Modulární dopravníkový systém s decentralizovanými řídicími jednotkami

Na mnoha místech fungují výrobní haly automobilek či dodavatelů první úrovně jako hodinky. Na jednotlivých pracovištích se roboti a zaměstnanci věnují přesně načasovaným pracovním krokům, aby poté mohli zpracovaný předmět nasměrovat zpět do výrobního toku. Pokud se však zasekne ozubené kolo, celý výrobní proces se zastaví, zejména pokud je toto ozubené kolo součástí výrobního dopravníkového systému.

Maximální dostupnost a flexibilita patří mezi hlavní požadavky zákazníků. To klade na výrobce dopravníkové techniky tlak na inovace. Cílem je poskytovat bezúdržbové a flexibilnější dopravníkové systémy, které se snadněji a rychleji integrují a které jsou – po odečtení všech přímých i nepřímých nákladů – k dispozici za co nejnižší cenu a rychleji než alternativní řešení.

Společnost Krups, jejíž hlavní závod se nachází v Dernbachu v Porýní-Falcku, patří k lídrům na trhu v oblasti automatizace montáže a testování. Firma se specializuje na automatizační systémy, které efektivně propojují montážní a testovací stanice. Nový systém e-Cart umožňuje nasazení aktivně poháněných, inteligentních nosičů obrobků, které mohou obrobky otáčet, zvedat, upínat nebo naklápět.

Nejnovějším vývojem společnosti Krups je vysoce dostupný dopravníkový systém, který se ubírá zcela novými cestami. , šéf společnosti z druhé generace, vysvětluje základní myšlenku: „V klasickém válečkovém dopravníkovém systému je pohon umístěn přímo v dopravníkovém systému. Na lince dochází k velkému mechanickému namáhání, což má za následek i odpovídající opotřebení. Údržba je proto u pevně instalovaných systémů vždy problémem. Proto jsme chtěli systém převrátit naruby a údržbu zcela eliminovat. Vyvinuli jsme tedy pasivní linku, která je zcela bezúdržbová. Veškerá technika a elektrická výbava se nyní nacházejí ve vozících, tzv. e-Carts. Tato elektricky poháněná vozidla jsou vybavena systémem autodiagnostiky a v případě potřeby je lze preventivně vyjmout za účelem údržby. Díky tomu se zkracuje doba údržby a linka zůstává v provozu. Kromě toho je také velmi snadné dopravní linku později rozšířit. Systém e-Cart rovněž umožňuje flexibilnější mapování výrobních procesů s menšími velikostmi sérií. Dalo by se také říci, že se jedná o hnací sílu Průmyslu 4.0.“

E-Cart přináší revoluci v oblasti dopravníkové techniky pro elektromobilitu

Společnost Krups představila nový dopravníkový systém pod názvem „LOGO!MAT e-Cart“. A kdo jiný než automobilový průmysl by měl patřit mezi první uživatele této technologie pro manipulaci s materiálem, když je tento sektor známý jako průkopník v oblasti průmyslové automatizace. Pro společnost Krups je to takřka domácí hřiště, protože přibližně 95 procent svého obratu realizuje právě v automobilovém průmyslu. Mezi zákazníky této firmy ze Westerwaldu patří částečně integrátoři, kteří dodávají kompletní systémy pro výrobce automobilů, nebo dokonce samotní integrátoři těchto výrobců. Například jeden velký německý výrobce automobilů bude v budoucnu využívat systém e-Cart při výrobě baterií pro elektromobily.

Aby se společnost Krups nemusela u každého systému „vynalézat kolo“, sází na modulární koncepci. Systém se skládá z několika standardizovaných modulů: rotačních modulů, příčného dopravníku, zarážky a indexéru. Tyto jednotky se individuálně sestavují podle požadavků zákazníka a připojují se k řídicímu systému závodu přímo na místě. Dopravníkový systém poskytuje výrobnímu systému zákazníka data pro vyhodnocení a umožňuje obousměrnou komunikaci.

