SIMATIC trifft Roboter

SIMATIC Robot Integrator vereinfacht Roboterintegration in Bad Neustadt.

Wenig Platz und ein komplexer Prozess machten die Eigenentwicklung der neuen Träufelanlage im Siemens-Motorenwerk in Bad Neustadt. zu einem spannenden Unterfangen. Gut, dass Programmierung und Integration der beiden Roboter in die Automatisierung der Anlage dank SIMATIC Robot Integrator ganz einfach waren.

Fast schon behutsam greift einer der beiden Roboter in der neuen Träufelanlage den Motor, steckt ihn auf den Zapfen des Revolvermagazins und überwacht kurz den Aufheizprozess, bevor die Motorwicklungen von einem zweiten Roboter mit Isolierharz beträufelt werden. „Mit dieser neuen Träufelanlage können wir das Harz zum Isolieren der Motorwicklungen jetzt ganz exakt und spezifisch für jeden Motortyp dosieren. Dadurch sparen wir eine erhebliche Menge an Isolierharz. Außerdem wird nur die Kupferwicklung benetzt und alle weiteren Teile bleiben sauber, sodass keinerlei Nacharbeiten mehr nötig sind – was die gesamte Prozesskette für die Motoren hier in Bad Neustadt schlanker und agiler macht“, erklärt Martin Seifert, der zusammen mit seinem Kollegen Marcel Wegner als SPS und Roboter-Programmierer für die Entwicklung der Roboterapplikation und Automatisierung dieser Anlage verantwortlich war.

Das Siemens Elektromotorenwerk Bad Neustadt

Das Elektromotorenwerk in Bad Neustadt ist im Siemens-Konzern eines der Stammwerke für die Herstellung von Elektromotoren. Rund 500.000 Motoren unterschiedlichster Leistungsklassen verlassen jedes Jahr die hochmoderne Produktion, die seit 2016 eine der Modellfabriken für die Digitalisierung an der Werkzeugmaschine ist. Durch den Einsatz digitaler Methoden und Werkzeuge wird in Bad Neustadt die digitale Transformation der Fertigung Realität – mit dem Ziel, nicht nur innerhalb der Siemens AG neue Benchmarks für Effizienz, Produktivität und Qualität zu setzen.

Interdisziplinäres und digitales Entwicklungsprojekt

Die gesamte Anlage wurde vom hauseigenen Werkzeugbau in Bad Neustadt entwickelt – „denn wir möchten bei allen Kernprozessen das Know-how im Haus haben“, so Martin Seifert. Das Entwicklerteam arbeitete daher eng mit dem Team der Prozessentwicklung zusammen, in dem Maximilian Kuhn die Träufelversuche betreute und optimierte. Für ihn und seine Kollegen in der Konstruktion war dieser Aspekt jedoch nicht die größte Herausforderung: „Die neue Anlage musste in einer vorhandenen Fertigung aufgebaut werden, in der nur ganz wenig Platz zur Verfügung steht. Deswegen mussten wir genau ausloten, wie wir die Komponenten anordnen, damit wir ausreichend Platz für alle Bewegungen des Roboters haben, auch bei Störungen. Daher haben wir am Anfang viel mit Simulationen gearbeitet, damit es dann am Ende auch wirklich passt.“ Doch damit nicht genug der neuen Ideen: Die Träufelanlage war auch das erste Projekt, bei dem der SIMATIC Robot Integrator als Werkzeug zum Einsatz kam. Mit dieser App lassen sich Roboter vieler Hersteller schnell und einfach in das Maschinenkonzept integrieren. Am Anfang bekam das Team in Bad Neustadt dabei Unterstützung vom Siemens-Stammhaus in Nürnberg, das über einen Server einen digitalen Zwilling der SIMATIC Robot Integrator-Anwendung bereitstellte. So konnte das Projektteam in Bad Neustadt ganz unkompliziert das Setup und das Handling testen.

Roboter und SPS: Das Beste beider Welten

Einer der großen Vorteile des SIMATIC Robot Integrators liegen für Martin Seifert darin, dass mit dieser Applikation die SPS und die Robotersteuerung besser zusammenarbeiten als bisher. Die Durchgängigkeit der Automatisierung setzt sich damit ein Stück weit auch bis zum Roboter fort. „Das fängt schon bei der Übernahme der Pfade aus der Simulation an, die wir aus Process Simulate in das Automatisierungsprogramm im TIA Portal übernehmen können, und setzt sich im Engineering fort. Da alle Daten zu Pfaden und Zuständen in der SPS liegen, habe ich nur noch eine Schnittstelle, die ich im TIA Portal ganz leicht pflegen kann. Ich kann mir die passenden Bausteine zusammenstellen und bei Bedarf anpassen – alles auf einer einheitlichen Basis.“ Noch dazu bietet die zyklische Datenverarbeitung in der SPS ganz neue Möglichkeiten, mit Anlagenzuständen umzugehen: „So lassen sich beispielsweise Rückzugsstrategien im Vergleich zur sequenzbasierten Robotersteuerung viel einfacher automatisieren, indem Not-Halt-Signale direkt an der richtigen Stelle bearbeitet werden. Ohne, dass im Programm gesprungen werden muss, fährt der Roboter sicher in Grundstellung.“

