Betrouwbare besturing van AGV’s dankzij een op sensoren gebaseerde, end-to-end-oplossing

Met meer dan 80 jaar ervaring is Proferro NV een van de toonaangevende specialisten op het gebied van metaalbewerking. Het bedrijf, met hoofdkantoor in Ieper, België, produceert gietstukken op maat en biedt een uitgebreid dienstenaanbod, waaronder de productie van gietijzer, verspanen, assemblage en co-engineering voor fabrikanten van landbouwmachines of mijnbouwapparatuur, compressoren, textielmachines en andere industriële toepassingen. Met een sterke focus op kwaliteit en innovatie wordt Proferro beschouwd als een betrouwbare, langetermijnpartner en een wereldwijde leverancier voor OEM's. Een uitgebreid machinepark – bestaande uit meer dan 100 CNC-gestuurde machines – en een toegewijd personeelsbestand van ongeveer 600 medewerkers vormen de basis van het succes van het bedrijf. Slimme automatisering vormt een centraal onderdeel van de productieactiviteiten.

Om de veiligheid en ergonomie voor de medewerkers te verbeteren en de efficiëntie van de productie- en logistieke processen te verhogen, was het bedrijf van plan een vloot van automatisch geleide voertuigen (AGV’s) in te zetten. Deze AGV’s waren bedoeld ter vervanging van de voorheen gebruikte vorkheftrucks op gas. Heftruckchauffeurs moesten herhaaldelijk op zoek gaan naar de juiste onderdelen in het magazijn en uitgebreide handmatige scans uitvoeren, wat vaak leidde tot fouten en vertragingen. De AGV’s zijn nu bedoeld om het in- en uitgaande transport van gietstukken naar CNC-machines te automatiseren en zo autonoom mogelijk te werken, om zo tijdverlies en fouten als gevolg van handmatige werkzaamheden te elimineren.

Robuuste oplossing voor stoffige omgevingen

Een van de belangrijkste uitdagingen was het betrouwbaar beheren van het wagenpark, met name in de stoffige productieomgeving van een metaalverwerkend bedrijf, waarvoor een bijzonder robuuste oplossing nodig is. Naast betrouwbare sensortechnologie is een robuust systeem vereist om gegevens te registreren, te beveiligen en door te sturen naar systemen op een hoger niveau. "Ons doel was een geautomatiseerde logistieke oplossing die just-in-time-levering van onderdelen aan de machines in de aangrenzende productiefaciliteit mogelijk maakt", legt Mathieu van den Berghe uit, . "Een volledig geautomatiseerd hoogbouwmagazijn zorgt er al voor dat de benodigde onderdelen bij de afhaalpunten beschikbaar worden gesteld. De productieruimte zelf is echter altijd een bijzonder uitdagende omgeving geweest vanwege de blootstelling aan stof en vuil." Een systeem voor sensorgebaseerde gegevensverzameling en draadloze overdracht zou deze uitdagingen moeten overwinnen en zorgen voor een langdurige, soepele werking van de automatisch geleide voertuigen.

Aangezien een RFID-systeem met vision-camera’s vanwege het grote aantal onderdelen te kostbaar bleek, stelde TURCK een geïntegreerde oplossing voor met behulp van ultrasone en foto-elektrische sensoren, in combinatie met robuuste I/O-modules, schakelaars en een IIoT-gateway. "Het Turck Multiprox-team maakte ons al snel duidelijk dat sensoren alleen niet voldoende zouden zijn. Hoewel ze signalen betrouwbaar kunnen detecteren, is een complete oplossing nodig om de gegevens correct door te sturen naar de doelsoftware voor de besturing van de AGV's," legt Van den Berghe uit.

De voorgestelde totaaloplossing maakte indruk op de gebruiker door haar eenvoud en robuustheid. De oplossing is gebaseerd op retroreflectieve foto-elektrische sensoren, QS18UPAQ8 ultrasone retroreflectieve sensoren met schakeluitgang en retroreflectieve lasersensoren met instelbare achtergrondonderdrukking. De montage van de ultrasone sensoren onder de stellingen bleek bijzonder effectief, omdat hierdoor stofophoping werd voorkomen. Daarnaast worden foto-elektrische sensoren en lasersensoren gebruikt om pallets op de vloer te detecteren.

