Aggiornamento PLC della linea di produzione in Vietnam | SENTRADO
Un caso di studio dettagliato della soluzione di automazione industriale di SENTRADO che fornisce risultati misurabili per le operazioni di produzione in Vietnam.
Contesto e obiettivi del progetto
Una crescente azienda manifatturiera nella provincia di Binh Duong, in Vietnam, ha incaricato SENTRADO di aggiornare il sistema di controllo della loro linea di produzione principale, che operava su una piattaforma PLC obsoleta da oltre 12 anni. Il vecchio sistema utilizzava protocolli di comunicazione proprietari che non potevano integrarsi con il nuovo sistema di esecuzione manifatturiero (MES) dell'azienda, impedendo il monitoraggio della produzione in tempo reale, il tracciamento della qualità e l'analisi dell'Overall Equipment Effectiveness (OEE).
La linea di produzione esegue l'assemblaggio, il test e il confezionamento automatizzati di componenti per l'elettronica di consumo, con tempi di ciclo misurati in secondi. Il controllore obsoleto, sebbene funzionale, mancava della potenza di elaborazione per il controllo del movimento avanzato richiesto da un nuovo sistema di movimentazione ad alta velocità, e la sua rete proprietaria rendeva impossibile collegare scanner di codici a barre, sistemi di visione e altri dispositivi smart necessari per le capacità di Industry 4.0.
SENTRADO ha fornito una migrazione completa del sistema di controllo verso controller Siemens S7-1200 con una dorsale di rete PROFINET, consentendo un'integrazione perfetta con il MES, il nuovo hardware di controllo del movimento e un sistema HMI/SCADA completo per la visibilità della produzione. La migrazione è stata completata durante un arresto della produzione programmato di due settimane, con tutti i sistemi convalidati prima di riprendere la piena produzione.
Problemi che abbiamo dovuto risolvere
1. Incompatibilità dei protocolli
Il PLC legacy utilizzava un protocollo seriale proprietario che non poteva comunicare con le moderne reti industriali. L'integrazione MES richiedeva la connettività OPC UA, mentre il nuovo sistema di visione e gli scanner di codici a barre supportavano solo PROFINET ed EtherNet/IP.
2. Requisiti di motion control
Un nuovo sistema pick-and-place ad alta velocità richiedeva un preciso coordinamento del movimento multiasse con sincronizzazione a livello di microsecondi, oltre le capacità del controller obsoleto. Il cliente necessitava di PROFINET IRT (isochronous real-time) per un controllo del movimento deterministico.
3. Finestra di arresto minima
La linea di produzione opera sei giorni a settimana con un elevato utilizzo. Il cliente poteva permettersi solo un arresto di due settimane per la migrazione completa, che includeva installazione, cablaggio, verifica della programmazione e convalida della produzione.
4. Lacune nel tracciamento dei prodotti
Senza il tracciamento basato su codici a barre, lo stabilimento non poteva tracciare le singole unità attraverso il processo di assemblaggio. I problemi di qualità venivano rilevati solo durante il test finale, rendendo difficile identificare la causa alla radice dei difetti o implementare azioni correttive.
5. Visibilità OEE
Il responsabile dello stabilimento non disponeva di un modo automatizzato per calcolare l'OEE. I motivi dei tempi di inattività, i tempi di cambio formato e i conteggi di produzione venivano registrati manualmente su carta, portando a report sulle prestazioni imprecisi e ritardati.
Il nostro approccio e architettura di sistema
SENTRADO ha sostituito il sistema di controllo obsoleto con una piattaforma Siemens S7-1200 utilizzando una CPU 1215C come controllore principale, collegata tramite una rete PROFINET IRT a I/O distribuiti, azionamenti servo, pannelli HMI e dispositivi di terze parti. La rete PROFINET IRT fornisce la comunicazione deterministica richiesta per il controllo del movimento multi-asse sincronizzato, con tempi di ciclo inferiori a 1 millisecondo per il coordinamento del movimento tra gli assi pick-and-place.
Un server OPC UA incorporato nel S7-1200 fornisce un'interfaccia dati standardizzata e sicura al MES, trasmettendo conteggi di produzione, tempi di ciclo, risultati di qualità, eventi di inattività e metriche OEE in tempo reale. Gli scanner di codici a barre in ogni stazione leggono gli identificativi delle unità e li passano al PLC, che traccia ogni prodotto attraverso la sequenza di assemblaggio e registra i parametri di processo e i risultati dei test rispetto a quel numero di serie in un registro dati locale.
Il sistema HMI include due SIMATIC Comfort Panels presso le stazioni operatore, più una workstation SCADA WinCC RT Advanced per il responsabile della produzione. Il SCADA fornisce dashboard OEE in tempo reale, diagrammi di Pareto per l'analisi dei tempi di inattività, pianificazione della produzione e grafici di trend della qualità. I quadri di controllo sono stati prodotti presso la struttura di SENTRADO con tutti i VFD, i servoazionamenti e la distribuzione dell'alimentazione pre-cablati e testati, riducendo al minimo i tempi di installazione in sito durante la finestra di fermo di due settimane.
