Prozesswerte, Verbrauchsdaten, Kennzahlen überall im Zugriff via Webbrowser:

Live & online: Produktionsüberwachung bei Steinbeis Papier Glückstadt

Verbrauchsdatenerfassung mit Papier und Bleistift? Was vielerorts noch gängige Praxis ist, gehört bei der Firma Steinbeis in Glückstadt der Vergangenheit an. Ein neues System fasst Verbrauchs- und Produktionsdaten zusammen und erlaubt Überwachung der Aktualwerte und Berichte über historische Daten. Steinbeis selbst hat die Anwendung weitestgehend projektiert.

Autor: Hanjo Schlüter, erschienen in der apr Allgemeine Papier-Rundschau 5/2010, S. 14–17, PDF

Steinbeis Papier steht nicht nur für hochwertige Produkte aus 100 % Altpapier, sondern auch für technische Innovation und Umweltschutz in der Fabrikation – ein Engagement, dass den Glückstädtern im Jahr 2008 den Deutschen Nachhaltigkeitspreis einbrachte. Rund 350 Mitarbeiter produzieren vierzig Kilometer vor den Toren Hamburgs Magazinpapiere für den Rollenoffsetdruck und Multifunktionspapiere für Büroanwendungen. Steinbeis nimmt für sich Europas Markt- und Technologieführerschaft für grafische Recyclingpapiere in Anspruch. Seit Dezember letzten Jahres liefert eigenes Kraftwerk den Großteil der benötigten Energie: Mit hocheffizienter Kraftwärmekopplung spart es jährlich 200.000 Tonnen CO2-Emissionen ein; so viel, wie eine kleine Stadt im Jahr ausstößt.

Steinbeis Papier Glückstadt

Verbrauchszähler statt Zettel und Stift

Projekte der Elektro-, Mess- und Regeltechnik setzt Steinbeis-Mitarbeiter Frank Schnoor um – „von der Datenbankprogrammierung bis zur Hochspannung“, wie der 29-jährige Diplom-Ingenieur erzählt. Auch die Erfassung und Auswertung von Prozessdaten fällt in seinen Bereich. Die Nachteile der täglichen „Zählerrunde“ mit Zettel und Stift liegen auf der Hand: arbeitsintensiv, ohne Aktualwerte, fehlerträchtig zum Beispiel durch Tippfehler bei der Datenübernahme.

Inzwischen erledigen 75 Energiezähler und rund 100 weitere Aufnehmer für Wasser, Gas, Dampf und Druckluft an den einzelnen Anlagenteilen die Arbeit. Über ein LON-Bus-System landen die Daten in Microsofts SQL Server. Sie liegen damit wesentlich präziser und quasi in Echtzeit vor – doch wie sollen daraus genau die Informationen generiert werden, die Produktionsleitung, Controlling, Kraftwerksleitung oder Geschäftsführung benötigen?

„Das Energie-Erfassungsystem erlaubt zwar eine Visualisierung, aber kein Reporting. Außerdem müsste ich jeden Clientrechner einzeln installieren und lizenzieren“, fasst Schnoor zusammen. Zudem gäbe es da noch Auftragsdaten aus dem Produktionsleitsystem, die in eine Verbrauchsauswertung mit einfließen können. Zum Beispiel, um die Verbräuche produkt- oder auftragsabhängig auszuwerten.

Auswertung selbst projektieren

Der Automatisierer von Steinbeis hat sich dafür entschieden, neben dem Manufacturing Execution System (MES) Energiedatenerfassung und Prozessleitstand ein weiteres System einzusetzen: Den Factory Application Server, oder kurz „FAS“, der Firma inray Indusriesoftware GmbH.

Als Entwicklungsrahmen für beliebige Lösungen auf MES/SCADA-Ebene ist der FAS bewusst offen und flexibel gehalten – zum Beispiel, um Prozesswerte und Maschinendaten aus verschiedenen Systemen zusammenzuführen und auszuwerten oder umgekehrt beliebige Produktionseinrichtungen mit Aufträgen, Rezepten oder Materialinformationen zu versorgen.