Decentralizovaný řídicí systém pro modulární dopravníkový systém

„V minulosti vždy existoval hlavní řadič, do kterého byly směrovány všechny signály. V některých případech se stále jednalo o zapojení typu bod-bod, ale stále častěji se používaly decentralizované vstupně-výstupní jednotky. Problémem bylo programování. Tradičně systémový programátor naprogramuje vše v jedné sekvenci kroků. Pokud však v okamžiku zapnutí nebo po nouzovém spuštění nastane nějaká situace, která v této sekvenci kroků není zmapována, museli by uživatelé jednotky přesouvat ručně, aby opět získali přehled o stavu systému,“ vysvětluje Christian Mies, vývojář řídicích jednotek ve společnosti Krups. „Aby se předešlo ručnímu zásahu, musí být dopravníkový systém naprogramován jinak. Vytvoříte podmínky a definujete reakce, které jsou vhodné pro všechny situace.“ Pokud se řízení modulů odehrává v hlavním řídicím systému, zákazníci zde někdy provádějí změny, které narušují celkový proces. Pokud v důsledku toho dojde k poruchám, obracejí se na společnost Krups – i když za ně společnost nenese odpovědnost. Tato zkušenost společnost Krups naučila jednu věc: v ideálním případě by se každý modul měl řídit samostatně.

Autonomní řízení zvyšuje spolehlivost procesu

V současné době každý modul navenek funguje jako černá skříňka, která s hlavním řídicím systémem komunikuje pouze prostřednictvím obousměrného sběrnicového připojení. Modul plní své určené funkce: otáčení, boční posun, sledování provozu a hlášení svého stavu. Každý modul – přesně přizpůsobený danému projektu – je tak řízen a dokonale reprodukuje všechny možné procesy. Nad ním se nachází systémový řadič, který řídí celý průběh. Samotné pohybové sekvence a monitorování stavu však provádí každý řadič přímo v modulu.

Společnost Krups například nemusí zasahovat do řídicího systému celého závodu, ani provozovatel závodu nemusí ovládat jednotlivé moduly dopravníkového systému. Na základní úrovni je třeba zajistit pouze komunikaci mezi celkovým řídicím systémem a moduly. Tyto moduly dopravníkové techniky, které disponují vlastní inteligencí, společnost Krups interně označuje jako „chytré moduly“. Již před deseti lety společnost hledala autonomní řídicí jednotky, které by bylo možné namontovat přímo na moduly v terénu.

Vlastní řídicí jednotka s krytím IP67

„Už jsme hledali malé řídicí jednotky s krytím IP67. Na trhu však nic takového nebylo,“ uvádí Christian Mies. Společnost Krups si proto zpočátku pomohla sama: „Nechali jsme si vyrobit vlastní řídicí jednotku na desce plošných spojů, připojili jsme všechny konektory M12 a vše jsme umístili do jednoho pouzdra. Do tohoto krytu bylo nutné vyvrtat otvory, navíc tam musela být umístěna pneumatika a displej. Jednalo se o velmi velké skříně, jejichž výroba byla poměrně složitá. Museli jsme nechat vyrobit desky plošných spojů, sestavit kryty a vše zapojit. Fungovalo to, ale bylo to pracné,“ vysvětluje senior manažer Peter Krups cestu k vlastnímu modulovému řízení.

Od té doby, co společnost TURCK před několika lety uvedla na trh svůj blokový řadič TBEN-L-PLC, mohla společnost Krups upustit od složitého vlastního vývoje. Dnes tato společnost využívá řadič s krytím IP67 v mnoha modelech strojů – nejen v systému e-Cart. Řadič pro každý prvek dopravníkového systému byl naprogramován v prostředí Codesys. Komunikace s pohony nebo ventilovými bloky a dalšími komponenty modulu probíhá přes sběrnicové rozhraní, zatímco komunikace s hlavním řídicím systémem celého zařízení se obvykle uskutečňuje přes Profinet. „Naší výhodou je, že moduly jsou identické a lze je používat bez dodatečného programovacího zařízení v terénu, což usnadňuje výměnu, vkládání a zálohování dat. V ideálním případě stačí, aby zákazník připojil pouze 7/8-palcový konektor pro 24 voltů a ethernetový konektor pro připojení k sběrnici,“ vysvětluje Mies výhody pro uživatele. Podle IT manažera Miese má rozmanitost protokolů používaných kompaktním řadičem své výhody i pro mezinárodně působící společnost, jako je Krups: „Máme americký trh s protokolem EtherNet/IP, stejně jako evropský a asijský trh, kde se protokoly mísí. V současné době se zaměřujeme na EtherNet/IP a Profinet, ale v zásadě by byl možný i Modbus TCP, pokud by to zákazník požadoval. Skvělé je, že zařízení TURCK obsahuje všechny licence Codesys. Ať už zákazník používá jakýkoli průmyslový sběrnicový systém, licence je součástí dodávky a my ji můžeme využít. Můžeme ji použít dokonce i v případě, že potřebujeme malý hlavní řadič, protože součástí dodávky jsou i licence pro master,“ popisuje Mies různé scénáře použití řadiče TBEN-L-PLC.

