Foto: Phoenix Contact
Fahrzeug und Anlage als sicherheitstechnische Einheit

Fahrerlose Transportsysteme (FTS) sorgen für die Beförderung von Gütern zwischen Lager und Verarbeitungsstation. Damit von FTS keine Gefahr ausgeht, müssen bestimmte Sicherheitsfunktionen erfüllt werden. Steuerungs- und Sicherheitstechnik von Phoenix Contact unterstützen bei der zuverlässigen Umsetzung dieser Aufgabenstellung.


In produzierenden Anlagen kann der Automatisierungsgrad kaum gesteigert werden, weil die sich während ihres Betriebs ergebenden Einsparpotentiale inzwischen weitgehend ausgeschöpft sind. Im Gegensatz dazu fallen in der Fertigungslogistik häufig noch zahlreiche manuelle Tätigkeiten an. Zu diesen gehört beispielsweise das Führen von Flurförderfahrzeugen in den Produktionshallen. Da sich bei dieser Tätigkeit die Wege von Personen und Fahrzeugen oftmals kreuzen, kommt dem Thema Sicherheit eine große Bedeutung zu, damit Unfälle vermieden werden. Ähnlich wie bei den sich auf der Straße bewegenden Pkw und Lkw besteht auch in der Fertigungslogistik der Wunsch nach autonom fahrenden Fahrzeugen. Diese sollen alle relevanten Sicherheitsaspekte berücksichtigen und die erforderlichen Logistikprozesse zuverlässig sowie kontinuierlich selbständig ausführen.

 

Kommunikative Steuerung für Betriebs- und Sicherheitsinformationen


Um diese Rahmenbedingungen zu erfüllen, wird eine kommunikative Fahrzeugsteuerung benötigt, die für Betriebs- ebenso wie für Sicherheitsfunktionen einsetzbar ist. Unter den Begriff Betriebsfunktionen fällt beispielsweise das Empfangen, Abarbeiten und Quittieren von Fahraufträgen. Die Fahrtensteuerung umfasst die Navigation, also die Positionserfassung sowie das Einstellen der Antriebsgeschwindigkeiten und Lenkwinkel. Darüber hinaus ist sie für das Kapazitäts- und Lademanagement der Energiespeicher verantwortlich. Zu den Sicherheitsfunktionen zählen als Bumper bezeichnete Stoßstangen, Schaltleisten und nicht zu vergessen der Not-Halt. Je nach Risikobeurteilung enthält die Fahrzeugsteuerung Sicherheitsfunktionen, beispielsweise durch die Auswertung von Sicherheits-Laserscannern und sonstigen Sicherheitssensoren. Außerdem wirkt sie sicher auf die Antriebsregler ein, indem sie diese stoppt, die Geschwindigkeit reduziert oder einen sicheren Halt herbeiführt. Zeitgleich werden optische und akustische Signalgeber angesteuert.


Für die beschriebenen Aufgaben der Fahrzeugsteuerung bieten sich die Axioline-Controller AXC von Phoenix Contact an. Die Geräte zeichnen sich neben ihrem modularen, robusten und vibrationsbeständigen Aufbau durch eine kompakte Bauform sowie gute Kommunikationsfähigkeit aus. Liegt eine Kommunikationsverbindung vor, können sie zum Beispiel Fahraufträge aus einer SQL-Datenbank der „Taxi-Zentrale“ übernehmen und quittieren. Wenn funktionale Sicherheit gefordert ist, lässt sich der Axioline-Controller um ein sicheres Logik- und IO-Modul ergänzen, sodass er Sicherheitsfunktionen bis SIL 3 respektive PL e realisiert.

 

Drahtlose Übertragung sicherheitsrelevanter Daten


Am Beginn und Ende jedes Transportauftrags steht die Übergabe des Transportguts zwischen Fahrzeug und Anlage sowie teilweise das Einfahren des fahrerlosen Transportsystems in einen Schutzbereich der Anlage. Bei der Beurteilung der daraus resultierenden Risiken ist sofort ersichtlich, dass Fahrzeug und Anlage sicherheitstechnisch temporär eine Einheit darstellen und gemeinsame Sicherheitsfunktionen umzusetzen sind. Deshalb muss der Not-Halt der Anlage beispielsweise auch das vor Ort befindliche Fahrzeug stillsetzen und umgekehrt bei einem Not-Aus am Fahrzeug der entsprechende Anlagenbereich abgeschaltet werden. Zu diesem Zweck ist eine sichere drahtlose Datenübertragung notwendig, an die sich die Steuerungssysteme verschiedener Hersteller ankoppeln können.


