Schritt für Schritt die Zukunft ansteuern

Schritt für Schritt die Zukunft ansteuern

Modernisierung der Steuerungstechnik und des Materialflussrechners sichert Verfügbarkeit Schrittweise Umstellung Verstehen, simulieren, umstellen

Lagermodernisierungen sollten im Vorfeld gut geplant sein und zukünftige Entwicklungen berücksichtigen. Dies gilt auch für ein umfangreiches Modernisierungsprojekt von zwei großen Kühllogistikzentren eines namhaften Nahrungsmittelherstellers.

1.  (Quelle: Felix Vogel/stock.adobe.com)
2. Mit „WinCC“ realisierte Anlagenvisualisierung auf dem Materialflussrechner (MFR) (Quelle: Eckelmann)
3. Die beiden neuen Materialflussrechner tragen zur Steigerung der Effizienz bei, indem sie logistische Prozesse schneller optimieren und flexibel auf Erfordernisse des Warehouse Management Systems reagieren. (Quelle: Eckelmann)

Die Teilmodernisierung umfasste zunächst die Migration auf die neueste Generation von Simatic-S7-Steuerungen und in einem zweiten Schritt die Ersetzung der Materialflussrechner, inklusive der Anlagenvisualisierung mit „WinCC“ und die Anbindung an das Warehouse Management System (WMS). Entscheidend für den Kunden war das umfassende Know-how der das Modernisierungsprojekt ausführenden Eckelmann AG in der Systemintegration für Intralogistik-Lösungen sowie die Herstellerunabhängigkeit und das sehr methodische Vorgehen bei Modernisierungsprojekten. Das Prozess-Verständnis der Projektingenieure und der lösungsorientierte Einsatz aktueller Technologien sind die „Zutaten“ für smarte Automatisierungslösungen, die sich durch einen hohen Grad an Individualität von der Masse abheben und dem Kunden so einen langfristigen Wettbewerbsvorteil verschaffen.

„Schrittweises Vorgehen ist eine einfache, aber generell wirksame Strategie, um Modernisierungsrisiken zu minimieren“, erklärt Torsten Seidel. Er ist Experte für die Level-1-Automatisierung bei Eckelmann und weiß aus Erfahrung: „Manchmal benötigt ein Teilschritt bei der Umstellung auf eine neue Technologie mehr Zeit als geplant. Dies liegt in der Natur komplexer Modernisierungsprojekte. Daher wurden hier vorab kritische Anlagenteile simuliert und durch eine Fallback-Lösung abgesichert.“

Zwei Logistikzentren für tiefgekühlte Produkte

Die fertigen tiefgekühlten Produkte werden an zwei Standorten in Distributionslagern eingelagert, von denen aus das Unternehmen u.a. den Lebensmitteleinzelhandel wie Großkunden beliefert. Das Logistikzentrum am ersten Standort besteht aus zwei Tiefkühl-Hochregallagern (−25 °C) und zwei Normaltemperatur-Hochregallagern mit einer Lagerkapazität von insgesamt ca. 19.000 Paletten. Die Einlagerung erfolgt hier vollautomatisiert über sechs Quertransportwagen (QTW) und neun Regalförderzeuge (RFZ). Über zwei Förderanlagen werden die Paletten direkt aus der Produktion in die Lager transportiert.

Am zweiten Standort stehen in vier Tiefkühl-Lagern Kapazitäten für etwa 23.000 Paletten zur Verfügung. Eine Besonderheit sind hier die beiden platzsparenden automatischen Paletten-Verschieberegallager, welche mit Staplern bedient werden. Die Gassen werden vollautomatisch geöffnet. Ein modernes Staplerleitsystem sorgt für kurze Zugriffszeiten und die Freigabe der Gassen.

Migration auf Simatic-S7-Systeme

Nachhaltig effiziente Prozesse in Produktion und Lager setzen den Einsatz moderner Technik und Automatisierung voraus. Darum entschied sich das Unternehmen, an beiden Standorten die Steuerungstechnik der Lagerautomatisierung auf den neuesten Stand zu bringen. Hohe Priorität sollte dabei der Schutz bestehender Investitionen haben, wie z.B. der Antriebstechnik. Außerdem sollte die Migration keine Rückwirkungen auf die laufende Produktion haben.

Um die Anlagenverfügbarkeit und Wettbewerbsfähigkeit langfristig zu sichern, war eine Ablösung der Steuerungstechnik notwendig geworden. Die Steuerungssysteme an beiden Standorten basieren größtenteils auf Simatic-S5-Steuerungen. Für bereits vorhandene S7-Steuerungen, wurde teilweise neue Software programmiert.

Es war vor diesem Hintergrund eine zukunftsgerichtete Entscheidung, alle Steuerungen auf S7 zu migrieren und bestehende Investitionen wie die Antriebstechnik oder Sensorik möglichst beizubehalten. Allerdings sollte man dabei schrittweise und planmäßig vorgehen, um die über Jahre „eingeschwungenen“ Systeme 1:1 in der neuen Technologie abzubilden. Als Steuerungen wurde mit der S7-1500 die jüngste Generation von Simatic-S7-Steuerungen eingesetzt, die in das Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) von Siemens integriert ist. TIA erlaubt einen komfortablen Zugriff auf die gesamte digitale Automation und ist die Basis für zukunftsorientierte Industrie 4.0-Lösungen und Services.

