Written by Ein Datenlogging in automatisierten Montageanlagen soll nicht möglichst viele Signale speichern, sondern die richtigen Informationen zum richtigen Zeitpunkt verfügbar machen. Für Produktion, Qualität und Instandhaltung ist entscheidend, was an einem Werkstück, einer Station oder einem Prozessschritt tatsächlich passiert ist.
Wer die Datenerfassung bereits in der Konzeptphase strukturiert, schafft eine bessere Grundlage für Fehleranalyse, Rückverfolgbarkeit und gezielte Prozessverbesserung. Dieser Beitrag zeigt, welche Ereignisse erfasst werden sollten, wie Zeitstempel sinnvoll eingesetzt werden und worauf bei der technischen Umsetzung zu achten ist.
Welche Ziele soll das Datenlogging erfüllen?
Am Anfang steht nicht die Auswahl einer Datenbank oder eines Kommunikationsprotokolls, sondern die konkrete Fragestellung. Je nach Anlage kann das Logging unterschiedliche Aufgaben erfüllen:
- Nachvollziehen, welche Prozessschritte ein Werkstück durchlaufen hat
- Zuordnen von Prüfresultaten zu Werkstück, Auftrag oder Seriennummer
- Erkennen von wiederkehrenden Störungen und langen Wartezeiten
- Unterstützen der Ursachenanalyse bei Qualitätsabweichungen
- Dokumentieren von Bedienereingriffen, Quittierungen und manuellen Freigaben
- Vergleichen von Sollablauf und tatsächlich ausgeführtem Ablauf
Diese Ziele sollten priorisiert werden. Ein Log, das jede interne Zustandsänderung ohne erkennbare Auswertungsabsicht speichert, kann die Analyse erschweren. Besser ist ein klar definiertes Datenmodell mit nachvollziehbaren Ereignissen.
Welche Daten sind für die Rückverfolgbarkeit relevant?
Die erforderlichen Daten hängen vom Produkt, vom Prozess und von den Qualitätsanforderungen ab. Eine typische Struktur besteht aus Identifikationsdaten, Prozessdaten, Prüfdaten und Ereignisdaten.
Identifikationsdaten
Damit Datensätze einem konkreten Produkt zugeordnet werden können, müssen die Identifikationsmerkmale konsistent erfasst werden. Dazu können beispielsweise eine Werkstück-ID, eine Seriennummer, eine Losnummer, ein Auftrag oder die Kennung eines Werkstückträgers gehören.
Wichtig ist, dass die Identifikation nicht nur am Anlagen-Eingang gelesen wird. Bei Übergaben zwischen Stationen muss geprüft werden, ob die ID korrekt übernommen wurde und ob sie zum tatsächlich bearbeiteten Werkstück gehört. Weitere Hinweise zur strukturierten Zuordnung enthält der Beitrag Los- und Seriennummern in Montageanlagen.
Prozessdaten
Prozessdaten beschreiben, unter welchen Bedingungen ein Arbeitsschritt ausgeführt wurde. Je nach Anwendung können dies Positionen, Kräfte, Drücke, Drehzahlen, Temperaturen, Zeiten oder Zustände von Aktoren sein. Nicht jeder Rohwert muss dauerhaft gespeichert werden. Häufig ist es sinnvoll, zwischen kontinuierlichen Messwerten und entscheidungsrelevanten Ergebnissen zu unterscheiden.
Bei einem Fügeprozess kann beispielsweise das Ergebnis der Kraft-Weg-Überwachung wichtiger sein als jeder einzelne interne Steuerungswert. Bei einer Schraubstation können Drehmoment, Winkel, Werkzeugstatus und Ergebniscode zusammengehören. Die Auswahl sollte sich an der späteren Fehleranalyse orientieren.
Prüf- und Freigabedaten
Für jede qualitätsrelevante Prüfung sollte erkennbar sein, wann sie stattgefunden hat, welches Merkmal geprüft wurde und wie die Entscheidung ausgefallen ist. Ein reines „Gut“ oder „Schlecht“ reicht für die Ursachenanalyse oft nicht aus. Je nach Prüfart können auch Messwert, Grenzbereich, Prüfprogramm, Rezeptstand oder verwendetes Werkzeug relevant sein.
Bei mehreren Prozessschritten sollte außerdem ersichtlich sein, ob eine Station die Bearbeitung freigegeben, gesperrt oder eine Nacharbeit ausgelöst hat. Ein solches Konzept lässt sich mit den Qualitätsgates in automatisierten Montageanlagen verbinden.
Zeitstempel richtig strukturieren
Zeitstempel machen Ereignisse vergleichbar. Dafür muss zunächst festgelegt werden, welche Zeitpunkte unterschieden werden sollen. In einer Montageanlage können mindestens folgende Ereignisse relevant sein:
- Einlauf oder Identifikation des Werkstücks
- Start und Ende eines Bearbeitungsschritts
- Beginn und Ende einer Prüfung
- Auftreten und Quittierung einer Störung
- Freigabe, Ausschleusung oder Nacharbeit
- Manueller Eingriff oder Wechsel der Betriebsart
Für die Auswertung sollten alle Steuerungen und beteiligten Systeme eine nachvollziehbare Zeitbasis verwenden. Abweichende Uhrzeiten können sonst zu falschen Reihenfolgen führen. Zusätzlich ist zu klären, ob ein Zeitstempel den Empfang eines Signals, den Beginn einer Aktion oder den Abschluss eines Vorgangs beschreibt.