Systém e-Cart šetří energii při výrobě baterií

Již samotné rozměry dopravníkového systému e-Cart ve výrobě baterií jasně ukazují, že výrobce bere elektromobilitu vážně. Se 130 samohybnými vozíky na jednom kilometru dopravníkové dráhy je fáze malosériové výroby již dávno za námi. Na dráze nainstalovala společnost Krups 70 otočných stolů a přibližně 140 zarážek. 10 zarážek využívá společně řídicí jednotku TBEN-L-PLC jako bránu k hlavnímu řídicímu systému zákazníka. To zákazníkovi výrazně snižuje počet účastníků sběrnice.

Pro změnu směru jsou vozíky řízeny příčnými posuvnými jednotkami na paralelních kolejích nebo se jejich směr pohybu mění pomocí otočných stolů. Na rozdíl od většiny tradičních systémů je u systému e-Cart možná komunikace s vozíky. Na zarážkách jsou umístěny jednotky NFC (Near Field Communication), které slouží k výměně dat prostřednictvím TBEN-L-PLC jako brány mezi hlavní řídicí jednotkou a vozíky, což umožňuje včasné vyřazení vozíků v závislosti na jejich stavu nebo čekajících varovných hlášeních. Další výhodou je, že při údržbě vozíků nespotřebováváte žádnou elektřinu – na rozdíl od konvenčních válečkových dopravníkových systémů, u nichž pohony obvykle běží nepřetržitě – a to i v případě, že není třeba přepravovat žádnou krabici.

BL compact poskytuje další vstupy a výstupy prostřednictvím sítě CAN

Senzory a akční členy jednotlivých modulů jsou přímo připojeny k jednotce TBEN-L-PLC. Blokový regulátor poskytuje osm univerzálních kanálů na čtyřech zásuvkách, které se automaticky přizpůsobují požadované konfiguraci jako vstupy nebo výstupy. Pokud jsou zapotřebí další vstupy a výstupy, společnost Krups rozšiřuje počet požadovaných signálů pomocí kompaktních I/O modulů BL prostřednictvím připojení přes sběrnici CAN. Kompaktní moduly BL jsou rovněž konstruovány se stupněm krytí IP67 a montují se přímo na jednotky.

Díky krytí IP67 se ušetří práce s kabeláží

Společnost Krups ocenila úsporu práce, kterou přináší technologie IP67. „Už jen samotné vedení kabelů pro napájení 24 V a signálů k 12 řídicím jednotkám na zarážkách a jejich označování by bylo velmi časově náročné. To samo o sobě snadno pokryje náklady na TBEN-L-PLC,“ odhaduje IT manažer Christian Mies.

Systém e-Cart je nejen energeticky úsporný a spolehlivější, ale umožňuje také flexibilnější procesy, jak je popsáno v modelových scénářích Průmyslu 4.0 a jak již bylo realizováno. Komunikace s nosičem obrobků umožňuje zvládnout vyšší míru rozmanitosti výrobků, jak ukazuje další příklad použití: Dopravníkový systém e-Cart přepravuje v automobilovém průmyslu také nápravy vozidel dvou modelů. Přesto existuje 140 různých typů náprav, které vozíky přepravují výrobním procesem. Aktivně poháněné nosiče obrobků umožňují snadné řízení nebo vynechání různých výrobních kroků. Čekací doby jsou minimalizovány a vozíkům lze na stanicích přiřadit i různé rychlosti.

Díky své inteligentní řídicí technologii přímo v terénu přispívá systém e-Cart k plynulému a efektivnímu chodu i flexibilních výrobních procesů. Vzhledem k tomu je zřejmé, že představa o výrobě jako o přesně načasovaném hodinovém stroji pochází z jiné doby. I když se ve výrobě 4.0 jedno ozubené kolo zapadá do druhého, hodiny výroby 4.0 musí být flexibilní, stejně jako hodiny Salvadora Dalího.

Zákazník | www.krups-online.de