SPS-Modernisierung der Fertigungslinie in Vietnam | SENTRADO
Eine detaillierte Fallstudie zur Industrielösung von SENTRADO, die messbare Ergebnisse für Fertigungsbetriebe in Vietnam liefert.
Projekthintergrund & Ziele
Ein wachsendes Fertigungsunternehmen in der vietnamesischen Provinz Binh Duong beauftragte SENTRADO mit der Modernisierung des Steuerungssystems seiner Hauptfertigungslinie, das seit über 12 Jahren auf einer veralteten SPS-Plattform lief. Das alte System verwendete proprietäre Kommunikationsprotokolle, die nicht in das neue Fertigung Execution System (MES) des Unternehmens integriert werden konnten, was eine Echtzeit-Produktionsüberwachung, Qualitätsverfolgung und OEE-Analyse verhinderte.
Die Fertigungslinie führt die automatische Montage, Prüfung und Verpackung von Unterhaltungselektronik-Komponenten durch, wobei die Zykluszeiten in Sekunden gemessen werden. Die alte Steuerung war zwar funktionsfähig, verfügte jedoch nicht über die erforderliche Rechenleistung für die anspruchsvolle Bewegungssteuerung, die von einem neuen Hochgeschwindigkeits-Handhabungssystem benötigt wird. Zudem machte das proprietäre Netzwerk die Anbindung von Barcode-Scannern, Bildverarbeitungssystemen und anderen intelligenten Geräten unmöglich, die für Industrie 4.0-Funktionen erforderlich sind.
SENTRADO realisierte eine vollständige Migration des Steuerungssystems auf Siemens S7-1200-Steuerungen mit einem PROFINET-Netzwerk-Backbone, was eine nahtlose Integration in das MES, neue Motion-Control-Hardware und ein umfassendes HMI/SCADA-System für die Produktionstransparenz ermöglichte. Die Migration wurde während einer geplanten zweiwöchigen Stillstandszeit abgeschlossen, wobei alle Systeme vor der Wiederaufnahme der Vollproduktion validiert wurden.
Zu lösende Probleme
1. Protokollinkompatibilität
Die bestehende SPS verwendete ein proprietäres serielles Protokoll, das nicht mit modernen Industrienetzwerken kommunizieren konnte. Die MES-Integration erforderte OPC UA-Konnektivität, und das neue Bildverarbeitungssystem sowie die Barcode-Scanner unterstützten nur PROFINET und EtherNet/IP.
2. Motion-Control-Anforderungen
Ein neues Hochgeschwindigkeits-Pick-and-Place-System erforderte eine präzise Mehrachsen-Bewegungskoordination mit Synchronisation im Mikrosekundenbereich, was die Fähigkeiten der bestehenden Steuerung überstieg. Der Kunde benötigte PROFINET IRT (isochrones Echtzeit-Protokoll) für eine deterministische Bewegungssteuerung.
3. Minimales Stillstandsfenster
Die Produktionslinie läuft sechs Tage pro Woche mit hoher Auslastung. Der Kunde konnte sich nur eine zweiwöchige Stillstandszeit für die vollständige Migration leisten, einschließlich Installation, Verdrahtung, Überprüfung der Programmierung und Produktionsvalidierung.
4. Lücken in der Produktverfolgung
Ohne eine barcodebasierte Verfolgung konnte das Werk einzelne Einheiten nicht durch den Montageprozess zurückverfolgen. Qualitätsprobleme wurden erst im Endtest erkannt, was es schwierig machte, die Ursachen von Defekten zu identifizieren oder Korrekturmaßnahmen zu ergreifen.
5. OEE-Transparenz
Der Werksleiter hatte keine automatisierte Möglichkeit zur Berechnung der OEE. Stillstandsgründe, Rüstzeiten und Produktionszahlen wurden manuell auf Papier erfasst, was zu ungenauen und verzögerten Leistungsberichten führte.
Unser Ansatz & Systemarchitektur
SENTRADO ersetzte das bestehende Steuerungssystem durch eine Siemens S7-1200-Plattform mit einer CPU 1215C als Hauptsteuerung, die über ein PROFINET IRT-Netzwerk mit dezentraler Peripherie, Servoantrieben, HMI-Panels und Drittanbietergeräten verbunden ist. Das PROFINET IRT-Netzwerk bietet die deterministische Kommunikation, die für eine synchronisierte Mehrachsen-Bewegungssteuerung erforderlich ist, mit Zykluszeiten von unter 1 Millisekunde für die Bewegungskoordination zwischen den Pick-and-Place-Achsen.
Ein in die S7-1200 integrierter OPC UA-Server bietet eine standardisierte, sichere Datenschnittstelle zum MES und überträgt Produktionszahlen, Zykluszeiten, Qualitätsergebnisse, Stillstandsereignisse und OEE-Kennzahlen in Echtzeit. Barcode-Scanner an jeder Station lesen die Einheiten-Identifikatoren und übergeben sie an die SPS, die jedes Produkt durch die Montagesequenz verfolgt und Prozessparameter sowie Testergebnisse zusammen mit dieser Seriennummer in einem lokalen Datenprotokoll aufzeichnet.
