Selektives Identifizieren

Selektives Identifizieren
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Lesestation 3 - Während der Dichtigkeitsprüfung sind maximal vier Heizkessel in der Prüfzone
26.02.2014 | Mit der Installation eines Ultrahoch-Frequenz Industrial RFID Systems von BALLUFF an einer Montagelinie für Heizkessel, hat die zur Viessmann-Gruppe gehörende Gießerei WESO eine der schwierigsten Aufgaben zur Ermittlung von OEE Kennzahlen gelöst.

„Voraussetzung für den Erfolg war das Know-how der Spezialisten von BALLUFF, die mit ihrem Power-Scan-Verfahren die Prozessparameter des Lesesystems vor Ort optimal eingestellt haben“, resümiert Michael Kreide, der bei WESO für das IH-Management zuständige Abteilungsleiter.
 
Das Ermitteln von OEE (Overall Equipment Efficiency) Kennzahlen gestaltet sich immer dann extrem schwierig, wenn in Prozessabläufen ein steuerungstechnisches Erfassen und Vergleichen von Parametern nicht möglich ist. Dies gilt häufig für Montagelinien mit überwiegend manuellen oder teilautomatisierten Prozessen. Hier lassen sich oft keine zusätzlichen Messsysteme wie etwa Druckluft-Durchflusssensoren oder Stromzähler integrieren, deren Messwerte über eine Steuerung, zusammen mit anderen Parametern den einzelnen Produkten, zugeordnet werden könnten. Im Rahmen eines ReVista Projektes hat sich Michael Kreide mit einer Montagelinie für Heizkessel gezielt den am schwierigsten zu erfassenden Bereich ausgesucht, um das bestehende Monitoring des Energiemanagementsystems, mittels Bauteilidentifizierung durchgängig bis auf Produktebene zu realisieren.
 
ReVista steht für ganzheitliche Ressourcen- und verfügbarkeitsorientierte Instandhaltungsstrategien, die eine material- und energieeffiziente Produktion ermöglichen und eine bedarfsgerechte Verfügbarkeit im Betrieb sicherstellen. Letztlich geht es auch um die Steigerung der Prozesseffizienz, die bei WESO auf dem Grundgedanken der kontinuierlichen Verbesserung (KVP) basiert und als Unternehmensziel verankert ist.
 
WESO,   im mittelhessischen Gladenbach gelegen, st eine der großen deutschen Gießereien mit mehr als 400 Mitarbeitern. Das Unternehmen fertigt seit über 120 Jahren hochwertige Grauguss-Produkte für den Weltmarkt. Heute versteht sich die Viessmann-Tochter als Komplettdienstleister rund um den Guss. Das Produktportfolio  umfasst Präzisionsgussteile für den Maschinen- und Getriebebau,  für Pumpen und Armaturen, Kältemaschinen,für den Traktoren- und Schienenfahrzeugbau bis hin zu Bauteilen für Heizkessel. Letztere werden in besagter Montagelinie in derzeit 135 unterschiedlichen Varianten in Größen von 15 bis 270 kW montiert. Die Durchlaufzeiten liegen zwischen 7,4 und 122 Minuten. „Zu den besonderen Anforderungen aus stark variierenden Bauteildimensionen und wechselnden Montagelagen kommt, dass wir teilweise mit flüssigen Arbeitsstoffen hantieren, die in der ohnehin schon vergleichsweise rauen Umgebung jegliche Teileerkennung mit optischen Systemen zusätzlich erschweren“, ergänzt Kreide. Aus diesem Grund hat er nach einer RFID-Lösung gesucht, um die Heizkessel in den jeweiligen Stationen der Montagelinie einzeln zu identifizieren und so die tatsächlichen Betriebsstoffverbräuche wie Strom, Druckluft, Arbeitsstoffe etc. exakt jedem Heizkessel zuordnen und OEE-Kennzahlen ermitteln zu können.


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Lesestation 2 - Antennenposition am Eingang des Füge-modells

Ideale Identifikationstechnologie
 
RFID, sprich Radio Frequency Identification ist für Kreide angesichts der vorherrschenden Bedingungen deshalb die richtige Technologie, weil damit eine automatische Identifizierung von Objekten gleich welcher Art und sogar ohne direkten Sichtkontakt zwischen Datenträger und Lesegerät gewährleistet ist. Das bedeutet auch, dass im Vergleich zur optischen Erkennung selbst die Informationen von möglicherweise verschmutzten Datenträgen, dank der Funk-Datenübertragung, lesbar sind. Von den fünf verschiedenen, mit unterschiedlichen übertragungsfrequenzen arbeitenden RFID-Systemen von BALLUFF, ist für die Montagelinie bei WESO die ultrahochfrequente (UHF) Version BIS U die optimale Lösung. Mit 865 (EU) bzw. 915 (US) MHz deckt sie Lesebereiche von bis zu sechs Meter ab.
 
