Die Optik zählt

PC-basierte Bildverarbeitung sichert hohe Qualitätsstandards
Bild 1: Der Microbox-PC
Simatic IPC427C von Siemens dient als offene und
flexible Plattform für die
PC-basierten Bildverarbeitungssysteme der Firma
i-mation für hohe Ansprüche bei der Rückverfolgbarkeit von Produkten.
Die Optik zählt
Mit PC-basierter Bildverarbeitung hohe Standards erfüllen
Bildverarbeitungssysteme, die für gesetzlich vorgeschriebene Qualitätskontrollen genutzt werden, dürfen
nicht einfach nur ‘Bilder machen’ und speichern. Die Nachvollziehbarkeit der optischen Auswertung und
deren anschließende Archivierung ist zentraler Bestandteil des Systems. Ein PC-basiertes System wird den
Ansprüchen am besten gerecht.
I
n immer mehr Branchen wird die
Rückverfolgbarkeit von Produkten
zwingend vorgeschrieben, weil im
Falle von Material- oder Produktionsfehlern Menschenleben gefährdet sein
können. Besonders in der Arzneimittelherstellung sind die Anforderungen an
eine lückenlose Dokumentation des
Herstellungsprozesses hoch – sowohl
was die Herstellung der Arzneimittel
selbst als auch ihre Kennzeichnung zur
späteren Nachverfolgbarkeit betrifft.
Das Fehlen einer entsprechenden Kennzeichnung kann gesetzliche Konsequenzen oder sogar Schadenersatzanforderungen durch Patienten nach sich
ziehen. Dementsprechend wird bei der
Produktion und Verpackung der Medikamente penibel auf eine ausreichende
Kennzeichnung und Dokumentation
geachtet. Ein System, das die Anforderungen der Pharmaindustrie erfüllt, hat
die Firma i-mation entwickelt. Der Sys-
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temintegrator und Dienstleister rund
um Bildverarbeitungssysteme konzipiert
und entwickelt standardisierte und anwendungsspezifische Lösungen für die
Bildverarbeitung. Je nach Anforderung
werden intelligente Kamerasysteme (die
Kameras haben eigene Mikrocontroller
zur Berechnung der Bildauswertung)
oder PC-Kamerasysteme bestehend aus
industrietauglichen Kameras und einem
Industrie-PC eingesetzt. Das System von
i-mation kann direkt über integrierte
Datenbankfunktionalitäten in eine lokale Datenbank oder direkt in die Datenbank eines Herstellers schreiben, ein
wichtiges Kriterium für ein Audit Trail in
der Pharmaindustrie.
Flexible PC-basierte Lösung
Als Recheneinheit und für den Anschluss der Kameras dient ein robuster
Embedded-Industrie-PC von Siemens:
Der Microbox-PC Simatic IPC427C mit
seinem 1,2GHz schnellen Intel Core2Duo-Prozessor bietet eine hohe Rechenleistung und kann dennoch lüfterlos betrieben werden. Da die Firma imation zudem auf CompactFlash-Karten als Massenspeicher setzt, ist die Gesamteinheit wartungsarm. Darüber hinaus ist der kompakte Microbox-PC mit
einer Schwing-/Schockbelastbarkeit von
1g bzw. 15g für den Einsatz an laufenden Maschinen geeignet. Auch die
Temperaturgrenze von 55°C für die
Umgebungstemperatur bezeugt die Industrietauglichkeit des Rechners. Übrigens wird der Prozessor des IndustriePCs auch bei hohen Temperaturen nicht
gedrosselt, die volle Prozessorleistung
steht auch bei 55°C zur Verfügung. Die
kompakte Bauweise kommt dem Trend
zugute, schlanke Systeme zu bauen, die
nicht mehr über einen großen Schaltschrank mit Kontrollkomponenten ver-
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fügen. Der Microbox-PC lässt sich aufgrund unterschiedlicher Montagemöglichkeiten wie Hutschienen-, Wand- und
Buchmontage in beengte Räume montieren. Als Hauptspeicher stehen bis zu
4GByte DDR3-RAM zur Verfügung. Für
die meisten Applikationen von i-mation
reichen 2GByte aus, um die Bilddaten
der Kameras zu erfassen und sie mit
den Funktionen der Bildverarbeitung
auszuwerten. Als Schnittstellen zur Außenwelt verfügt der IPC standardmäßig onboard über zwei GBit-Ethernet-Schnittstellen. Die schnelle
Schnittstelle wird zudem für den Anschluss moderner Gigabit-EthernetKameras genutzt. Damit entfällt die
Verwendung einer Kamera-Framegrabberkarte. Optional kann der
Rechner mit Profibus- oder ProfinetAnbindung konfiguriert werden und
erschließt hiermit, wie auch mit dem
OPC-Protokoll, bewährte Lösungen
für die Einbindung und Kommunikation ins industrielle Umfeld. Durch
die Integration in ein Anlagennetzwerk kann per Fernwartungsfunktionalität auf den Microbox- PC zugegriffen werden. Der Rechner wird
von der Diagnosesoftware Simatic PC
DiagMonitor überwacht, die u.a.
