Decentralizované riadenie s odolným PLC

Autonómne elektrické vozíky od firmy Krups Fördersysteme optimalizujú montážnu a testovaciu trať na výrobu batérií nemeckého výrobcu automobilov. Odolné PLC systémy Turck s krytím IP67 zabezpečujú decentralizované riadenie prevádzky jednotlivých modulov dopravníka.
Decentralizované riadenie s odolným PLC

Prostredníctvom systému vozíkov e-Cart reaguje spoločnosť Krups Fördersysteme na zvyšujúce sa požiadavky na modernú automatizáciu procesov montáže a testovania z hľadiska bezpečnosti, nízkej údržby a komunikácie. Trať s potrebou nulovej údržby a inteligentné autonómne vozíky v kombinácii s decentralizovanými systémovými komponentmi so štandardnými ovládacími prvkami zabezpečujú flexibilnú a bezpečnú automatizáciu montáže. To zvyšuje dostupnosť a prináša flexibilnosť procesov pre malú veľkosť šarží. Jednotlivé moduly trate sú samostatne riadené TBEN-L-PLC od spoločnosti Turck. S viacprotokolovým PLC s krytím IP67 dokáže Krups ponúknuť štandardné a optimalizované riadiace sekvencie pre jednotlivé komponenty. Zákazníci tak môžu skrátiť čas potrebný na zapojenie a uvedenie do prevádzky a systém ľahko rozšíriť.

Výrobné haly mnohých výrobcov automobilov alebo dodávateľov úrovne 1 sa veľmi podobajú hodinovému mechanizmu. Pracovné úkony robotov a spolupracovníkov na jednotlivých staniciach sú úzko synchronizované, takže spracovaný objekt môže byť potom vrátený do procesného toku. Ak sa však jedno ozubené koliesko zadrie, obzvlášť ak je toto ozubené koleso dopravníkom, celá linka vypadne z rytmu.

V zozname požiadaviek zákazníkov sú na prvom mieste maximálna dostupnosť a flexibilita. To núti výrobcov dopravníkov zamerať sa na inovácie. Požiadavky smerujú najmä na bezúdržbové a flexibilnejšie dopravníkové systémy, ktoré sa jednoduchšie a rýchlejšie integrujú, ktoré sú lacnejšie a rýchlejšie dostupné ako alternatívne riešenia po kompenzácii všetkých priamych a nepriamych nákladov. Spoločnosť Krups s hlavným závodom v Dernbachu v Porýní-Falcku je jedným z lídrov na trhu v oblasti automatizácie montáže a testovania. Spoločnosť sa špecializuje na automatizačné systémy na efektívne prepojenie montážnych a skúšobných staníc. Nový systém e-Cart predstavuje inteligentné nosiče obrobkov s aktívnym napájaním, ktoré sú schopné otáčať, zdvíhať, upínať alebo naklápať obrobky.

Najnovšie zariadenie Krups je vysoko dostupný dopravníkový systém, ktorý mení zaužívané, resp. vytvára nové príležitosti. Philipp Krups, vedúci spoločnosti už z druhej rodinnej generácie, vysvetľuje základnú myšlienku: „V konvenčnom systéme valčekového dopravníka sa pohon nachádza v dráhe dopravníka. To zahŕňa veľa mechanických častí a ich opotrebenie. Z tohto dôvodu je údržba trvalo inštalovaných systémov vždy problémom. Preto sme chceli vymyslieť úplne nový systém a odstrániť z trate údržbu. Naším výsledkom je pasívna trať, ktorá je úplne bezúdržbová. Celá technológia a elektrický systém sa teraz nachádzajú vo vozíkoch nazývaných e-Carts. Tieto elektricky poháňané vozíky majú samodiagnostickú funkciu a v prípade potreby preventívnej údržby môžu byť mimo prevádzky. To prináša zníženie prestojov a trať zostane prevádzkyschopná. Na dopravníkovom systéme sa v prípade potreby dajú ľahko realizovať akékoľvek neskoršie rozšírenia. Systém e-Cart ďalej umožňuje realizovať flexibilnejšie výrobné procesy s menšou veľkosťou šarží. Dalo by sa dokonca povedať, že ide o dopravník v súlade s koncepciou Priemyslu 4.0.“

e-Cart prináša revolúciu v manipulácii s materiálmi pre elektronickú mobilitu

Krups spustil nový dopravníkový systém pod názvom LOGO! MAT e-Cart. A kde inde, ak nie v automobilovom priemysle by sa mala implementovať jedna z prvých aplikácií tohto systému? Automobilový priemysel je predsa prvým odvetvím, kde sa objavujú nové automatizačné riešenia. Pre Krups je to hračka, pretože spoločnosť má okolo 95 % svojho predaja v automobilovom priemysle. Niektorí zákazníci spoločnosti so sídlom vo Westerwalde sú integrátori, ktorí dodávajú kompletné systémy pre výrobcov automobilov alebo tiež integrátorov samotných výrobcov automobilov. Veľký nemecký výrobca automobilov preto bude v budúcnosti využívať systém e-Cart vo svojom závode na výrobu batérií pre elektromobily.

