Phoenix Contact

Optimierung durch fahrerlose Transportsysteme

3. November 2022, 9:19 Uhr | Dr.-Ing. Björn Eilert, Özkan Öztürk und Hermann Spies
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Phoenix Contact nutzt seine Produktionsbereiche, um das Optimierungspotenzial durch fahrerlose Transportsysteme zur Materialversorgung der Maschinen und Anlagen zu erproben. Eine zentrale Rolle bei der Betrachtung spielt die offene Steuerungsplattform PLCnext Technology.

Fahrerlose Transportsysteme (FTS) und autonome mobile Roboter (AMR) stellen seit vielen Jahren ein wesentliches Element moderner, automatisierter Fertigungs- und Logistikprozesse dar. Neben Logistikanwendungen kommen die Systeme immer häufiger zur Produktionsversorgung zum Einsatz. So auch im Fertigungsumfeld von Phoenix Contact, wo autonome FTS das Material vom automatischen Kleinteilelager bis zu den Produktionsmaschinen transportieren und die Fertigware von dort wieder abholen. Der komplette Prozess ist automatisiert und vollständig in die digitalen Abläufe und IT-Systeme integriert. Das Material, das sich in Kleinladungsträgern befindet, wird bedarfsorientiert automatisch ausgelagert und von den autonomen Fahrzeugen eingesammelt. Anschließend wird es an die Maschine gebracht, für die es für den nächsten Auftrag angefordert wurde.

Durch die Nutzung des FTS lassen sich zum einen Lieferzeiten für das Material reduzieren und Umlaufbestände in der Fertigung verringern. Dadurch steht beispielsweise mehr verwendbare Produktionsfläche zur Verfügung; zum anderen verbessert sich die Ergonomie für die Mitarbeitenden, da das Material auf Übergabestationen in einer benutzerfreundlichen Höhe abgegeben wird. Auf diese Weise kann überwiegend in stehender Haltung gearbeitet werden. Darüber hinaus entfallen unergonomische Hebevorgänge sowie das Umpacken von Material vom Boden.

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Bild 1. Die PLCnext-Steuerungsplattform umfasst eine linksanreihbare Safety-SPS. Mit den AXL-SE-Modulen werden die sicheren Signale im FTS an die Steuerung angekoppelt.
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Standard- und sichere Peripheriesignale anbinden

Die ausgewählten fahrerlosen Transportsysteme sind mit umfangreicher intelligenter Technik und Sensoren versehen, damit sie ihre Aufgaben autonom erfüllen können. Abgesehen von der Steuerung der erforderlichen Lastübergabefunktionen des Fahrzeugs steht in erster Linie die Sicherheit der im Fertigungsbereich tätigen Personen im Fokus. Zudem muss das Fahrzeug zielsicher und positionsgenau von Quelle zu Senke navigieren sowie der Akku zum passenden Zeitpunkt geladen werden. Um diesen Funktionen verlässlich nachzukommen, setzt Phoenix Contact speziell für diesen Bereich konzipierte Komponenten und Systeme aus dem eigenen Portfolio ein.

Eine ganzheitliche automatisierungstechnische Betrachtung des FTS bedingt aus Sicht der Unternehmensexperten die Einbeziehung der Bereiche Control, Safety, Navigation, Energy und Electrification. Mit dieser Aufteilung wurden die einzelnen Themen strukturiert sowie kompatibel zueinander entwickelt. Das offene Ecosystem PLCnext Technology bietet die technologischen Eigenschaften zum Betrieb der fahrerlosen Transportsysteme. Dabei werden im FTS aus Sicht einer klassischen Steuerung echtzeitrelevante Aufgaben umgesetzt. Zu diesem Zweck sind die Peripheriesignale des Fahrzeugs über die neuen Module der Baureihe AXL SE an die PLCnext-Steuerung angebunden. Mit den Modulen lassen sich zudem bis zu 75 % Platz im Vergleich zu herkömmlichen I/O-Systemen einsparen. Die im FTS auftretenden Vibrationen haben keinen negativen Einfluss auf die PLCnext-SPS und das AXL-SE-System.

Die AXL-SE-Module erlauben die Ankopplung der I/O-Signale zur Ansteuerung der Fördereinheit. Melde- und Befehlseinrichtungen – wie Lampen oder Taster – sind ebenfalls an das AXL-SE-System angeschlossen. Die sicheren Ein- und Ausgangssignale wie Nothalttaster oder die Bremsen werden mittels der AXL-SE-Safe-Module in die PLCnext-Steuerung integriert. Via Profisafe-Protokoll lassen sich die sicheren Daten an das links an die PLCnext-Steuerung angereihte Safety-Erweiterungsmodul SPLC 1000 übertragen und dort verarbeiten.

Das umfassende Angebot an Axioline-Modulen deckt die wichtigsten seriellen Protokolle – zum Beispiel CAN, RS422 und RS485 – ab. Frei auf dem digitalen Marktplatz PLCnext Store verfügbare Funktionsbausteine vereinfachen die Einbindung dieser Protokolle in das Applikationsprojekt. Das ‚AXL F IF CAN‘-Modul dient der Kommunikation mit zwei DC-Servoantrieben. In diesem Zusammenhang transferiert die PLCnext-Steuerung die von der Navigationseinheit übergebenen Sollwerte gemäß CAN-open-Protokoll an die Antriebe.

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Bild 2. Der integrierte Webserver stellt die zuvor in PLCnext Engineer erstellten Webseiten per HTML5 zur Verfügung.
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Absicherung vor Cyberangriffen

Als maßgeblichem Indikator für die Verfügbarkeit und Effizienz des Fahrzeugs kommt dem Batteriemanagement eine wesentliche Bedeutung zu. Ähnlich wie bei den Antrieben erfolgt die Inbetriebnahme sowie Auswertung der Daten PLCnext-gesteuert über das CAN-Protokoll. Der in die Steuerung integrierte Webserver wird für die Interaktion des Anwenders mit dem FTS verwendet. Die HTML5-Seiten auf dem Webserver lassen sich mit einem auf dem Smartphone oder Tablet-PC installierten Webbrowser aufrufen und bedienen.

Sie beinhalten Statusinformationen der fahrerlosen Transportsysteme aus der Steuerung, etwa den Batteriestatus, Fehlermeldungen, die Betriebsdauer sowie weitere Fahrzeugdaten. Die HTML5-Seiten für den Webbrowser werden mit dem Softwaretool PLCnext Engineer erstellt. Im Engineering-System projektiert der Anwender sowohl das Steuerungs- als auch das Safety-Programm für die Sicherheitssteuerung. Über den Webserver stehen die Daten ebenfalls der Visualisierung zur Verfügung. 

Da die FTS-Einheiten eine immer größere Rolle im Produktionsumfeld spielen, ist ein besonderes Augenmerk auf die Security zu legen. Denn der Ausfall des fahrerlosen Transportsystems infolge von Cyberangriffen kann die logistischen Prozesse innerhalb der Fertigung stören. Die gemäß IEC 62443-4-2 als SL2 zertifizierte PLCnext-Steuerung schafft die Grundlage, um das FTS aus Sicht der IT-Security abzusichern. Dazu werden in der PLCnext-Steuerung die nicht benötigten Dienste, beispielsweise der OPC-UA-Server, abgeschaltet. Für den Remotezugang ist ferner die Firewall in der Steuerung aktiviert worden.


  1. Optimierung durch fahrerlose Transportsysteme
  2. Verdrahtungsaufwand verringert

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