Wissen, was in der Produktion passiert – Datenerfassung über OPC

Autor:
Hanjo Schlüter, M. A., inray Industriesoftware GmbH, Technischer Redakteur
leicht gekürzte Version erschienen in der Computer & Automation 9/2014, S. 35–37

Ohne zuverlässige Datenerfassung keine aussagekräftige Information. Die Klingele Papierwerke haben sich für die OPC-Schnittstelle entschieden. Und jede Menge Wissen über ihre Prozesse gewonnen.

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Die Klingele-Gruppe ist einer der führenden Hersteller von Wellpappenrohpapieren und Verpackungen aus Wellpappe in Deutschland. Der Gruppe gehören weltweit dreizehn Herstellungs- und Verarbeitungswerke an. In Deutschland beschäftigt Klingele mehr als eintausend Mitarbeiter und produziert mehr als eine halbe Milliarde Quadratmeter Wellpappe im Jahr. Individuelle und innovative Verpackungslösungen zeichnen die Klingele-Gruppe aus. Das Delmenhorster Werk ist Hauptstandort in Norddeutschland. Seit Anfang 2012 wird hier schrittweise ein neues System zur Erfassung und Visualisierung der Prozessdaten aufgebaut.

„Die bisherige Lösung reichte einfach nicht mehr“, erinnert sich Wilfried Rodehau, bei Klingele Delmenhorst verantwortlich für die Steuerungsprogrammierung und gleichzeitig auch Nutzer der Überwachungssysteme.

Datenerfassung und Visualisierung waren bis dahin steuerungsseitig implementiert. Daten wurden wie programmiert vorgehalten, je nach Bedarf als Aktualwerte, als Kurzfriststatistik oder Wochendurchschnitt. Langfriststatistiken gab es nicht, und jede Stromunterbrechung barg das Risiko des Datenverlusts.

Aus dieser Situation heraus formulierte Klingele das Ziel, die Prozesswerte dauerhaft in einem Datenbanksystem vorzuhalten. Damit würden flexible Analysen auf der gewonnen Datenbasis möglich und mit entsprechenden Bedienoberflächen wären auch Periodenvergleiche oder Berichte über lange Zeiträume zu erstellen. Weitere Vorgaben waren die Integration der vorhandenen Struktur – gegenwärtig zehn Wago-Steuerungen und zwei Simatic S7 von Siemens – und das Wissen im eigenen Haus: Wie bisher auch sollen die zuständigen Mitarbeiter das BDE-System selbständig erweitern können.

Absage an Einzellösungen

Konsequent bis zum Schluss gedacht, bedeutet dies den möglichst weitgehenden Verzicht auf Einzellösungen und proprietäre Schnittstellen. Auch Lizenzmodelle müssen so gestaltet sein, dass „mal eben“ ein neues Gerät eingebunden oder ein neuer Arbeitsplatz eingerichtet werden kann.

Klingele hat sich letztlich für ein Erfassungssystem über die OPC-Schnittstelle entschieden. Ein zentraler Server bündelt die von den verschiedenen Geräten gelieferten Daten und leitet sie weiter. „OPC war aber von uns nicht als Kriterium ausgeschrieben“, sagt Wilfried Rodehau, „wir waren da völlig offen – das Gesamtkonzept hat uns schließlich überzeugt“. Den Zuschlag erhielt die inray Industriesoftware GmbH, Spezialist für BDE-Systeme und MES und als „Preferred Partner Germany“ von Kepware Technologies auch Experte in Sachen OPC. Sören Rose, Geschäftsführer bei inray, bestätigt: „Wann immer es darum geht, schnell eine verlässliche Datenerfassung aufzusetzen, ist OPC für uns die erste Wahl. Egal, ob unsere eigenen Projektentwickler damit arbeiten oder, wie bei Klingele, die Endkunden ihr BDE-System selbst warten.“

Auch für den Anwender offensichtlich liegt der große Vorteil in der zentralen Bündelung der Datenerfassung über Herstellergrenzen hinweg. Der eingesetzte OPC-Server muss die entsprechenden Treiber implementieren. Im Anwendungsbeispiel läuft der KEPServerEX von Kepware mit den Treibern für Modbus und Siemens – eine überschaubare Investition. Sollten produktionsseitig Steuerungen oder Messwertaufnehmer weiterer Hersteller eingesetzt werden, ist der OPC-Server wiederum mit den Treibern für die neuen Protokolle zu erweitern – mehr als 150 Treiber für alle gängigen Steuerungen sind verfügbar.

Seine ganze Stärke spielt OPC dann aus, wenn auch das übergeordnete System der Datenspeicherung und -auswertung gleichermaßen flexibel ist. Sammelt beispielsweise eine Stand-alone-OEE-Lösung die benötigten Daten autark, nützt die Flexibilität in der Prozesskommunikation wenig: Bei einem neuen Projekt wie etwa einem Energiemonitoring, würde die Entscheidung vermutlich auf eine zweiten Stand-alone-Lösung fallen.

Anders die systemunabhängige Erfassung bei Klingele: Bei neuen Projektideen können Wilfried Rodehau und seine Kollegen einfach zusätzliche Erfassungskanäle im OPC-Server projektieren. Damit wird eine zentrale Datenbasis geschaffen, aus der sich neue, bei erster Projektplanung noch gar nicht benötigte Informationen gewinnen lassen. „Vieles, was heute unter dem Stichwort ‚Industrie 4.0‘ läuft, findet auf diese Weise in unseren Projekten schon seit Jahren statt“, sagt Sören Rose von inray. Auf Basis der Erfassung über OPC sind alle Daten wie Prozess- und Verbrauchswerte, Energiedaten oder Raumklimawerte zentral gespeichert und lassen sich frei miteinander verknüpfen.