Das HMI-System umfasst zwei SIMATIC Comfort Panels an den Bedienerstationen sowie eine WinCC RT Advanced SCADA-Workstation für den Produktionsleiter. Die SCADA bietet Echtzeit-OEE-Dashboards, Pareto-Diagramme für die Stillstandsanalyse, Produktionsplanung und Qualitäts-Trenddiagramme. Die Schaltschränke wurden in der SENTRADO-Anlage gefertigt, wobei alle Frequenzumrichter, Servoantriebe und die Stromverteilung vorverdrahtet und getestet wurden, was die Installationszeit vor Ort während des zweiwöchigen Stillstandsfensters minimierte.
Highlights der Systemarchitektur
- Siemens S7-1200 CPU 1215C mit PROFINET IRT
- PROFINET IRT-Netzwerk für deterministische Mehrachsen-Bewegungssteuerung
- OPC UA-Server für standardisierte MES-Integration
- Barcodebasierte Produktverfolgung an jeder Montagestation
- V90-Servoantriebe mit SINAMICS für Pick-and-Place-Bewegungen
- WinCC SCADA mit Echtzeit-OEE-Dashboards
- Vorverdrahtete Schaltschränke für schnelle Installation während des Stillstands
- Integration des Bildverarbeitungssystems über PROFINET
Systemparameter & Konfiguration
| Steuerungssystem | Siemens SIMATIC S7-1200 |
| Steuerung | 1 × CPU 1215C DC/DC/DC |
| Gesamte E/A-Punkte | 280+ (AI: 24, AO: 8, DI: 160, DO: 88) |
| Bewegungsachsen | 4 × Servoachsen (PROFINET IRT) |
| Kommunikationsprotokoll | PROFINET IRT / OPC UA / Modbus TCP |
| HMI-Panels | 2 × TP700 Comfort + 1 SCADA-Workstation |
| Schaltschränke | 2 × IP54 |
| Servoantriebe | 4 × SINAMICS V90 (1.5kW) |
| Taktzeit | 8 Sekunden (reduziert von 14 Sekunden) |
| MES-Schnittstelle | OPC UA mit verschlüsselter Verbindung |
| Produktverfolgung | Barcode an 6 Stationen |
| OEE-Überwachung | Automatisierte Echtzeitberechnung |
Hauptkomponenten & Hardware
Siemens CPU 1215C
6ES7215-1AG40-0XB0
Hauptliniensteuerung
SINAMICS V90 Servo
6SL3210-5FB10-1UF0
PROFINET-Servoantrieb
SIMOTICS S-1FL6
1FL6042-2AF21-1AA1
Servomotor für Pick-and-Place
TP700 Comfort HMI
6AV2124-0GC01-0AX0
Bediener-Touchpanel
WinCC RT Advanced
6AV2104-0DA06-0AA0
SCADA mit OEE-Option
SCALANCE XC208
6GK5208-0BA00-2AC2
PROFINET IRT Switch
SITOP PSU6200
6EP3333-7SB00-0AX0
24V/10A geregeltes Netzteil
SIRIUS 3RT2 Schütz
3RT2025-1BB40
Motorschütz mit Hilfskontakten
Projektphasen
Planung & Programmierung
6 WochenHardware-Spezifikation, Softwareentwicklung vor dem Stillstand
Schaltschrankfertigung
3 WochenVorverdrahtete Schaltschränke, vollständig bei SENTRADO getestet
Vorbereitung vor dem Stillstand
2 WochenKabeltrassen, Netzwerkinfrastruktur, MES-Setup
Stillstandswoche 1
1 WocheAltes System demontieren, neue Schaltschränke installieren und verdrahten
Stillstandswoche 2
1 WocheEinschalten, E/A-Prüfungen, Trockenläufe, Produktionsvalidierung
Support nach der Inbetriebnahme
4 WochenIngenieur vor Ort für Optimierung und Feinabstimmung
Schulung
1 WocheSchulung des Bedien- und Instandhaltungspersonals
Laufender Support
12 MonateFerndiagnose und Garantieservice
Messbare Ergebnisse
Leistungsdaten nach der Systeminbetriebnahme und dem Dauerbetrieb verifiziert.
Von 14s auf 8s pro Einheit
Echtzeit-Transparenz der Produktionsdaten
Automatisierte OEE- und Qualitätsverfolgung
Rückverfolgbarkeit auf Stationsebene und Früherkennung
Vorher vs. Nachher: Quantifizierter Vergleich
| Kennzahl | Vorher | Nachher | Änderung |
|---|---|---|---|
| Taktzeit pro Einheit | 14 Sekunden | 8 Sekunden | −40 % |
| MES-Integration | Einzelmaschinen, keine Daten | 100 % Echtzeit-MES-Integration | Vernetzt |
| Manuelle Dateneingabe | Papierbasierte OEE-Erfassung | 0 manuelle Eingabe (automatisiert) | −100 % |
| Fehlerquote | Ausgangsbasis | 30 % Reduzierung (Früherkennung) | −30 % |
| Produktionstransparenz | Schichtabschlussbericht | Echtzeit-OEE-Dashboards | Live |
Daten basierend auf Inbetriebnahmeberichten und kontinuierlichen Betriebsmessungen. Kundenname unter NDA verfügbar.
Wirtschaftliche Auswirkungen
Das gelieferte Automatisierungssystem übertraf alle im Vertrag festgelegten Leistungsziele und erzielte im Vergleich zum Ausgangsbetrieb einen höheren Durchsatz, einen geringeren Energieverbrauch und eine verbesserte Produktqualität. Der Kunde meldete eine vollständige Amortisation der Investition innerhalb des prognostizierten Amortisationszeitraums und hat SENTRADO seitdem mit zusätzlichen Phasen der Werkserweiterung beauftragt.
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