Aby Krups nemusel znovu vymýšľať koleso, používa modulárny koncept. Systém sa skladá z niekoľkých štandardných modulov: otočné moduly, moduly kyvadlovej dopravy, moduly zastavenia a indexery. Tieto jednotky sú skombinované do návrhu podľa individuálnych požiadaviek zákazníka a prepojené s prevádzkovým riadiacim systémom. Dopravníkový systém poskytuje výrobnému systému zákazníka reportovacie údaje a umožňuje implementáciu obojsmerných komunikačných rozhraní.

Decentralizované riadenie pre modulárne dopravníkové systémy

„Doteraz existoval vždy hlavný riadiaci systém, do ktorého boli smerované všetky signály. To sčasti zahŕňalo zapojenie bod – bod, ale čoraz častejšie aj pripojenie decentralizovaných V/V jednotiek. Problémom bolo programovanie. Programátor zvyčajne programuje všetko v jednej postupnosti. Ak sa však vyskytne nejaká podmienka pri prepnutí alebo po núdzovom spustení, ktorá nie je zastúpená v tejto postupnosti, používatelia musia presunúť jednotky ručne, aby sa obnovila známa situácia,“ vysvetľuje Christian Mies, vývojár riadenia spoločnosti Krups. „Dopravníkový systém musí byť naprogramovaný odlišne, aby sa eliminovala potreba ručných zásahov. Musia byť definované podmienky a vhodné reakcie, ktoré riešia všetky situácie.“ Ak sú moduly riadené v centrálnom riadiacom systéme, musia zákazníci vykonať určité zmeny, ktoré prerušia celkový proces. Ak sa neskôr vyskytnú chyby, posielajú sa do Krups – aj keď za to spoločnosť nebola zodpovedná. Táto skúsenosť naučila Krups jednu vec: v ideálnom prípade by mal byť každý modul riadený samostatne.

Autonómne riadenie zvyšuje bezpečnosť procesu

V súčasnosti každý modul pracuje externe ako čierna skrinka, ktorá jednoducho komunikuje s centrálnym riadiacim systémom v oboch smeroch cez zbernicové spojenie. Modul spúšťa svoj program, aby vykonával konkrétnu úlohu: otáčanie, prenos, monitorovanie prevádzky a hlásenie stavu modulu. Každý modul je preto riadený – presne podľa vývoja – a dokonale implementuje všetky možné sekvencie. Prevádzkový riadiaci systém je inštalovaný na vyššej úrovni a riadi celkový tok činností. Avšak sekvencie na riadenie skutočnej polohy a monitorovanie podmienok preberá každý riadiaci systém v module.

Krups potom už nemusí zasahovať do riadenia celej prevádzky a naopak, prevádzkový operátor nemusí ovládať moduly dopravníkového systému. Na základnej úrovni musí byť implementovaná len komunikácia medzi hlavným riadiacim systémom a modulmi. Z vnútropodnikového pohľadu komunikuje Krups s týmito modulmi dopravníkových systémov, ktoré majú svoje vlastné inteligentné moduly. Spoločnosť preto pred desiatimi rokmi hľadala autonómne riadiace systémy, ktoré by bolo možné inštalovať priamo na moduly.

Vlastný riadiaci systém s krytím IP67

„V tom čase sme už hľadali kompaktné riadiace systémy s krytím IP67. Na trhu však nebolo nič,“ konštatuje Ch. Mies. Krups si v začiatkoch pomohol, ako vedel. „Postavili sme si vlastný riadiaci systém, namontovali sme všetky konektory M12 a umiestnili všetko do puzdra. Toto puzdro muselo mať vŕtacie otvory, pneumatický systém a displej. Išlo o veľmi veľké jednotky a relatívne ťažko sa vyrábali. Museli sme dosky osadiť prvkami, umiestniť do puzdra a všetko prepojiť. Hoci to bolo úspešné, bola to náročná úloha, “vysvetlil cestu k vlastnému riadiacemu modulu Peter Krups.

Keďže spoločnosť Turck pred niekoľkými rokmi uviedla na trh blokový riadiaci modul TBEN-L-PLC, dokázala si spoločnosť Krups ušetriť námahu potrebnú na vybudovanie vlastného zariadenia. Spoločnosť teraz používa regulátor s krytím IP67 v mnohých modeloch strojov – nielen v systéme e-Cart. Riadiaci systém pre každý prvok dopravníkového systému bol naprogramovaný v Codesys. Komunikácia s pohonmi alebo blokmi ventilov a ďalšími komponentmi modulu sa realizuje cez zbernicové rozhranie, pričom komunikácia s hlavným regulátorom je väčšinou realizovaná cez Profinet. „Teraz máme tú výhodu, že moduly môžu byť nasadené okamžite a bez potreby akéhokoľvek iného programovacieho prevádzkového zariadenia, t. j. nahradiť, vložiť, zálohovať dáta. V ideálnom prípade musí zákazník pripojiť len 7/8-palcový konektor pre 24 voltov a ethernetový konektor na pripojenie zbernice,“ vysvetľuje Ch. Mies výhody pre používateľov. Pre medzinárodnú spoločnosť, ako je Krups, sa podľa manažéra IT Ch. Miesa vyplatí aj rad protokolov, ktoré kompaktný riadiaci systém ponúka. „Americkému trhu dokážeme ponúknuť verziu s Ethernet/IP, rovnako aj pre európsky a ázijský trh, kde sú protokoly zmiešané. V súčasnosti sa sústreďujeme na Ethernet/IP a Profinet, ale ak to vyžaduje zákazník, vieme ponúknuť aj Modbus TCP. Veľkou výhodou je aj skutočnosť, že všetky licencie Codesys sú obsiahnuté v zariadení Turck. Licencia je tam a môžeme ju používať bez ohľadu na to, ktorú zbernicu zákazník používa. Môžeme ich dokonca použiť vtedy, keď potrebujeme malý hlavný riadiaci systém, pretože k dispozícii sú aj master licencie,“ opisuje Ch. Mies rôzne scenáre, v ktorých môže byť TBEN-L-PLC nasadený.