Ein kleines, aber in umfangreichen Projekten nicht zu unterschätzendes Plus: Die freie Benennung der SPS-Datenpunkte als „Tags“ im OPC-Server. Clientseitig muss sich der Projektentwickler keine Adressen merken, sondern kann beispielsweise über „Wetterstation Nordseite – Temperatur“ den Datenpunkt als Tag ansprechen. Auch bei mehreren tausend angebundenen Datenpunkten behält der Entwickler den Überblick.

Datentransport: Vom OPC-Server in die Datenbank

Der Weg der Daten führt bei Klingele aus dem OPC-Server über den OPC-Router in den SQL-Server von Microsoft. Der OPC Router von inray arbeitet als Verteiler der Daten – nicht nur vom OPC-Server in die Datenbank, sondern, falls benötigt, auch in die umgekehrte Richtung, oder für Datenexporte ins Excel-Format, oder für Status-E-Mails, oder für Weiterleitungen ins SAP-System. Auch Synchronisierungen verschiedener Datenbestände sind möglich. Über eine grafische Konfigurationsoberfläche erstellen die Projektentwickler neue Verbindungen per Mauszug. Der OPC Router transportiert die Daten zum richtigen Zeitpunkt dahin, wo sie benötigt werden. Die Zahl der Verbindungen und Transfers ist dabei ebenso wenig limitiert wie im OPC-Server.

Die zentrale Bedienoberfläche, das webbasierte „Produktionsportal“, stellt bei Klingele der Factory Application Server von inray zur Verfügung. Mit den Standardmodulen für Visualisierung und Energiemonitoring in Betrieb genommen, haben inray-Ingenieure die Einführungsphase begleitet. Die Gestaltung der Oberflächen erfolgte nach den Vorstellungen von Klingele. Auf mehr als dreißig Seiten lassen sich die wichtigsten Prozesswerte der Produktionsanlagen abrufen, Verbrauchs- und Klimadaten stehen in der Rubrik „Gebäudetechnik“ als Aktualwerte und Historien im Chart zur Verfügung. Da die Zahl der Anlagenbilder unbeschränkt ist, können Wilfried Rodehau und sein Kollege Robert Tschullik jederzeit neue Ideen umsetzen. Robert Tschullik, inzwischen für das Roll-out der inray-Software in drei weiteren Werken der Gruppe verantwortlich, zur Arbeit mit dem FAS: „Ich kann in kürzester Zeit neue Daten visualisieren und auf Änderungswünsche flexibel reagieren. Selbst komplett neue Projekte kann ich ohne externen Programmierer erstellen – im Klingele-Design.“

Für die Anwender, vom Bediener bis zum Produktionsverantwortlichen, präsentieren sich die Daten auf einer einheitlichen Oberfläche, die vom PC am Schreibtisch aus ebenso aufgerufen werden kann wie mobil, etwa von Tablet-PC. Reine HTML5-Technologie ohne Browser-Plug-ins sorgt für maximale Gerätekompatibilität.

Sowohl die Aktualwertdarstellung als auch die Statistiken lassen die Klingele-Mitarbeiter Maßnahmen zur Verbesserung Produktqualität und zur Minimierung von Verlusten ergreifen: Beispielsweise wurde eine Produktionshalle umgenutzt – statt Maschinen sollten hier nun Wellpappe und Rohmaterialien lagern, die empfindlich auf Klimaschwankungen reagieren: Wird es zu warm, trocknet die Oberfläche, und der Bogen wellt sich. Aus der Messung der Temperaturschwankung in Verbindung zur Sonneneinstrahlung ergab sich das Abkleben der Glasflächen in den Dächern als Lösung. Nach Aufbringen der entsprechenden Folie ist das Hallenklima bereits ausreichend stabil für die Lagerung des empfindlichen Materials. Aufwendige zusätzliche Klimatisierung ist nicht nötig. Die erfassten Daten haben in diesem Beispiel geholfen, die optimale Entscheidung für die Investition zu treffen.

In der Produktion selbst helfen die Informationen aus dem BDE-System Tag für Tag, beste Qualität zu produzieren. Wilfried Rodehau: „Wellpappe ist ein Naturprodukt. Die Eigenschaften schwanken nach Lieferant, nach den verwendeten unterschiedlichen Papieren.“ So kann in der Produktion der Einsatz von mehr oder weniger Leim, größeres oder geringeres Vorwärmen – von oben oder von unten – deutlichen Einfluss auf die Produktqualität haben. Da die erfassten Daten sofort im Produktionsportal zur Verfügung stehen, können die Mitarbeiter direkt vergleichen, wie und mit welchem Resultat frühere Chargen gefahren wurden und die Prozessparameter entsprechend anpassen. Das Produktionsergebnis wird gleichmäßiger, die Verluste durch Ausschuss werden kleiner.

Unterm Strich bildet die verlässliche Datenerfassung über OPC die Basis für diese und alle weiteren Maßnahmen, die nach regelmäßiger Auswertung der gewonnenen Informationen ergriffen werden – für kontinuierliche Verbesserungen in der Produktion. Je nach Optimierungspotenzial amortisiert sich ein flexibles BDE-System schnell – oft sind es nur Informationen über wenige Parameter, die verantwortliche Mitarbeiter benötigen, um deutliche Verbesserungen anzustoßen – und die lassen sich mit einem flexiblen System kurzfristig und einfach gewinnen.

Aufnahme in den Pressespiegel mit Genehmigung der Redaktion.