Gleichzeitig ist es immer eine große Chance, um über Jahre sukzessive erweiterte Automatisierungssysteme und Kommunikationsinfrastrukturen zu vereinheitlichen. So wurden beispielsweise im Paletten-Hochregallager in Logistikzentrum 1 die seriellen Datenlichtschranken von neun Regalbediengeräten und vier Querförderzeugen komplett auf Profinet als schnelles Ethernet-basiertes Feldbussystem umgestellt.

Es heißt zwar: „Never change a running system!“ Aber bei einer Migration von S5 auf S7 muss man streng genommen auch nicht das bestehende System im laufenden Betrieb antasten, sondern kann überschaubare Teilsysteme zunächst funktional 1:1 durch die neue Technologie substituieren. Die alten Systeme können als Rückfall- oder Parallelsysteme solange weitergenutzt werden, bis das neue alles einwandfrei kann, was das alte konnte. Daher wurde bei diesem Projekt zunächst nur die Steuerungsebene modernisiert und erst im zweiten Schritt auch der Materialflussrechner (MFR) ersetzt, einschließlich einer modernen Anlagenvisualisierung mit „WinCC“ und Anbindung an das Warehouse Management System (WMS).

Sobald die Migration von Steuerung und Materialflussrechner erfolgreich abgeschlossen ist, können die erweiterten Möglichkeiten der neuen Technologien ausgeschöpft werden, beispielsweise um Optimierungspotentiale zu erschließen oder um dank Client-Virtualisierung des Scada-Systems „WinCC“ zum Beispiel erweiterte Bedienkonzepte mit Thin-Clients oder auch Tablets zu realisieren.

Die vorhandene Automatisierung stammte größtenteils aus den Anfängen der 90er Jahre und wurde über die Jahre sukzessive erweitert.

Eine besondere Herausforderung bei solchen über Jahre optimierten Anlagen liegt darin, Bewährtes in der neuen Technologie beizubehalten. „Dies ist nicht immer so einfach, denn in jeder Anlage finden sich bekanntlich ,Blackboxen‘“, erklärt Torsten Seidel. „Diese tun genau das, was sie sollen, aber niemand weiß (mehr), wie sie das genau tun.“

Die Herausforderung: Eine lückenlose Dokumentation fehlt beziehungsweise die Personen, die sie programmiert haben, können nicht mehr Auskunft geben.

Solche Funktionalitäten müssen jedoch in den neuen Steuerungssystemen nachgebildet werden. Dies kann nur durch eine Analyse der Signalverarbeitung erfolgen und einer Nachbildung des Verhaltens in der neuen Plattform.

Migration im laufenden Betrieb methodisch planen

Für die Umstellung auf die neuen Steuerungen wurde vorher ein detailliertes Migrationskonzept mit Rückfallstrategien erarbeitet. Hierzu gehörte auch ein Pflichtenheft, in dem das Ablösekonzept mit den technischen Details exakt spezifiziert worden ist. So konnte während des laufenden Betriebs und während Wochenend- und Nachtstillständen die Steuerungstechnik sukzessive umgerüstet werden, einschließlich der Integration neuer Funktionalitäten. Dank der minutiösen Zeitplanung und guten Vorbereitung konnte die Steuerungstechnik an nur neun Wochenenden erfolgreich migriert werden.

Parallel dazu wurde bereits die Migration der Materialflussrechner in beiden Logistikzentren auf zwei virtualisierte „WinCC“-Stationen vorbereitet. Die Software wurde unter „C#“ programmiert. Die Datenbank ist mit einem Microsoft-SQL-Server realisiert worden.

Um eine hohe Usability und eine schnelle Vertrautheit mit dem neuen Scada-System zu gewährleisten, wurde die Anlagenvisualisierungen (siehe Abb. 1) nach den individuellen Anforderungen des Kunden umgesetzt. Die animierte Visualisierung des Verschiebelagers informiert den Bediener beispielsweise auf einen Blick über den aktuellen Status der Gassen. Dabei stand besonders das neue Feature des grafischen Wegeditors im Fokus. Hiermit lassen sich Ein- und Auslagerungswege frei definieren. Dies erhöht die Produktivität, da auf Änderungen in Abläufen sehr flexibel reagiert werden kann.

Darüber hinaus wurden erweiterte Möglichkeiten zum mobilen Bedienen und Beobachten geschaffen. Hierzu kommen mehrere iPads zum Einsatz. Mit den mobilen Scada-Lösungen für das WWW von Siemens kann plattformunabhängig über jeden Client mit HTML5-fähigem Browser flexibel auf Anlagendaten zugegriffen werden – eine ideale Ergänzung zur zentralen Leitstand-Bedienung. Über Tablets kann der Anwender jetzt schnell und zielgerichtet Informationen abrufen und sogar mit den Systemen interagieren. Die Inbetriebnahme der neuen Materialflussrechner (siehe Abb. 2) wurde ebenso im laufenden Betrieb vorgenommen, wobei das bestehende System auch hier jederzeit als „Fallback“ zur Verfügung stand.

Abkündigung als Chance genutzt

Dank der erfolgreichen Modernisierung sind die Logistikzentren des Lebensmittelherstellers für künftige Entwicklungen in der Lagerautomation und Digitalisierung jetzt wieder optimal aufgestellt. Die Abkündigung der S5-Technologie wurde hier als Chance genutzt. Das Re-Engineering hat die Anlage fit gemacht für die heutigen Anforderungen und die Basis gelegt, um von neuen Technologien profitieren zu können. Vom Web-Client bis hin zu Big-Data-Analytics sind hier keine Grenzen gesetzt, um Automatisierung digital weiterzudenken. (jak)

Eine Information der Eckelmann AG, Wiesbaden

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