Systém e-Cart šetrí energiu pri výrobe batérií

Technické vlastnosti dopravníkového systému e-Cart pri výrobe batérií už dávajú jasne najavo, že výrobca s e-mobilitou počíta. So 130 samohybnými vozíkmi na dĺžke jeden kilometer dopravnej dráhy sa nízkosériová výroba nerozbehla. Krups na trati osadil 70 toční a okolo 140 zarážok. Desať zarážok používa TBEN-L-PLC spoločne ako bránu k hlavnému riadiacemu systému zákazníka. To značne znižuje počet uzlov zbernice, ktoré sú potrebné pre zákazníka.

Na zmenu smeru sa vozíky premiestňujú na paralelné trasy alebo sa ich smer mení točňami. Na rozdiel od väčšiny konvenčných systémov možno s vozíkmi systému e-Cart priamo komunikovať. Aby bolo možné použiť TBEN-L-PLC ako bránu na implementáciu komunikácie medzi hlavným riadiacim systémom a vozíkmi, sú zarážky vybavené jednotkami s komunikáciou NFC (Near Field Communication). Týmto spôsobom môžu byť vozíky odstránené v závislosti od ich stavu alebo výskytu výstražných správ. Ďalšou výhodou je, že vozíky v stave čakania nespotrebúvajú žiadnu energiu – na rozdiel od konvenčných systémov valčekových dopravníkov, v ktorých pohony normálne pokračujú v chode –, aj keď sa nepohybujú žiadne kartóny.

BL compact poskytuje dodatočné V/V cez CAN

K TBEN-L-PLC sú priamo pripojené aj snímače a ovládače modulov. Blokový riadiaci systém poskytuje osem univerzálnych kanálov na štyroch zásuvkách, ktoré možno automaticky nastaviť na požadovanú konfiguráciu ako vstup alebo výstup. Ak sú potrebné iné V/V, Krups dokáže rozšíriť počet potrebných signálov so V/V modulom BL compact prostredníctvom zbernice CAN. Moduly BL compact sú tiež navrhnuté s krytím IP67 a montujú sa priamo na jednotky.

IP67 šetrí kabeláž

Krups zistil, že vďaka technológii IP67 možno ušetriť množstvo práce. „Len privedenie 24 V káblov a signálov do dvanástich riadiacich systémov na zarážkach a ich označenie by bolo veľmi náročné. Cena TBEN-L-PLC to s prehľadom pokrýva,“ oceňuje Ch. Mies.

Systém e-Cart je nielen energeticky úsporný a odolný proti poruchám, ale umožňuje aj flexibilnejšie procesy, ako je uvedené v modelových scenároch Priemyslu 4.0 a aj tých, ktoré už boli implementované. Prostredníctvom komunikácie s nosičmi obrobkov možno dosiahnuť väčšiu rôznorodosť produktov, ako uvádza ďalší príklad použitia. Podobne ako v automobilovom priemysle, dopravuje systém e-Cart nápravy vozidiel dvoch modelov. Existuje však 140 rôznych typov náprav, ktoré môžu vozíky v rámci výroby prepravovať. Aktívne poháňané nosiče obrobkov umožňujú jednoduché vykonanie alebo vynechanie rôznych výrobných krokov. Tým sa minimalizuje čakací čas a vozíkom na jednotlivých staniciach môže byť priradená rôzna rýchlosť.

Systém e-Cart s inteligentnou riadiacou technológiou tak pomáha zabezpečiť hladký a vysoko efektívny výkon flexibilných výrobných procesov. Vzhľadom na to všetko je jasné, že obraz výroby ako dobre synchronizovaného hodinového stroja pochádza z iného času. Aj keď produkcia 4.0 vyžaduje presné zapadnutie jedného ozubeného kolesa do druhého, hodiny výroby 4.0 musia byť flexibilné ako hodiny v obrazoch Salvadora Dalího.

Zdroj: Cart Track 4.0. Prípadová štúdia. Hans Turck GmbH & Co. KG.

Partnerom firmy Turck v SR je Marpex, s.r.o., Dubnica nad Váhom.

-tog-