„Dass Kunden wie Steinbeis ausschließlich die Module fürs Datenmanagement einsetzen, ist gar nicht so selten“, erläutert Sören Rose, Leiter der Software-Entwicklung bei inray, „Datenbank- und OPC-Anbindung (Objekt Linking an Embedding for Process Control) Charting, Reporting; während andere eher die Steuerungs-Funktionalitäten wie Auftrags-, Lager- und Rezepturverwaltung oder das Wartungsmodul nutzen.“

Welche Lösung auch immer der Kunde realisieren will, er lizenziert neben der Zentralanwendung nur die benötigten Module, und das auch nur einmal pro Server: Die Clients sind in der Zahl unlimitiert und bleiben installationsfrei. Als Client-Software dient ein Web-Browser. FAS-Anwendungen lassen sich ohne Plug-ins wie Flash oder Silverlight darstellen.

„Live View“ nennt inray die Technologie, die die Datenkommunikation des FAS steuert. Das Modul überwacht Aktualwerte aus Datenbanken und OPC nach Vorgaben des Projektierers und veranlasst die Aktualisierung der Wertanzeigen zur Laufzeit, ohne Bedienereingriff, ohne Seitenrefresh, ohne Flash-Elemente.

„Aktualwert“ kann zum Beispiel der letzte in der Datenbank aufgelaufene Messwert, der aktuelle Mittelwert oder eine Hochrechnung auf Basis der neuesten Daten sein. Genauso können ganze Abfrageergebnisse in der Anzeige aktuell gehalten werden.

„Natürlich projektieren wir den FAS auch“, so inray-Ingenieur Rose, „aber dem Kunden steht es frei, zu ändern, beliebige Anwendungsteile selbst zu erstellen und natürlich erreichbare Fremdsysteme anzubinden.“ Was über den eigenen grafischen Designer nicht einmal besonders aufwendig sei.

Daten automatisch aggregieren

Genau das hat Frank Schnoor bei Steinbeis also getan: Den FAS installiert und in Betrieb genommen. In seiner Projektierung liefert der MS SQL Server die Datengrundlage, er speichert ja bereits die Energiedaten. Über entsprechend getriggerte Stored Procedures (gespeicherte Handlungsanweisungen) holt der SQL Server außerdem minütlich Produktionsdaten aus der Oracle-Datenbank des MES ab. Dies habe sich, so Schnoor, als leistungsfähigste Variante erwiesen.

Das Datenbank-Modul des FAS greift auf die Daten zu und sorgt mit der Live-View-Technologie stets für aktuelle Werte und Berechnungsergebnisse auf den Anwendungseiten. Die Seiten selbst projektiert Frank Schnoor grafisch: Mit der Maus zieht er die Anzeigeelemente auf den gewünschten Platz. Das System erstellt automatisch Navigationsmenüs für Unterseiten und übernimmt die Veröffentlichung im Intranet.

Energie- und Verbrauchsdaten nahe Echtzeit

„Auf meiner Übersichtsseite sehe ich dann alle relevanten Daten auf einen Blick“, erläutert Frank Schnoor am Internet Explorer, „unser eigenes Kraftwerk, das Umspannwerk, Papieraufbereitung, Papiermaschinen, Ausrüstung, Klärwerk.“ Angezeigt werden Wirk- und Blindleistung, erzeugte, selbst verbrauchte, eingespeiste und bezogene Energie. Weitere Seiten zeigen entsprechend detailliert die Zahlen zu Dampf, Druck, Gas, Betriebs- und Abwasser.

In der Praxis bleibt die Anwendungsseite am Bildschirm oft geöffnet. Der zuständige Mitarbeiter, sei es aus der Kraftwerks- oder Produktionsleitung, wirft zwischendurch immer wieder einen routinemäßigen Blick auf „seine“ Daten. Dass er ohne Tastendruck oder Mausklick immer den aktuellen Stand sieht, verdeutlicht die Vorteile der FAS Live View im Anwendungskontext.

Der Mitarbeiter weiß, wann die Blindleistung zu hoch wird, ob er die Kompensationsanlagen überprüfen muss oder nicht. Oder er sieht, dass der aktuelle Betriebswasserverbrauch den Sollbereich verlässt, vielleicht die Hochrechnung für den Tag weit über dem Durchschnitt liegt – und er eventuell ein Leck oder ein vergessenes Ventil vermuten muss.

