäten zur Verfügung. Schöppner erläutert: „Speziell die Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit von Industrieprodukten sind mit dem Iba-System aufgrund der komfortablen Langzeitanalysen leicht zu realisieren.“ Der leistungsfähige Reportgenerator erlaubt das Erstellen maßgeschneiderter Analyseberichte. Die Ergebnisse werden als Ausdruck oder als Dokumentdatei ausgegeben. „Mit iba stehen die Messdaten langfristig zur Verfügung und dienen so der Qualitätskontrolle und Produktfreigabe“, so Schöppner. Weil Basisdaten aus dem Prozess umfassend in das Qualitätsmanagement integriert werden können, werden Zusammenhänge einzelner Messgrößen so erst sichtbar. „Einige unserer Kunden haben iba bereits installiert und möchten an ihr vorhandenes Iba-System unsere Messanlage mitankoppeln“, so Schöppner. „Dies ist mit den verfügbaren Übertragungsmethoden leicht möglich.“ Ziel dieser Kunden ist es, aussagekräftige Kennwerte aller relevanten Maschinen-, Prozess-, Material- und Qualitätsdaten zu bekommen und signifikante Korrelationen zwischen diesen Daten zu erkennen.

Einsatz im Prüffeld von Thermo Fisher Scientific

Einsatz im Prüffeld

Das iba-System wird bei Thermo-Scientific-Messanlagen nicht nur online in den Industrieanwendungen eingesetzt. Zusätzlich nutzt Thermo Fisher Scientific die Messtechnik im eigenen Prüffeld und bei der Inbetriebnahme der Messanlagen beim Kunden. „Alle unsere Messsysteme werden bei uns am Standort zusammengebaut und dann im Prüffeld auf ihre Spezifikationen und Funktionen hin getestet. Die Anlagen werden komplett aufgebaut und zu 100 % geprüft“, so Schöppner. Das Iba-System auch im Prüffeld einzusetzen, hatte zum Ziel, die Prüfung zu automatisieren. Die Prüfer können direkt mit Iba-PDA aufzeichnen, über den Analyzer automatisch Reports generieren und damit das Prüfprotokoll erstellen. Früher wurden die Messwerte über den Messstellenrechner ausgegeben, mit einem Terminal-Programm aufgezeichnet und in ein Text-Format gebracht. „Diese Vorgehensweise variierte von Anlage zu Anlage. Mit iba können wir standardisiert über einen Trigger festlegen, welche Werte zu welchem Zeitpunkt aufgezeichnet werden sollen“, ergänzt der Leiter Software-Entwicklung. Über ausgewählte System-Variablen wird ein Trigger-Signal an das PDA-System geschickt, mit dem die Messung gestartet wird. Hat der Prüfer alle Einstellungen der Messanlage vorgenommen und mechanische Vorgaben erfüllt, wie etwa ein bestimmtes Muster in die Messanlage eingefügt, startet er auf der Bedienstation die Prüfung und damit die Aufzeichnung mit iba. Durch Anpassung des Technostrings können die Messdateien den unterschiedlichen Tests eindeutig zugeordnet werden.

In der Inbetriebnahme beim Kunden

Bei der Inbetriebnahme der Messanlage beim Kunden vor Ort nutzt das Servicepersonal ebenfalls die Messtechnik von iba. Wie im Prüffeld werden sämtliche technische Daten und die Funktionalität der Anlage erneut überprüft. „Es werden die gleichen Tests gemacht wie im Prüffeld, damit man die Ergebnisse vergleichen kann und letztendlich dem Kunden vorlegen kann, dass alles passt“, so Schöppner. Auch bei der Inbetriebnahme führt die Analyse mit iba zu einer Automatisierung und Standardisierung und damit zu einer effizienteren Inbetriebsetzung. Auch Jahre nach Inbetriebnahme der Anlage besteht die Möglichkeit, erneut standardisierte Tests durchzuführen, um Veränderungen verfolgen zu können. Das sorgt für Sicherheit und Transparenz im gesamten Produktionsprozess. MM

* Dr.-Ing. Andreas Quick ist Leiter Produktmanagement bei der iba AG, 90762 Fürth, iba@iba-ag.com

(ID:43517353)