Die Definition sollte in einer Ereignisliste dokumentiert werden. Jeder Ereignistyp erhält dabei eine eindeutige Bezeichnung, eine Beschreibung, eine Quelle und eine klare Bedeutung für die Auswertung.
Logging in der SPS und auf übergeordneten Systemen
Die SPS kennt den tatsächlichen Ablauf der Maschine und kann Zustände, Freigaben, Fehler und Prozessschritte unmittelbar erfassen. Übergeordnete Systeme können diese Daten sammeln, speichern und auswerten. Beide Ebenen sollten jedoch klar voneinander abgegrenzt werden.
Aufgaben der Maschinensteuerung
Die Steuerung sollte die für den sicheren und reproduzierbaren Ablauf notwendigen Zustände verwalten. Dazu gehören beispielsweise Sequenzschritte, Freigaben, Fehlerreaktionen und die Zuordnung eines Werkstücks zu einem Prozessschritt. Das Logging darf die Echtzeitaufgabe der Steuerung nicht unnötig belasten.
Bei der Planung der Ablaufstruktur hilft eine klare Zustandsdefinition. Relevant sind nicht nur die Automatikschritte, sondern auch Unterbrechungen, manuelle Eingriffe und Wiederanläufe. Der Beitrag zur SPS-Ablaufsteuerung in Sondermaschinen behandelt diese Zusammenhänge ausführlicher.
Aufgaben der übergeordneten Datenspeicherung
Eine übergeordnete Ebene kann Ereignisse aus mehreren Stationen zusammenführen und für Auswertungen bereitstellen. Dabei sollte sie erkennen können, ob ein Datensatz vollständig übertragen wurde. Bei Kommunikationsunterbrechungen braucht es eine definierte Reaktion, etwa eine Zwischenspeicherung, eine Fehlermeldung oder eine Sperre für nachfolgende Prozessschritte.
Was passiert bei Fehlern und unvollständigen Datensätzen?
Ein Datenlogging-Konzept ist erst belastbar, wenn auch Ausnahmefälle beschrieben sind. Typische Fragen lauten:
- Was geschieht, wenn eine Werkstück-ID nicht gelesen werden kann?
- Wie wird ein abgebrochener Prozessschritt gekennzeichnet?
- Wie unterscheiden sich ein fehlendes Ergebnis und ein negatives Ergebnis?
- Was passiert bei einem Neustart der Steuerung?
- Wie werden manuelle Nacharbeiten oder Wiederholprüfungen dokumentiert?
- Wie wird verhindert, dass verspätete Daten einem falschen Werkstück zugeordnet werden?
Unvollständige Daten sollten nicht stillschweigend als gültige Prozessdaten behandelt werden. Ein eigener Status wie „nicht ausgeführt“, „abgebrochen“ oder „Datenübertragung fehlgeschlagen“ ist häufig aussagekräftiger als ein leerer Wert.
Praktische Checkliste für die Planung
Vor der Umsetzung sollte das Projektteam die Datenanforderungen gemeinsam mit Produktion, Qualität, Instandhaltung und Automatisierung festlegen. Eine kompakte Prüfliste umfasst:
- Welche konkreten Fragen soll das Logging beantworten?
- Welche Werkstück-, Auftrags- oder Werkzeugidentifikation wird benötigt?
- Welche Prozessschritte und Prüfungen sind nachweispflichtig oder qualitätsrelevant?
- Welche Ereignisse erhalten einen eigenen Zeitstempel?
- Welche Werte werden als Rohdaten, Ergebnis oder Status gespeichert?
- Wie werden Wiederholungen, Nacharbeit und manuelle Eingriffe gekennzeichnet?
- Wie reagiert die Anlage bei fehlender Kommunikation oder unvollständiger Datenerfassung?
- Wer darf Daten ansehen, ändern oder exportieren?
- Wie werden Daten über Produktvarianten und Rezeptwechsel hinweg verständlich gehalten?
Fazit: Datenlogging als Teil des Prozessdesigns
Datenlogging sollte nicht nachträglich an eine fertige Montageanlage angehängt werden. Die benötigten Ereignisse, Identifikationen und Zeitstempel gehören bereits in die Prozessbeschreibung und in die Schnittstellenplanung.
Ein gutes Konzept speichert nicht beliebig viele Werte, sondern schafft eine belastbare Verbindung zwischen Werkstück, Prozessschritt, Prüfergebnis und Anlagenereignis. So werden Qualitätsabweichungen nachvollziehbarer, Störungen systematischer analysierbar und Verbesserungen auf eine besser verständliche Datengrundlage gestellt.