Für den schnellen Blick in die Historie stehen Charts zur Verfügung, die zu den Prozesswertverläufen zum Beispiel auch die Maschinenzustände im Gantt-Diagramm übersichtlich darstellen.

Wohlgemerkt: Hier geht es nicht um Prozessüberwachung in Echtzeit mit Werten und Alarmen direkt aus den Steuerungen, die unter Umständen sofortiges Eingreifen zwingend erforderlich machen. Die FAS-Anwendung setzt eine Ebene höher in der allgemeinen Produktionsüberwachung an und bezieht die Daten aus der Datenbank. Sie präsentiert nicht nur Aktualwerte, sondern gleich Mittelwerte oder Hochrechnungen für den Tag oder den Monat. Diese statistischen Auswertungen werden vom FAS auch automatisch als Berichte generiert und per E-Mail versendet; zum Beispiel an das Controlling, das dann wiederum Informationen zur genauen Kostenkontrolle zeitnah vorliegen hat.

In den Berichten ließe sich auch ein so genanntes Drill-down projektieren – aus den Monatswerten heraus in die grundlegenden Tageswerte schauen und hier z. B. produkt- oder anlagenspezifische Verbrauchsdaten analysieren.

Der FAS Designer - die grafische Oberfläche zur schnellen Projektierung

Datengrundlage für Kennzahlen

Den ersten Schritt zur Berechnung aussagekräftiger Kennzahlen hat Frank Schnoor bei Steinbeis mit der Datenzusammenführung bereits vollzogen: Die vom MES erfassten Produktionsdaten setzt der FAS mit den Verbrauchsdaten in Beziehung.

So lässt sich an den Papiermaschinen aus der verbrauchten Energie einerseits, aus dem Flächengewicht, der Bahngeschwindigkeit und -breite andererseits die Produktionsmenge je Stunde und die spezifische Wirkleistung in Megawattstunden je Tonne Papier berechnen. Die Berechnung findet natürlich im Hintergrund statt, die Anwendungsseite weist stets die aktuellen Kennzahlen aus.

Soll- und Durchschnittswerte für die einzelnen Verbräuche können produkt- und/oder anlagenspezifisch vorgegeben und ermittelt werden. Die tatsächlichen Werte können entsprechend präziser beurteilt werden, um letztlich versteckte Kostenfallen aufzuspüren und die Produktion insgesamt effizienter zu gestalten.

Ausschnitt aus einem PDF-Report (hier: Betriebswasserverbrauch). Die Berichte sind frei parametierbar und können z.B. per E-Mail automatisch verteilt werden.

Softwarerouter brachte inray und Steinbeis zusammen

Kennen gelernt hat Schnoor die inray-Lösungen übrigens auf einer Informationsveranstaltung zum Thema „SAP und Produktionsnetz koppeln“. Dort setzt inray eine weitere Komponente, den schlanken OPC Router, ein.

„Diesen Router haben wir als erste inray-Software in Betrieb genommen“, blickt Schnoor zurück, „noch vor den FAS-Projekten.“ Zwar nutzt Steinbeis den OPC Router nicht zur SAP-Anbindung, wohl aber zum schnellen Datentransfer vom MES in die Steuerungen der Verpackungslinie.

Der OPC Router überträgt bei Steinbeis Auftragsdaten an den Palettierer, stößt den Etikettendruck an, sendet Einlagerinformationen zum Staplerterminal und meldet jeweils den Erfolg zurück ans MES: Auftragsverfolgung mit Laufzetteln entfällt.

Der Aufwand für die Datenkommunikation? Bei Steinbeis schätzt man das einfache Prinzip der offenen Standards, das keine teure Programmierung erfordert – Router wie auch FAS werden installiert, grafisch projektiert und gestartet. Die Komponenten sind beliebig skalier- und erweiterbar; die Folgeaufträge für Steinbeis-Ingenieur Frank Schnoor bleiben nicht aus. Er arbeitet bereits intensiv an den nächsten Kennzahl-Berechnungen mit dem Factory Application Server.