Beim Axioline-Controller handelt es sich um ein intelligentes Profinet-Device, ein sogenanntes I-Device, das mittels einer GSDML-Datei (Generic Station Description Markup Language) an beliebigen Profinet IO-Controllern betrieben werden kann. Das sichere Logikmodul wertet das I-Device zu einem vollwertigen Profisafe-Device auf und ermöglicht ferner einen sicherheitsgerichteten Datenaustausch zwischen den in den Lagern installierten stationären Steuerungen sowie den Anlagen und der mobilen Fahrzeugsteuerung. Nach dem erfolgreichen Verbindungsaufbau ist gemäß Risikobeurteilung in der Regel eine Plausibilisierung von Kommunikationsverbindung und räumlicher Zuordnung von FTS und Anlage erforderlich. So wird sichergestellt, dass das fahrerlose Transportsystem mit der richtigen Anlage vernetzt ist und sich im Übergabebereich dieser Anlage befindet. Ist die Verbindung ebenfalls offenkundig korrekt ausgeführt, lassen sich die Sicherheitsfunktionen gemeinsam realisieren. Nach Abschluss des Prozesses, also der Übergabe des Transportguts, meldet sich das FTS ab, beendet die Profinet-Verbindung und setzt seine Fahrt autonom fort.

 

Keine Logikanpassung bei weiteren Fahrzeugen


Zum Aufbau eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerks werden Access Points benötigt. Hier eignet sich insbesondere der FL WLAN 5100 von Phoenix Contact. Da der Access Point über drei Antennen unterschiedlicher Bauart verfügt, lassen sich selbst weitläufigere Produktionsanlagen gut ausleuchten. Für den Einbau in das fahrerlose Transportsystem empfiehlt sich der platzsparende Access Point FL WLAN 1100. Die Profisafe-Spezifikation und das darin beschriebene Black-Channel-Prinzip sieht auch die sichere Datenübertragung via WLAN vor. Hinsichtlich der funktionalen Sicherheit und des Nachweises der Sicherheitsintegrität sind Netzwerkstrukturkomponenten wie WLAN-Baugruppe somit nicht weiter relevant, denn das Profisafe-Protokoll erkennt und beherrscht die zu erwartenden Fehler zuverlässig.


Die Fahrzeugsteuerung konfiguriert den Access Point des Fahrzeugs passend zur Anlage. Das bedeutet, dass die WLAN-SSID (Service Set Identifier) der Anlage sowie eine IP-Adresse in deren Subnetz aus dem Applikationsprogramm des Axioline-Controllers eingestellt werden. Gleiches gilt für das I-Device der Steuerung, das seinen Profinet-Gerätenamen aus dem Applikationsprogramm unterbrechungsfrei während des Fahrbetriebs auf die Erwartungshaltung der nächsten Anlage ändert. Als Datenquelle dient entweder eine Adressliste „Telefonbuch“ auf dem Axioline-Controller oder ein Parameter des Fahrauftrags. Anpassungen an stationären Einheiten bedingen folglich keinen Eingriff in die FTS-Steuerungslogik. Sollen zusätzliche Fahrzeuge hinzukommen, muss die Logik der stationären Steuerungen ebenfalls nicht adaptiert werden. Auch wenn der Fuhrpark schrittweise auf 100 fahrerlose Transportsysteme anwächst, die zwischen 200 Anlagen pendeln, projektiert der Anwender im Profinet-Netzwerk der Anlagensteuerung also nur so viele FTS, wie zeitgleich Fahrzeuge an der Anlage andocken können.

 

Wirtschaftliche Umsetzung mit dem Competence Center Safety


Die leistungsstarken Steuerungen AXC 3050 der Axioline-Produktfamilie umfassen drei getrennte Ethernet-Ports. Auf diese Weise lässt sich eine Separierung zwischen FTS- und stationärem Netz ohne weitere Hardware einfach herstellen. Im Ergebnis kann jedes Fahrzeug mit dem gleichen SPS-Programm ausgestattet werden. Die Ethernet- und Profinet-Devices sämtlicher fahrerlosen Transportsysteme erhalten die gleichen IP-Adressen, Gerätenamen sowie Safety-Adressen, ohne dass dies zu Konflikten führt, da die Netze untereinander getrennt sind. Sollten auf das Fahrzeug aufgesattelte respektive angehängte Lastaufnahmemittel oder sogar dort angebrachte Roboter über eigene Profinet-Devices verfügen, können diese ebenso einheitlich in allen FTS-Steuerungen projektiert werden sowie mit identischen DNS-Namen (Domain Name System) und IP-Adressen lokal mit den fahrerlosen Transportsystemen kommunizieren.


Das Competence Center Safety von Phoenix Contact bietet in diesem Umfeld beratende und unterstützende Dienstleistungen sowohl für Hersteller und Integratoren von FTS als auch für Anlagenbetreiber an. Die Safety-Experten begleiten den Entwicklungsprozess dabei von der Risikobeurteilung bis zur EG-Konformitätserklärung. Weitere Dienstleistungen im Bereich Wireless, Ethernet/Profinet sowie SPS-Programmierung und Cyber Security tragen zu einer schnellen und effektiven Projektumsetzung bei, indem sie u.a. die Anzahl der Iterationsschleifen bei der Planung und Realisierung der Gesamtanwendung reduzieren.


www.phoenixcontact.de/safety-services

 

 

 

Beitrag aus dhf 6.2018

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