Temperaturwerte der CPU erfasst
und im Fehlerfall Alarm schlägt. Die
Diagnosedaten lassen sich per OPC
in andere Anwendungen, z.B. in die
Anlagenvisualisierung, integrieren.
branchenspezifischen Bildverarbeitung
z.B. auch den jeweiligen gesetzlichen
Anforderungen gerecht. In der Pharmazie ist das u.a. der Standard GS1 zur Serialisierung, Sendungsverfolgung sowie
Qualitätsüberwachung. So müssen
sämtliche Zugriffe von Mitarbeitern auf
den Microbox-PC sowie von ihnen vorgenommene Änderungen im Programmablauf protokolliert werden.
Durchlaufrate: Produktivität erhöht
Eine typische Lösung zur Überwachung
der Produktauszeichnung in der Pharmabranche verfügt über vier GigabitEthernet-Kameras. Der Microbox-PC lädt
sich von einem übergeordneten ERP-System die Sollwerte, z.B. Chargennummer
oder Seriennummer eines Medikaments.
Die auf einem Band vorbeilaufenden
Produkte werden von den Kameras auf-
Branchenspezifische Software
Ausgehend von der Bildverarbeitungssoftware VisionPro von Cognex
baut i-mation PC-basierte Lösungen
für unterschiedliche Branchen. Dazu
erweitert das Unternehmen die VisionPro-Software um anwendungsspezifische Elemente, die als Tools in
die VisionPro-Software integriert werden. Hierzu gehören beispielsweise
OPC-, TCP- und Datenbank-Tools, die
im Baukastenprinzip zu einem kompletten Projekt zusammengefügt
werden können. Plattform aller Lösungen ist die für den Multicore-Betrieb optimierte i-check-DB-Software
mit integrierter SQL-Datenbank von
i-mation, die auf die Funktionalitäten von VisionPro zugreift und für
spezifische Applikationen mit speziellen Zusatzfunktionen versehen
wird. So existieren z.B. für die Branchen Pharma und Solar Standardlösungen. Sie werden neben der reinen
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Bild 2: Bis zu 10 Teile/s, z.B. Verpackungsetiketten, kann das PC-basier te System
verarbeiten.
Bild 3: Der von außen zugängliche Slot für CompactFlash-Karten ermöglicht einen
schnel len Tausch der Karten, z.B. damit Anwender unkompliziert neue Softwareversionen
einsetzen können.
genommen. Die Bilder werden an den
embedded Industrie-PC weitergeleitet,
wo sie von der VisionPro-Software ausgewertet werden. i-check DB gleicht
dabei die gelesenen Daten bis zu 52stellige Nummern mit den in der Datenbank registrierten Nummern ab und aktualisiert dementsprechend die Datenbank. Die typische Durchlaufgeschwindigkeit für ein solches System liegt bei
bis zu 10 Teilen/s, deren Ausprägungen
zuverlässig erkannt werden müssen. Zusätzlich können noch EAN-Codes sowie
andere Sicherheitsmerkmale oder Produkteigenschaften wie unbeschädigte
Verpackung usw. geprüft werden. Nach
dem Ende des gesamten Prüfzyklus werden die aufbereiteten Daten an das ERPSystem des Pharmaunternehmens zurückgespielt. Je nach Anwendung werden nun die geprüften Produkte beispielsweise verpackt und versandt. Hier
besteht die Möglichkeit, per MicroboxPC einen nachgelagerten Drucker anzusprechen, um weitere Aufdrucke auf der
Verpackung vorzunehmen.
