Kevin Yang, Technical Support Engineer, Beckhoff China

1. Systemarchitektur und Steuerungsfunktionen 2. Offene Steuerungstechnik vereinfacht die Kommunikation 3. Fehlersuche auch aus der Ferne möglich 4. Kompakte I/O-Module reduzieren Hardwarekosten 5. Schnelle Umsetzung durch effizientes Engineering 6. Ausblick 7. Über KSEC Intelligent

Auch die Verantwortlichen von KSEC Intelligent, dem führenden Anbieter von Logistiklösungen in China, hatten beim Aufbau eines automatischen Test- und Hochregallagers ein Testzentrum im Blick. Ziel war es, die Effizienz der Logistikanlagen weiter zu verbessern und den hohen Anforderungen einer intelligenten Produktion gerecht zu werden. Im Lager- und Distributionszentrum sollen Komponenten und Teile gelagert und für die spätere Montage im Werk verteilt werden. Das Informationsmanagement und der Materialfluss mussten verbessert und ein schnelles und leistungsstarkes Staplersystem für die Warenein- und -auslagerung getestet werden.

Bereits bei verschiedenen Anlagen setzte KSEC Intelligent auf Technik der Beckhoff Automation GmbH & Co. KG, Verl. Nach umfassender Evaluation fiel die Entscheidung für Beckhoff als Hauptlieferant der Steuerungstechnik für das neue System. Ziel war es unter anderem, das Portfolio der eigenen Steuerungsprodukte zu erweitern, Hochsprachen für die Programmierung testen zu können und die Fähigkeiten der PC-based Control voll auszuschöpfen.

In der Endkonfiguration befinden sich die Datenbank und der Scheduling-Server auf der höchsten Ebene der Systemarchitektur. Sie sind verantwortlich für die Verwaltung der Produktionsdaten, das Zusammenspiel mit dem MES/ERP-System und die Verteilung der geplanten Aufgaben. Die lokale SPS, die Staplereinheit und andere Systeme befinden sich auf derselben Steuerungsebene. Wägeeinheiten, Rollenbahn, 2D-Codeleser, optisches Inspektionssystem und Bedienterminal werden als Teilsysteme von der SPS gesteuert.

Zu den Systemfunktionen gehören Ein-/Auslagerungssteuerung, Materialabfrage, Materialverwaltung etc. Während der Einlagerung werden die Paletten (Kisten) mit Gabelstaplern zu den von der SPS angefahrenen Rollenbahnen am Eingang des Regallagers transportiert. Der 2D-Code mit den Produktinformationen auf der Palette wird ausgelesen und diese Informationen werden von der Steuerung kontinuierlich an den nächsten Abschnitt der Förderanlage weitergeleitet. Anschließend werden die Paletten durch ein optisches Inspektionssystem auf Aussehen und Größe geprüft und je nach Größe auf unterschiedliche Rollenbahnen verteilt. Anschließend durchlaufen die Paletten den Bereich der Bodenwaage. Zu den Paletteninformationen werden Größen- und Gewichtsdaten hinzugefügt, und basierend auf diesen Informationen wählt das Dispositionssystem ein geeignetes Regal für die Lagerung aus.

Vollautomatische Verpackungsmaschinen profitieren von PC-basierter Steuerungstechnik

Um Paletten aufzunehmen, fahren Regalbediengeräte, die sogenannten Stacker, zum Ausgang der Rollenbahn. Am Übergabepunkt realisiert die lokale SPS die Handshake-Kommunikation mit dem Staplersystem und die Stapler stellen die Ware gemäß den Vorgaben des Dispositionssystems in die entsprechenden Regale. Zur Auslagerung fragen die Bediener einfach die Materialien entsprechend den Auftragsdaten ab und starten die Auslagerungspaletten, die automatisch zum Ausgang der Regale fahren und dort auf die Ware warten.

Die Steuerung der Rollenbahn ist relativ einfach, die Kommunikation zwischen den Lagereinrichtungen und den übergeordneten Systemen ist jedoch komplexer. Die Herausforderung besteht darin, eine stabile und zuverlässige Dateninteraktion zwischen allen Systemen zu gewährleisten, die im Bedarfsfall eine schnelle Wiederherstellung der Daten beispielsweise nach einem Systemausfall ermöglicht. Im Vergleich zu herkömmlichen SPS-Systemen übernimmt der Embedded-PC CX2020 alle Aufgaben, sodass keine zusätzlichen PC-Systeme erforderlich sind.

Gegenüber SPS-Steuerungen bietet die PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff laut KSEC Intelligent Vorteile in Bezug auf Konnektivität, hohe Geschwindigkeit und hochpräzise Steuerung von Maschinen. Zudem erleichterte die Offenheit des Systems die Kommunikation bei diesem Projekt. Die Kommunikation mit den Staplern wird über das Profinet-Protokoll in der lokalen SPS realisiert; die Dateninteraktion mit dem 2D-Codeleser läuft über Modbus TCP und die UDP-Kommunikation mit dem optischen Inspektionssystem über TCP/IP. Außerdem kann die Steuerung mit dem TwinCAT Database Server direkt mit der Datenbank kommunizieren, um dort die relevanten Gewichts-, Aussehens- und Größeninformationen zu speichern. Durch die Anbindung des Embedded-PC an ein Beckhoff Control Panel CP2912 entsteht eine kompakte, im Schaltschrank integrierte Steuereinheit, die separate Steuerklemmen überflüssig macht.

