Materialfluss und Intralogistik

Wie läuft ein Projekt zur Steuerungsintegration für Fördertechnik ab?

Bei der Steuerungsintegration für Fördertechnik entwickeln wir die Steuerungs- und Netzebene von Materialflusssystemen.

Unsere Kunden sind die Systemintegratoren und Anlagenbauer, die die Anlage in der Halle verantworten. Die Arbeit umfasst die Steuerungsintegration von Förderern, den Steuerungsentwurf für automatische Lager und FTS sowie das Industrial Ethernet und die Sicherheitskommunikation darunter. Es geht um eine bestimmte Ebene:

• den Netzentwurf
• die Steuerungsstruktur
• die Geräte- und Gateway-Ebene
• die Sicherheitskommunikation, die mitläuft

Installation, Inbetriebnahme vor Ort und Endkunde bleiben beim Integrator. Muss der Entwurf integriert und getestet werden, arbeitet unser Team mit Ihren Ingenieuren, während Integration und Test vor Ort und danach remote.

Intralogistik ist eher eine Integrations- als eine Maschinendisziplin. Der Förderer funktioniert, das Regalbediengerät funktioniert, die Fahrzeuge funktionieren; die technische Frage ist, ob sie sich eine Last bei vollem Durchsatz verlässlich übergeben und ob das Netz nachweisen kann, dass sie es getan haben. Diese Frage wird im Entwurf beantwortet, und deshalb ist das der Teil, der nach außen vergeben wird.

Was bestimmt das Netzbudget in einem Materialflusssystem?

Knotenzahl und Topologie bestimmen es, nicht das schnellste Gerät in der Halle.

Eine Sortieranlage, die bei hoher Geschwindigkeit ausschleust, braucht ihre Entscheidung innerhalb eines festen Fensters, und jede Zone, die dem Segment hinzugefügt wird, zehrt daran. Wir legen Segmente und Aufteilung des Verkehrs im Voraus so aus, dass eine spätere Erweiterung Knoten hinzufügt, ohne die vorhandenen Zonen aus ihrem Zyklusbudget zu drängen. Daran entscheidet sich, ob ein Abzweig eine Woche Arbeit ist oder eine erneute Inbetriebnahme. Eine mehrstöckige Förder- und Hubanlage, die unser Team gebaut hat, stand genau vor dieser Aufgabe: 18 Bahnen, die über zwei Ebenen zusammenlaufen, im Gleichtakt gehalten auf einem POWERLINK-Zyklus von 2 ms.

Wie wird eine Last zwischen fester Anlage und mobilen Robotern übergeben?

Der Übergabepunkt ist der schwierigere Teil eines FTS-Einsatzes; die Navigation ist es selten.

Fahrzeug und feste Fördertechnik müssen sich dort über den Zustand einig sein. Wir entwerfen die Schnittstelle auf der Ebene des Flottenmanagers und modellieren die Übergabe ausdrücklich (angefordert, freigegeben, belegt, geräumt), sodass die Übergabe verriegelt ist und nicht von einem Timer gesteuert wird. Das verhindert, dass eine Last auf eine Station gesetzt wird, die die vorige noch nicht freigegeben hat. Unsere Arbeit ist die Schnittstelle und die Logik darüber. Software für das Flottenmanagement ist ein anderes Geschäft, und deren Anbieter sind die Partner, mit denen wir zusammenarbeiten. Von Projekt zu Projekt ändert sich die Schnittstelle, das Übergabemodell bleibt gleich. Unser Team hat auch die Fahrzeugseite gebaut, darunter die Steuerung eines spurgeführten FTS, das seine Route von Markierungen im Boden liest.

Spricht der Flottenmanager VDA 5050, ist die Schnittstelle immerhin eine veröffentlichte Spezifikation, und die Modellierung der Übergabe ist von Anfang an eine abgegrenzte Aufgabe. VDA 5050 ist allerdings eine Spezifikation eines Branchenverbands und noch keine europäische Norm, also eine gemeinsam vereinbarte Schnittstelle ohne Konformitätspflicht, und viele Flottenmanager setzen sie nicht um. Fehlt sie, wird die Übergabe gegen die eigene API des Anbieters gebaut, meist REST oder MQTT, und das Zustandsmodell darüber bleibt unverändert. Der zusätzliche Aufwand ist ein Adapter und sein Test, ohne Neuentwurf.

Wo liegt die Sicherheitskommunikation?

In den meisten modernen Anlagen läuft sie über dasselbe Kabel.

Ein Sicherheitsprotokoll trägt seine eigenen Integritätsprüfungen von Ende zu Ende. Dem Netz darunter muss deshalb nicht vertraut werden, und ein eigenes Sicherheitsnetz ist nicht mehr die Standardantwort. openSAFETY (IEC 61784-3-13) ist das deutlichste Beispiel, weil es busunabhängig ist. Unser Team hat es auf die eigene Baugruppe eines Kunden portiert und durch die Vorzertifizierung für SIL2 gebracht und später an einem Brandschutzsystem gearbeitet, in dem es über POWERLINK- und PROFINET-Segmente lief. Das war keine Intralogistik, verlangt aber dieselbe Disziplin wie die Sicherheitsebene eines Förderers oder automatischen Lagers. Zwei Grenzen gelten hier:

• Vorzertifizierung ist keine Zertifizierung. Die Vorzertifizierung ist die Prüfung vor der formalen Bewertung; die Bewertung selbst gehört einer akkreditierten Stelle.
• Bei fahrerlosen Fahrzeugen ist der Personenschutz-Stopp eine zertifizierte Sicherheitsfunktion, nach ISO 3691-4 in Europa und ANSI/ITSDF B56.5 in Nordamerika. Das ist eine andere Frage als die Hinderniserkennung mit Ultraschall-, Lidar- oder Kamerasensoren.

Ändert die Ortung in der Halle etwas daran?

Sie beginnt zu ändern, was die Flottenebene weiß, aber nicht, was die Sicherheitsebene daraus folgern darf.

Funkbasierte Ortung über 5G und WLAN wird für den Materialfluss in der Halle bereits vorgeführt. Die Verriegelung am Übergabepunkt muss trotzdem aus sich selbst heraus nachweisbar bleiben. Eine Ortungsquelle behandeln wir als nützlichen Kontext für die Verkehrssteuerung und nicht als Ersatz für die Verriegelung.

Wie entwirft man ein System, das immer weiter wächst?

Wir halten die Steuerungsstruktur je Zone gleich und parametrierbar.

Materialflusssysteme werden in Phasen in Betrieb genommen und dann über Jahre erweitert.

• Was eine Erweiterung bedeutet. Eine weitere Gasse oder ein Abzweig ist eine Konfiguration und eine Prüfung des Netzbudgets, ohne neue Einzellogik, und die Sicherheitsvalidierung bleibt auf die geänderte Zone begrenzt und umfasst nicht die ganze Halle.
• Wann sie berücksichtigt wird. Im Entwurf, solange die erste Phase noch auf dem Papier steht, und nicht erst, wenn die Erweiterung im Betrieb gebraucht wird.

Mit derselben Überlegung hat unser Team eine Bewegungsplattform auf EtherCAT gebaut, die sich für mehrere Maschinengeometrien konfigurieren lässt, statt für jede Maschine neu gebaut zu werden.