tung von der Software-SPS synchronisiert
und getriggert werden. Dieses Verfahren
kommt z.B. bei Farbcodierungen auf
Produkten zur Anwendung. Der Einsatz
von CompactFlash-Karten (CF-Karten) als
Speichermedium hat neben einer erhöhten Robustheit des Microbox- PC weitere
Vorteile: So ist es nicht ungewöhnlich,
dass Kunden im Laufe des Anlagenlebenszyklus von normalerweise mehr als
fünf Jahren neue Funktionen in ihre Anlage integrieren wollen. Der Hersteller
kann ein Backup der aktuellen Anlage
erstellen, die geforderten Funktionen ergänzen und auf eine weitere CF-Karte
spielen und diese dem Anwender zur
Verfügung stellen. Dieser tauscht in seiner Anlage einfach die CompactFlashKarte aus, die sich in einem extern zugänglichen CF-Slot befindet. Nun lässt
der Anwender die Anlage mit der neuen
Karte laufen. Sollte sich herausstellen,
dass trotz aller Sorgfalt bei der Implementierung der neuen Features ein Fehler auftaucht, kann er die alte Karte wieder einstecken und so seine Anlage erst
einmal weiter betreiben, während der
Fehler behoben wird. Dafür, dass der Microbox-PC die lange Lebensdauer der
Anlagen unbeschadet übersteht, sorgt
Siemens: Alle Rechner enthalten aufeinander abgestimmte Bauteile mit einer
hohen Mean Time between Failures
(MTBF, Mittlere Zeit zwischen zwei auftretenden Fehlern), sind in Deutschland
entwickelt und gefertigt und müssen
nach der Fertigstellung noch einen 36
Stunden dauernden Run-In-Test bei 40°C
über sich ergehen lassen, in dem Frühausfälle ausgesondert werden. Simatic
Industrie-PCs sind drei bis fünf Jahre lang
Fortschritt und Verfügbarkeit
Die CPU des Rechners ist mit ihren Aufgaben in der Regel nur bis zu 30% ausgelastet. So bleiben genügend Reserven,
um über eine Erweiterung des Systems
weitere Anwendungen abzudecken.
Eines dieser neuen Konzepte sieht die
Übernahme kleiner Steuerungsfunktionen auf dem Industrie-PC mittels der
Software-SPS Simatic WinAC RTX vor. So
können etwa Kameras, die jeweils ein
unterschiedliches Farbspektrum aufzeichnen, mit ihrer jeweiligen Beleuch-
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verfügbar und können danach noch einmal für fünf Jahre repariert werden, sodass der Betrieb bis zu zehn Jahre mit
einer Generation ohne Softwareanpassungen sichergestellt werden kann.
Zudem bietet Siemens weltweiten Service für seine Industrie-PCs.
Fazit
i-mation hat neben den bereits angesprochenen Lösungen für die Solar- und
Pharmabranche auch Applikationen in
weiteren Branchen wie Automotive,
Verpackung, Druck, Elektronik, Textil,
Lebensmittel sowie Body and Health
Care realisiert. Der Umfang der Bildverarbeitungslösungen reicht dabei von
der Erkennung von mechanischen Unregelmäßigkeiten und Farbkorrektheit
bis zur Erkennung von Beschriftungen
und optischen Eigenschaften, wie z.B.
Schlierenfreiheit. Das PC-basierte System auf Basis des Microbox-PC hilft den
Mitarbeitern von i-mation dabei, neue
und sich ändernde Vorgaben zu implementieren und Wünsche der Anwender
einfach zu integrieren. Der MicroboxPC Simatic IPC427C von Siemens bietet
eine solide Plattform für die Realisierung
weiterer Bildverarbeitungslösungen mit
der Software i-check DB.
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www.siemens.de/ipc
www.i-mation.de
Autor: Dipl.-Betriebswirt
(FH) Dirk Wagner, Marketing Manager für Simatic
IPC, Siemens AG