Wofür werden Feldbus und Industrial Ethernet verwendet?

Die hohe Konnektivität spiegelt sich auch in der Unterstützung der VPN-Kommunikation durch die Steuerung wider. Das Technikum des Kunden befindet sich in einem Stadtgebiet, während sich das Lager in einem 10 km entfernten Industriepark befindet. Tritt an einer Maschine ein Problem auf, können Sie sich aus der Ferne aus der Technikzentrale in die Steuerung einloggen, was dem Bediener die Führung vor Ort zur Fehlersuche erleichtert.

„Der Wettbewerb in der Logistikbranche ist mittlerweile sehr hart – daher ist es für uns entscheidend, Kosten zu senken“, erklärt Ingenieur Yang, der in diesem Projekt für die elektrische Steuerungsauslegung verantwortlich ist. „Durch den Einsatz von 16-kanaligen High-Density (HD)-Klemmen von Beckhoff liegen die Hardware-Gesamtkosten um rund 30 Prozent niedriger als bei den bisher eingesetzten Systemen.“ Durch die hohe Packungsdichte werden zudem Materialien wie Gehäuse und elektronische Bauteile reduziert. Die Beckhoff-Module benötigen für die Montage nur eine Hutschiene, so dass die Implementierungskosten insgesamt gering sind.

Die Systemkonfiguration sieht im System fünf Bodenwaagen vor, die über Ethercat mit dem Profinet RT Controller / Geräteklemme EL6631 verbunden sind. „Die Konfiguration der Ethercat-Gateway-Module von Beckhoff ist flexibel und komfortabel. Die mir bisher bekannten Gateway-Module müssen über eigenständige Softwareanwendungen konfiguriert werden, während die Konfiguration der EtherCAT-Klemmen einfach und durchgängig über die Twincat-Software erfolgen kann“, sagt KSEC-Ingenieur Liyuan Feng, der für die Fehlersuche zuständig ist Projekt.

Der Einsatz von Soft- und Hardware von Beckhoff kann separat implementiert und debuggt werden. Softwareingenieure können Programme schreiben und debuggen, ohne die beteiligte Hardware zu kennen. Hardwareingenieure müssen nur variable Punkte mit tatsächlichen Hardwarepunkten gemäß den Spezifikationen einer Punkttabelle verknüpfen. Die spezialisierte Arbeitsteilung ermöglicht es den Ingenieuren, sich auf die Optimierung des Systems zu konzentrieren; Software und Hardware können gleichzeitig implementiert und dann für gemeinsames Debugging kombiniert werden, um die Projektimplementierungszeit zu verkürzen. Außerdem müssen die Hardware-Ingenieure bei einem Defekt des Hardware-Kanals nur die aktuellen Variablenlinks freigeben und auf einen anderen Kanal umleiten, ohne den Quellcode ändern zu müssen.

Beckhoff bietet ein One-Click-Dashboard zur Datenanalyse

Auch der Simulationsbetrieb des Programms ist laut KSEC Intelligent ein Vorteil von Twincat. „Nach der Entwicklung unserer Software wurde ein Inline-Simulations-Debugging mit dem TIMMS VCCS-Tool durchgeführt. Weil Beckhoff die Simulation gut unterstützt, wurde mein PC nach der Installation von Twincat zu einer leistungsfähigen Steuerung“, so Ingenieur Liyuan Feng weiter. Auf diese Weise konnte ich die Fehler in meinen Programmen finden. „Twincat unterstützt alle IEC-61131-3-Programmiersprachen, die auch in einem Projekt kombiniert werden können. Die intuitive und übersichtliche Programmierung mit Kontaktplan (KOP) wird in diesem Projekt zur Rollensteuerung verwendet; Strukturierter Text (ST) für die Modbus-TCP-Kommunikation, UDP-Debugging und die Implementierung der Berechnungsalgorithmen.

Mit der Weiterentwicklung der Konzepte Smart Factory und Industrie 4.0 wird sich die automatisierte Logistik künftig noch stärker in Richtung Intelligenz und Digitalisierung entwickeln. Die entsprechenden Funktionen sind laut KSEC Intelligent mit einer herkömmlichen SPS-Steuerung, also einer geschlossenen Plattform, kaum realisierbar. Die PC-basierte Steuerungstechnik hingegen ist von Haus aus für die Integration von Automatisierung, Intelligenz und Informationstechnik in einer Plattform gerüstet. „Wir haben in diesem Projekt das große Potenzial der PC-based Control gesehen“, resümiert Ingenieur Yang. „Für das nächste Projekt planen wir, den bisherigen Server durch eine leistungsfähigere PC-Steuerung zu ersetzen, um die Kosten für zwei Server einzusparen.“ (Ko)

Weitere Informationen zu Lösungen von Beckhoff für die Intralogistik: hier.pro/5T2zw

Kontakt: Beckhoff Automation GmbH & Co. KG Hülshorstweg 20 33415 Verl. +49 5246 / 963-0 info@beckhoff.de www.beckhoff.com

Kunming KSEC Intelligent Technology Co., Ltd. (KSEC Intelligent) ist Teil von Kunming Shipbuilding Equipment Co., Ltd., einer Tochtergesellschaft der China State Shipbuilding Corporation (CSSC). Das Unternehmen beschäftigt mehr als 1.800 Mitarbeiter, darunter 1.000 Ingenieure. Das Kerngeschäft umfasst die Entwicklung, Konstruktion und Systemintegration im Bereich Automatisierung von Lagerlogistik und E-Commerce.

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