Die Herausforderung besteht nun allerdings darin, die Prozessparameter des Lesesystems, d.h. den Arbeitspunkt so einzustellen,  dass immer nur der Datenträger erfasst wird, der erfasst werden soll, selbst, wenn sich noch weitere Datenträger im unmittelbaren Umfeld befinden, was auf Grund der Gegebenheiten in der Montaglinie bei WESO unvermeidbar ist. Dies wird dadurch erreicht, dass man durch Variation der Antennenleistung den Einstellwert bestimmt, bei dem die Transponderfunktion gerade noch gewährleistet ist - andere Transponder jedoch nicht angesprochen werden. Durch eine applikationsabhängige Erhöhung der Antennen-Sendeleistung über die minimal notwendige Ansprechfeldstärke hinaus wird der Arbeitspunkt so eingestellt, dass das Identifikationssystem - Transponder und Auswerteeinheit - immun gegenüber Veränderungen der Umgebung und Bauteil- oder Montageschwankungen ist. Dieser Wert bestimmt dann auch den tatsächlichen Lesebereich einer  Antenne  Die richtige Einstellung ist also Voraussetzung für einen selektiven Erfassungsprozess.
 
Individuelle Einstellung vor Ort
 
Bei der Einstellung der Prozessparameter ist allerdings der reale Verlauf der Felddämpfung unbedingt zu berücksichtigen. In einer realen Umgebung treffen die von einer Antenne ausgesandten elektromagnetischen Wellen auf Objekte in unterschiedlicher Form, Größe und Materialbeschaffenheit. Dies führt zu Streuungen und Reflektionen, wodurch sich sogenannte vagabundierende Wellen mit den Primär- oder mit bereits an anderen Objekten reflektierten Wellen überlagern können. Da sich die Umgebungssituationen der einzelnen RFID-Lesestellen voneinander unterscheiden, muss die Ansprechfeldstärke bzw. die korrespondierende Antennen-Sendeleistung für jeden Erfassungspunkt einzeln bestimmt werden. Die RFID-Profis von BALLUFF machen dies vor Ort mit ihrem speziellen Power Scan Verfahren, das von einer  speziell für die Inbetriebnahme solcher Applikation entwickelten Software unterstützt wird. Damit wird die Sensitivität der Datenträger an einem Montagepunkt im Raum vor der Antenne gemessen und so die minimal notwendige Antennen-Sendeleistung ermittelt. Bei Kenntnis des sogenannten charakteristischen Anregungskennfeldes lässt sich  der Lesebereich nun so festgelegen, dass ein ungewolltes Auslesen von Datenträgern im näheren Umfeld unterbleibt.


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Fügemodul: Einfahrt eines montierten Kessels mit Transponder (hier für Testzwecke horizontal montiert)

Vier Antennen an einer gemeinsamen Auswerteeinheit
 
Bei WESO wurden einhergehend mit der Einstellung der Prozessparameter über das Power Scan Verfahren auch die idealen Positionen für die Antennen sowie die am besten geeignete Anbringung der austauschbaren Datenträger an den Heizkesselgehäusen ermittelt. Insgesamt sind zur überwachung der Arbeitsstationen in der Montagelinie vier Antennen installiert, die alle über eine einzige gemeinsame Auswerteeinheit angeschlossen sind. Die erste Antenne deckt den Bereich der Einschleusung ab. Hier werden die Einzelsegmente der Heizkessel manuell aufgelegt und ein Datenträger mit einer festen Identifikationsnummer am Grundkörper befestigt. Dazu entnimmt der Werker einen Transponder aus einer Vorratsbox und hält diesen in den Lesebereich der Antenne. Deren Sendeleistung ist so gedrosselt, dass der Leseabstand des Transponders nur ca. 30 Zentimeter beträgt. Mit dieser Einstellung ist sichergestellt, dass nur der unmittelbar vor die Antenne gehaltene Transponder gelesen und im System angemeldet wird. Die nebenan in der Vorratsbox liegenden Transponder werden dagegen nicht erfasst. Beim Einfahren des Kessels in die folgende Fügestation erfasst eine zweite Antenne  den Transponder. Nach dem Verpressen erfolgt die Montage diverser Anbauteile, bevor die Heizkessel in eine Prüfstation zur Dichtigkeitsprüfung kommen. Eine dritte, hier installierte Lesestation ermöglicht ebenfalls wieder die selektive Zuordnung der Betriebs- und Hilfsstoffverbräuche. „Die Einstellung der Lesestation in diesem Bereich erwies sich als besonders anspruchsvoll, weil sich je nach Kesselvariante bis zu vier Kessel auf engem Raum innerhalb der Prüfstation befinden und sich auf Grund der kontinuierlich laufenden Vormontage unmittelbar vor dem Einlauf der Prüfstation weitere Kessel ansammeln“, erzählt Kreide. Ist die Dichtigkeitsprüfung abgeschlossen gelangen die Heizkessel in den Verpackungsbereich, wo auch der Transponder wieder entfernt wird und  gleichzeitig die Fertigmeldung über die vierte an dieser Stelle installierte Antenne erfolgt.
 
Rückblickend sagt Kreide zu der erfolgreichen Installation des BALLUFF RFID-Systems: „Die wussten was sie tun!“


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