Realtime gegevensoverdracht en flexibiliteit dankzij de multiprotocoltechnologie van TURCK

De sensoren detecteren betrouwbaar of er een pallet aanwezig is en sturen deze informatie continu door naar de TBEN-LL-16DXP, het hart van het systeem. Deze compacte blok-I/O-module beschikt over 16 universele digitale kanalen die als ingangen of uitgangen kunnen worden geconfigureerd. De module bundelt de sensorgegevens en stuurt deze in realtime door naar de besturing. Met beschermingsklasse IP67 is de module beschermd tegen water en stof, waardoor installatie in het veld mogelijk is zonder extra schakelkast. Dit maakt de module bijzonder geschikt voor het beoogde gebruik in de veeleisende productieomgeving van een metaalbewerkingstoepassing, waar betrouwbaarheid en duurzaamheid van cruciaal belang zijn.

Een ander belangrijk voordeel van de blok-I/O-modules is het multiprotocolconcept van TURCK. Hierdoor kunnen de modules zich automatisch – zonder enige tussenkomst van de gebruiker – aanpassen aan het in het netwerk gebruikte Ethernet-protocol, of dat nu Ethernet/IP, Profinet of Modbus TCP is. Daardoor kunnen ze flexibel worden ingezet in een breed scala aan systemen zonder ingewikkelde aanpassingen. Deze veelzijdigheid vereenvoudigt niet alleen de integratie in bestaande infrastructuren, maar maakt de end-to-end-oplossing van TURCK ook toekomstbestendig door compatibiliteit met een breed scala aan systemen te garanderen.

Robuuste netwerkinfrastructuur en efficiënte gegevensoverdracht

Om een robuuste netwerkinfrastructuur te realiseren, leverde TURCK industriële managed Ethernet-switches van het type TBEN-L5-SE-M2. De compacte switches met 10 poorten en een Gigabit-backbone met hoge snelheid zorgen voor korte cyclustijden en een betrouwbare werking bij de hoogste IIoT-datasnelheden. De snelle koppelingsfunctie ondersteunt snelle gereedschapswisselingen in minder dan 150 ms, waardoor extreem korte cyclustijden mogelijk zijn. Dankzij de mogelijkheid tot gedecentraliseerde installatie op veldniveau verminderen de switches bovendien de bedradingsinspanning.

Naast de switches werd de TX700Q ingezet als IIoT-gateway. Deze fungeert als interface tussen de sensoren en het bovenliggende systeem en regelt, als PLC, de gegevensoverdracht en -verwerking, waardoor de algehele complexiteit van het systeem wordt verminderd. De TX700Q is bijzonder geschikt voor minder complexe toepassingen, omdat hij eenvoudig in bestaande infrastructuren kan worden geïntegreerd. Met drie RJ45-ethernetpoorten en één seriële interface biedt hij voldoende connectiviteit voor communicatie met diverse apparaten en systemen. Bovendien ondersteunt de gateway het programmeren van logische functies met behulp van CODESYS, wat de aanpassing aan specifieke toepassingsvereisten vereenvoudigt en de implementatietijd verkort.

Door de TBEN-L5-SE-M2-switches te combineren met de TX700Q IIoT-gateway werd gezorgd voor een betrouwbare en efficiënte gegevensoverdracht binnen de productieomgeving. "Naast de hardware leverde Turck Multiprox ook een CODESYS-softwareoplossing om de integratie met ons WMS-systeem mogelijk te maken. Dankzij de oplossing van TURCK worden onze AGV’s autonoom en betrouwbaar aangestuurd”, legt Van den Berghe uit.

24 uur per dag autonome besturing van AGV's

Met de nieuwe oplossing kan Proferro nu op betrouwbare wijze detecteren of er pallets aanwezig zijn en deze gegevens draadloos doorsturen naar bovenliggende systemen. Deze informatie vormt de basis voor de autonome aansturing van AGV’s en maakt zo een soepele, 24-uurswerking mogelijk.

"Twee belangrijke factoren waren cruciaal voor de succesvolle implementatie van deze oplossing," vat Mathieu van Den Berghe samen. "De software, die de complexiteit vermindert en eenvoudige monitoring mogelijk maakt, en de betrouwbaarheid van de sensoren. Onze ervaring tot nu toe heeft aangetoond dat TURCK-componenten uitzonderlijk betrouwbaar zijn en helemaal geen onderhoud vergen. Dit maakt ze tot een uiterst kosteneffectieve en robuuste oplossing – precies wat we zochten."

Klant | www.proferro.be