Drahtloses Kommunikationssystem für ein FTS

Kommunizieren ohne Unterbrechung

Ein fahrerloses Transportsystem (FTS) mit einer Ladung im Wert von mehreren Millionen muss exakt gesteuert werden – mit einer Genauigkeit im Fünf-Millimeter-Bereich. Die Koordination der FTS ist dabei eine Herausforderung. Im Einsatz ist ein drahtloses Kommunikationssystem von Siemens.

Drahtloses Kommunikationssystem für ein FTS

Unter den Automatisierungssystemen stellen FTS hinsichtlich des Betriebs, der Steuerung und der Sicherheit einige der größten und komplexesten Herausforderungen dar. Das liegt daran, dass diese Fahrzeuge speziell für den Transport großer und teurer Ladegüter und Werkzeuge durch die Fabrikhalle konzipiert sind. Die Entwicklung eines drahtlosen Kommunikationssystems für seine vielseitigen fahrerlosen Transportsysteme, das zuverlässig, geschützt und sicher arbeitet, ist die Grundvoraussetzung für einen reibungslosen Ablauf. Die FTS Transportsysteme von Fori Automation sind gewaltige, 25 Tonnen schwere rechteckige Metallkästen, etwa zwölf Meter lang und 4,5 Meter breit. Speziell entwickelte Polyurethan-Lenkrollen tragen das FTS- und Werkzeuggewicht – was die Bodenbelastung minimiert und eine multidirektionale FTS-Bewegung ermöglicht. Vier Hall-Effekt-Sensoren gewährleisten die korrekte FTS-Positionierung und eine genaue Führung. Bei den FTS handelt es sich nur um eines von 15 fortschrittlichen Automatisierungssystem-Produktreihen, die Fori Automation für die Luftfahrt-, Automobil- und Rüstungsindustrie anbietet. 1984 außerhalb von Detroit gegründet, hat das Unternehmen nun weltweit Anlagen installiert, um Kunden rund um den Globus zu bedienen. Zur häufigsten Methode, um FTS mit einer Spurführung zu versehen, zählt eine magnetische Stange, die in eine schmale, in den Betonboden der Fabrik geschnittene Rinne gelegt und mit Epoxid überdeckt wird.

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Laut Greg Stegner, Projektingenieur für die Steuerung bei Fori Automation, ist es recht kompliziert, die Steuerung und den Betrieb einer großen Anzahl von FTS gleichzeitig zu synchronisieren. „Die fahrerlosen Transportsysteme bewegen sich normalerweise durch große Anlagenflächen und erledigen verschiedene Aufgaben“, sagt er. „Die beladenen fahrerlosen Transportsysteme müssen ständig mit anderen Anlagensystemen kommunizieren,und diese Kommunikation darf nie unterbrochen werden.“ Um diese komplexe Aufgabe zu choreographieren, benutzten die Anwender eine Mischung aus kabelgebundenen und drahtlosen Mensch-Maschine-Schnittstellen (Human Machine Interfaces, HMI). Laut Stegner ist jetzt die Zeit gekommen, um Kommunikation und Steuerung auf einem einzigen drahtlosen lokalen Netzwerk (Wireless Local Area Network, WLAN) zu konsolidieren. Er und sein Team wählten aus zwei Gründen Siemens als Zulieferer des Netzwerkes: Sie schätzten nicht nur Technik und Qualität der Komponenten, sondern wussten auch, dass das Produktportfolio alles beinhaltet, was sie benötigten.

Integrität und Sicherheit

Stegner entschied sich für den Einsatz eines Profinet-basierten, drahtlosen Industrial-Ethernet-Netzwerkes im 5-GHz-Frequenzbereich mit Profisafe-Protokollen unter Verwendung der dezentralen Peripherie Simatic ET 200S und Scalance-Komponenten. Der 5-GHz-Frequenzbereich bietet mit neun Kanälen mehr Sicherheit als der 2,4-GHz-Frequenzbereich mit nur drei Kanälen. Zur zusätzlichen Sicherheit wurde die Applikation mit Siemens Profisafe umgesetzt – dem ersten Kommunikationsstandard, der den IEC-61508-Sicherheitsanforderungen entspricht. Dies ermöglicht die Übertragung von Standard-Steuerungsdaten und sicherheitsrelevanten Daten auf einem einzigen Kanal.

Dreischichtige Architektur

Die übergreifende Architektur der gewählten Lösung enthält drei Ebenen:

  •  Die FTS-Steuerungsebene einschließlich bordeigener Steuerungen und drahtloser HMI-Bedienkonsole;
  •  die Ebene zur Koordination der Anlage („Verkehrspolizist“) sowie
  •  die IT-Infrastruktur und IT-Systeme der Anlage samt Manufacturing Execution System (MES) und Enterprise Resource Planning (ERP) Software, zum Beispiel SAP.

Um die bordeigenen Sicherheitsfunktionen des FTS zu steuern, verwendet Fori Automation das Interface-Modul IM151-8F PN/DP von Siemens mit fehlersicherer SIL-3-CPU-Funktion für die dezentrale Peripherie Simatic ET 200S. Die Führungs- und Positionierungssensoren des FTS sind mit dessen Servoantrieben über Sirius-Schütze verbunden. Für die Kontrolle des fahrerlosen Transportsystems verwenden die Bediener das tragbare, drahtlose HMI-Gerät Simatic Mobile Panel 277F-IWLAN.

Anlagenweite drahtlose Abdeckung

Sowohl die Sicherheits- als auch die Steuerungsgeräte kommunizieren über Profinet mit einem Scalance X-Switch, der mit einem drahtlosen Scalance W-Client verbunden ist. Dieser fahrzeugeigene Client kommuniziert im 5-GHz-Band mit fest montierten Scalance W Access Points (APs). Die APs sind in der gesamten Anlage verteilt, um mit überlappenden Funksignalen eine maximale Reichweite zu erreichen. In der Vergangenheit wurden FTS meist über eine Induktionsschleife in einem festen Kreis geführt.

Mit Profinet ist eine kontinuierliche Kommunikation zwischen dem FTS und der Master-SPS der Anlage bei jedem Schritt möglich. Dadurch wird eine viel höhere Bewegungsfreiheit und Positionierungsflexibilität der Streckenschaltungen erreicht.

Siemens iPCF ist für drahtlose industrielle Echtzeit-Anwendungen entwickelt worden. Bei Verwendung von IPCF arbeitet jeder Scalance Access Point als Koodinator für den Datenverkehr und fragt Clients in kurzen Zyklen nach I/O-Daten ab. So können Standarddaten wie Transportaufträge, Statusmeldungen und fehlersichere Kommunikation parallel auf derselben Verbindung laufen.

Mit der auf Siemens Profinet- basierten drahtlosen Lösung kann Fori Automation über iDevice jetzt bis zu 50 FTS in einer Anlage einsetzen; fast drei Mal so viele wie zuvor. Durch das Eliminieren von kabelgebundenen HMI-Steuerungen ist die Bedienung der fahrerlosen Transportsysteme viel leichter. Die enge Einbindung der fahrzeugeigenen Sicherheits-SPS sowie die erweiterte WLAN-Integration mit Steuerungen und der Bedienung anderer fahrerloser Transportsysteme steigert die Betriebssicherheit erheblich.

Jens Geider/bw

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