Punti salienti dell'architettura di sistema
- Siemens S7-1200 CPU 1215C con PROFINET IRT
- Rete PROFINET IRT per movimento multiasse deterministico
- Server OPC UA per l'integrazione standardizzata del MES
- Tracciabilità del prodotto basata su codice a barre in ogni stazione di assemblaggio
- Servoazionamenti V90 con SINAMICS per movimenti pick-and-place
- WinCC SCADA con dashboard OEE in tempo reale
- Quadri pre-cablati per installazione rapida durante lo shutdown
- Integrazione del sistema di visione tramite PROFINET
Parametri di sistema e configurazione
| Sistema di controllo | Siemens SIMATIC S7-1200 |
| Controller | 1 × CPU 1215C DC/DC/DC |
| Punti I/O totali | 280+ (AI: 24, AO: 8, DI: 160, DO: 88) |
| Assi di movimento | 4 × assi servo (PROFINET IRT) |
| Protocollo di comunicazione | PROFINET IRT / OPC UA / Modbus TCP |
| Pannelli HMI | 2 × TP700 Comfort + 1 stazione di lavoro SCADA |
| Quadri di comando | 2 × IP54 |
| Servoazionamenti | 4 × SINAMICS V90 (1.5kW) |
| Tempo ciclo | 8 secondi (ridotto da 14 secondi) |
| Interfaccia MES | OPC UA con connessione crittografata |
| Tracciamento del prodotto | Codice a barre in 6 stazioni |
| Monitoraggio OEE | Calcolo automatizzato in tempo reale |
Componenti chiave e hardware
Siemens CPU 1215C
6ES7215-1AG40-0XB0
Controllore di linea principale
Servoazionamento SINAMICS V90
6SL3210-5FB10-1UF0
Servoazionamento PROFINET
SIMOTICS S-1FL6
1FL6042-2AF21-1AA1
Servomotore per pick-and-place
TP700 Comfort HMI
6AV2124-0GC01-0AX0
Pannello touch operatore
WinCC RT Advanced
6AV2104-0DA06-0AA0
SCADA con opzione OEE
SCALANCE XC208
6GK5208-0BA00-2AC2
Switch PROFINET IRT
SITOP PSU6200
6EP3333-7SB00-0AX0
Alimentatore stabilizzato 24V/10A
Contattore SIRIUS 3RT2
3RT2025-1BB40
Contattore motore con contatti ausiliari
Fasi del progetto
Progettazione e programmazione
6 settimaneSpecifiche hardware, sviluppo software prima dell'arresto
Produzione di quadri
3 settimaneQuadri pre-cablati completamente testati presso SENTRADO
Preparazione pre-arresto
2 settimaneCanaline portacavi, infrastruttura di rete, configurazione MES
Fermo impianto Settimana 1
1 settimanaRimozione del vecchio sistema, installazione di nuovi quadri, cablaggio
Settimana di arresto 2
1 settimanaAccensione, controlli I/O, prove a vuoto, convalida della produzione
Supporto post-avvio
4 settimaneIngegnere in loco per ottimizzazione e messa a punto
Formazione
1 settimanaFormazione per operatori e team di manutenzione
Supporto continuo
12 mesiDiagnostica remota e servizio in garanzia
Risultati misurabili
Dati sulle prestazioni verificati dopo il commissioning del sistema e il funzionamento continuativo.
Da 14s a 8s per unità
Visibilità dei dati di produzione in tempo reale
Monitoraggio automatizzato di OEE e qualità
Tracciabilità a livello di stazione e rilevamento precoce
Prima vs Dopo: Confronto Quantificato
| Metrico | Prima | Dopo | Modifica |
|---|---|---|---|
| Tempo di ciclo per unità | 14 secondi | 8 secondi | −40% |
| Integrazione MES | Macchine autonome, nessun dato | Integrazione MES in tempo reale al 100% | Connesso |
| Inserimento manuale dei dati | Tracciamento OEE su carta | 0 inserimento manuale (automatizzato) | −100% |
| Tasso di difettosità | Linea di base | Riduzione del 30% (rilevamento precoce) | −30% |
| Visibilità della produzione | Riepilogo di fine turno | Dashboard OEE in tempo reale | In tempo reale |
Dati basati sui report di collaudo del progetto e su misurazioni operative sostenute. Il nome del cliente è disponibile sotto NDA.
Impatto sul risultato finale
Il sistema di automazione fornito ha superato tutti gli obiettivi di prestazione specificati nel contratto, raggiungendo una maggiore produttività, un minore consumo energetico e una migliore qualità del prodotto rispetto al funzionamento di base. Il cliente ha riportato un ritorno sull'investimento completo entro il periodo di ammortamento previsto e da allora ha incaricato SENTRADO per ulteriori fasi di espansione dell'impianto.
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