Die Steuerung aus der SPS heraus ist zudem deutlich flexibler. Neue Signale lassen sich in TIA Portal einfach hinzufügen, ohne dass dazu die Roboterschnittstelle verändert werden muss. Alle Funktionen können einfach über Funktionsbausteine im TIA Portal projektiert werden, was im Engineering viel Zeit spart: „Ich ziehe die Bausteine in mein Programm und habe innerhalb kürzester Zeit die Basisapplikation fertig. Schon beim ersten Projekt war ich so mindestens 20 % schneller.“

Ich habe mit dem Robot Integrator die Basisapplikation innerhalb kürzester Zeit fertig. Schon beim ersten Projekt war ich so mindestens 20 % schneller.
Martin Seifert, Programmierer, Siemens Motorenwerk Bad Neustadt

Einfacheres Handling auch im Betrieb

Beide Roboter werden über die zentrale SIMATIC S7-1500 angesteuert und über ein gemeinsames SIMATIC HMI Panel bedient. Das macht die Architektur der neuen Anlage schlanker und erleichtert auch viele Aufgaben im Betrieb. Da auch das HMI jetzt einfach mit standardisierten Templates umgesetzt wird, kann der Bediener immer das gleiche vertraute Interface nutzen – egal, an welcher Anlage oder an welchem Roboter er sich befindet. Auch Service und Wartung profitieren von der besseren Durchgängigkeit der Automatisierung: Im Fehlerfall kann der Mitarbeiter in der Instandhaltung alle Diagnosedaten über das Automatisierungsprojekt im TIA Portal aufrufen, auch bei einer Störung des Roboters, etwa wenn ein Signal fehlt. Dazu können die Wartungsteams die gleiche Umgebung wie für alle Automatisierungsprojekte nutzen, was die Fehlersuche und Fehlerbehebung deutlich vereinfacht. Auch die Umstellung auf einen neuen Motortyp ist jetzt im Handumdrehen erledigt: „Dazu haben wir im HMI eine Punkteliste angelegt. Dieser Liste kann ich jetzt einfach einen neuen Punkt hinzufügen: Ich fahre den Roboter in die Position, wo er zum Beispiel träufeln soll, speichere sie entsprechend ab und bin dann eigentlich fertig – statt zwei Stunden brauche ich dafür jetzt höchstens eine halbe Stunde“, erklärt Martin Seifert. Er ist vom SIMATIC Robot Integrator vollends überzeugt: „Angefangen bei der Bedienung, bei der die Kollegen immer mit dem vertrauten SIMATIC HMI arbeiten können, bis zur Diagnose aller Komponenten – auch des Roboters – im TIA Portal: Alles ist aus einem Guss, einfach und gut zu bedienen. Das nimmt die Scheu vor der Technik und man kennt sich einfach aus.“

Die nächsten Projekte sind schon geplant

Angesichts dieser Vorteile wird das Werk in Bad Neustadt den SIMATIC Robot Integrator auch für weitere Projekte nutzen, so der Entwickler weiter: „Und das Schöne ist ja, dass wir jetzt Standards haben, die wir auch für weitere Projekte nutzen können und dadurch noch effizienter werden – ich rechne mit Einsparungen von bis zu 50 % im Engineering.“ Und die Folgeprojekte lassen nicht lange auf sich warten: Derzeit ist schon eine neue Montagelinie mit insgesamt 7 Robotern in Planung. Bei diesem Projekt wird Martin Seifert neben der SIMATIC Robot Integrator App auch die SIMATIC Robot Library einsetzen. Mit dieser universellen Roboterbibliothek können die Entwicklungsteams im Werkzeugbau in Bad Neustadt ihre Applikationen analog auch für unterschiedliche Roboterhersteller nutzen. So kann das Werk seine Kompetenzen optimal nutzen: „Früher mussten wir die Roboterprogrammierung oft extern vergeben. Jetzt können wir das im Haus erledigen.“