Arbeitskräftemangel, teure Lagerflächen, die zunehmende Prozessdichte sowie Lager, die flexibel skalierbar sein müssen, um saison- und konjunkturbedingte Schwankungen abfedern zu können, sind nur ein paar der Gründe, die eine Nachfrage nach Automatisierung in der Logistik befeuern und industrielle Bildverarbeitungslösungen auf den Plan rufen. Denn: Automatisiert lassen sich Logistikprozesse besser vernetzen, steuern und überwachen sowie Qualitätskontrollen und Messungen effizienter durchführen. Sensoren und Kameras schützen vor Unfällen an Maschinen und Robotern, lesen Barcodes, sortieren Pakete, optimieren Lagerbestände und prüfen auf Materialfehler.

Dezentral im direkten Maschinenumfeld

Dazu ist ein Installationskonzept nötig, das die Sensorik und Aktorik wirtschaftlich zu einem System zusammenbringt und eine verlässliche Datenkommunikation und Energieversorgung gewährleistet. Der Vorteil dezentraler, direkt im Maschinenumfeld montier- und steckbarer Baugruppen liegt dabei auf der Hand: Komponenten wie IP67-IO-Module lassen sich mit vorkonfektionierten M8- oder M12-Steckverbindern direkt an der Maschine oder Anlage im Feld anbringen. Auf diese Weise lässt sich auch die gesamte Sensorik und Aktorik an steckbaren IO-Modulen der Schutzklasse IP67 anschließen. Ohne Verdrahtungsfehler gelingt dies über Plug-and-Play.

Dezentral bedeutet, dass die Installationszeit im Gegensatz zur Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung signifikant sinkt. Statt viele einzelne Leitungen zum Schaltschrank zu führen, genügen bei Feldbus- oder Ethernet-Systemen zwei Leitungen, je eine für Spannung und Kommunikation. So wird die Kabelarchitektur schlanker und übersichtlicher. Aufwendige Installationsarbeiten wie Abisolieren, Crimpen von Ader-Endhülsen und Anklemmen am Schaltschrank entfallen.

Durch die schnelle und einfache Installation werden Personalkapazitäten frei. Plug-and-Play reduziert zudem Stillstandzeiten, weil Standard-Steckverbinder exakt konfektioniert gelagert werden können. IP67-Module wie ein Hybrid Switch liefern per Webinterface zusätzlich Diagnosedaten zu Spannung und Stromstärke je Port, LEDs am Modul ermöglichen eine erste optische Fehlerdiagnose. Diese Diagnosedaten werden an übergeordnete Cloud-Systeme gesendet, damit der Anlagenbediener alle wichtigen Informationen umgehend zur Verfügung hat und im Ernstfall schnell reagieren kann. Predictive Maintenance erhöht die Maschinenverfügbarkeit und verkürzt unerwartete Wartungszeiten.

Ein nicht zu unterschätzender Aspekt in der dezentralen Lager-Automatisierung ist zudem, dass Anwender die Möglichkeit haben, Maschinen entsprechend ihrer Anforderungen mitwachsen zu lassen, ohne sich Gedanken um begrenzte Schaltschrankkapazitäten oder Betriebstemperaturen machen zu müssen. Denn dezentrale, modulare Installationskonzepte lassen sich grundsätzlich skalieren.

Flexibler Systemaufbau

Applikation für zehn Kameras mit Dauerlicht in einer vollständigen IP67-Installationslösung.

© Murrelektronik

Ein Machine-Vision-System benötigt drei Komponenten: Sensoren, Kameras zur Ausleuchtung und Aufnahme der Objekte sowie einen Industrie-PC zur Verarbeitung der Daten. Auch hier ermöglicht robuste IO-Technik in IP67-Schutzart stabile Systeme. Jeder Sensortyp lässt sich mit einem IO-Feldbusmodul verknüpfen und über die Kommunikationsleitung zur SPS führen. Per L-kodierten M12-Steckverbindern (16 A) können hohe Ströme realisiert und somit eine Vielzahl von Verbrauchern versorgt werden, beispielsweise Switches und zugehörige Kameras. Außer den Ethernet-Protokollen Profinet, Ethernet/IP und Ethercat ist bei Feldbusmodulen wie dem ‚MVK Pro‘ und ‚Impact67 Pro‘ von Murrelektronik eine feldbusunabhängige Nutzung via OPC UA, MQTT oder JSON REST API möglich. Durch die Vernetzung mit einem Bus-Protokoll lassen sich auch künftige Module anbinden, wodurch die IO-Lösungen im Feld unkompliziert erweiterbar sind.

Der Multi-Reader-Scan-Tunnel

Ein typisches Beispiel für eine Machine-Vision-Applikation in der Intralogistik ist ein Multi-Reader-Scan-Tunnel: Er besteht aus Sensoren, die ein Produkt rundherum scannen, sortieren und an den richtigen Platz weiterleiten. Die Daten werden von einem Industrie-PC verarbeitet und mit den erwarteten Informationen verglichen. Murrelektronik hat für diese Applikation eine IO-Lösung entwickelt, mit der sich die Sensoren per Plug-and-Play anschließen lassen. Den Kern bildet der Hybrid Switch der ‚Xelity‘-Familie in Schutzart IP67. Über ihn lassen sich pro Switch bis zu vier Kameras anschließen. Spannung und Kommunikationsanbindung erhalten sie über Standard-M12-Ports, was größere Anwendungen mit hohem Energiebedarf sowie Erweiterungen ermöglicht. In einer Multi-Kamera-Anwendung mit beispielsweise zwölf Kameras kann diese Lösung durch den Einsatz von drei Hybrid Switches mit Spannung versorgt werden. Dank L-kodierter Powerleitung erfolgt die Spannungsversorgung mit bis zu 16 A. Bei zwölf Kameras mit je 1,5 A Strom werden noch zwei weitere Netzteile benötigt: Ein 16-A-Netzteil, das die zwei Hybrid Switches für Power-In und Daisy Chain versorgt sowie ein 8-A-Netzteil für den dritten Switch.

Der Autor: Simon Knapp ist Solution Manager Machine Vision bei Murrelektronik in Oppenweiler.

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Dies hat Auswirkungen auf die Kabellänge und somit auf die Kosten: Statt bei jeder Kamera zwei Leitungen über längere Strecken in den Schaltschrank zu verlegen, wird nur noch die Hauptleitung für Spannung und Kommunikation in den Schaltschrank zurückgeführt. Die Kameras werden auf kurzem Weg im Feld installiert. Im Transportfall lässt sich die Anlage dank definierter Steckstellen in Modulen umziehen.