Intelligente Steuerung für die mobile Kanalreinigung

Extreme Temperaturen, Feuchtigkeit, Staub, Schmutz und Vibrationen zehren an den Bauteilen von Arbeitsfahrzeugen. So müssen auch Sensoren und Steuerungskomponenten höchsten Anforderungen an den Kanalreinigungsfahrzeugen gerecht werden, um die unterschiedlichen Arbeitsschritte und Prozesswerte zuverlässig überwachen und steuern zu können.

Bucher Municipal ist globaler Hersteller von Spezialfahrzeugen wie zum Beispiel Müllfahrzeuge, Kehrfahrzeuge oder Winterdienstgeräte. Im dänischen Silkeborg fertigt das Unternehmen Kanalreinigungsfahrzeuge. Brian Munk Andersen, Leiter Forschung und Entwicklung bei Bucher in Dänemark, erklärt den Aufbau und die Funktion dieses Fahrzeugtyps: „Eine Kanalreinigungsanlage ist mit zwei Pumpensystemen ausgestattet. Die Spülpumpe reinigt Abwasserkanäle und Tanks. Mit der Vakuumpumpe können wir Schlamm und Industrieabfälle in den auf dem Fahrzeug montierten Container einsaugen.“ Über zwei im Außenbereich des Fahrzeugs angebrachte mobiltaugliche Bedieneinheiten kann der Fahrzeugführer die verschiedenen Arbeitsschritte ausführen: das Schwenken des Auslegers, das Ab- und Aufrollen des Schlauchs, das Schalten sämtlicher Pumpen oder das Entleeren des Abwassercontainers.

Auf den Displays der Dialoggeräte vom Automatisierungsspezialisten ifm werden die relevanten Systemparameter und Prozesswerte angezeigt und unterstützen den Anwender bei der Durchführung der Arbeitsschritte.  Für den reibungslosen Ablauf der einzelnen Prozesse sorgt im Fahrzeuginneren eine Steuerungseinheit. „Mit unserer intelligenten Steuerung der Kanalfahrzeuge sorgen wir für effiziente Abläufe und maximale Fokussierung auf die Aufgabe, damit das Fahrzeug für unsere Endverbraucher einen möglichst hohen Mehrwert bietet“, so Andersen. Andersen weiter: „Bei Bucher Municipal haben wir einen ständigen Fokus auf Innovation und Entwicklung. Deshalb setzen wir auf automatisierte und intelligente Lösungen.“

Als das Unternehmen 2016 eine Kooperation mit ifm eingegangen ist, suchte es einem zuverlässigen Lieferanten für die Steuerungslösungen. ifm bietet ein breites Spektrum an Komponenten – von Sensoren über Displays und IO-Systeme bis hin zu Steuerungen. „Während der gesamten Entwicklungsphase haben wir eng zusammengearbeitet, um eine Lösung zu entwickeln und dafür die optimalen Produkte auszuwählen“, erinnert sich der Entwicklungsleiter: „Unsere Fahrzeuge müssen unter sehr unterschiedlichen Bedingungen wie Kälte, Hitze, Staub und Schmutz zuverlässig arbeiten. Dies stellt besonders hohe Anforderungen an die Komponenten.“

Das Herzstück der Anlage ist der ecomatController CR711S, eine robuste und mobiltaugliche SPS. Sie arbeitet mit zwei voneinander unabhängigen internen SPS-Einheiten, wobei eine davon als Safety-Steuerung zertifiziert ist. Die integrierten Multicore-Prozessoren ermöglichen ein schnelles Abarbeiten auch komplexer Steuerungsfunktionen. Bei Bedarf lassen sich die Applikationsprogramme auf die beiden internen SPS-Einheiten aufteilen. Damit kann der Programmteil für die Safety-Funktionen ohne Beeinflussung durch den allgemeinen Programmablauf ausgeführt werden. Das gestattet einen zuverlässigen Betrieb auch bei umfangreichen Steuerungsfunktionen. Der Controller kann in sicherheitsgerichteten Applikationen bis ISO 13849 PL d und IEC 62061 SIL CL 2 eingesetzt werden.

Neben zahlreichen diagnosefähigen, multifunktionalen Ein- und Ausgängen ist der ecomatController mit zwei Ethernet Ports und vier CAN-Schnittstellen ausgestattet. Die CAN-Schnittstellen unterstützen alle wichtigen Bus-Protokolle (CANopen, CANopen Safety und J1939) und den transparenten und vorverarbeitenden Datenaustausch. Die CODESYS-Programmierung (Version 3.5) ermöglicht eine einfache Integration der Steuerungsfunktionen in das Applikationsprogramm. Bei Bucher ist die Steuerung zudem mit einem GSM-Funkmodul verbunden. „Über unsere Remote-Verbindung können wir in vielen Fällen bereits Probleme lösen, während das Fahrzeug weiterhin unterwegs ist. Nur wenn eine Fehlerbehebung aus der Ferne nicht möglich ist, muss das Kommunalfahrzeug eines unserer zahlreichen Servicezentren ansteuern“, sagt Andersen.

Um die unterschiedlichen Arbeitsschritte und Prozesswerte zu überwachen und zu steuern, sind zahlreiche Sensoren und Aktuatoren am Kanalreinigungsfahrzeug verbaut. Sie kommunizieren über dezentrale IO-Module per CAN-Bus mit der Steuerung. Andersen erklärt den Vorteil: „Mit CAN-Einheiten, die an verschiedenen Stellen platziert sind, reduzieren wir die Verkabelung und erzielen darüber hinaus eine höhere Zuverlässigkeit und einfachere Bedienung der Geräte.“ Die verwendeten Steuerungsmodule vom Typ CR2032 haben jeweils 16 Ports, die multifunktional konfigurierbar sind, zum Beispiel als digitale Ein- oder Ausgänge oder als PWM-Ausgang zur Ansteuerung von Proportionalventilen. Durch eine in den Modulen integrierte Steuerung können Sensorsignale vorab dezentral ausgewertet werden. Diese Vorab-Filterung der Daten senkt nicht nur den Datenstrom auf dem CAN-Bus zur Steuerung, es vereinfacht auch das Anwendungsprogramm auf der SPS.

Als Mensch-Maschine-Schnittstelle sind verschiedene mobiltaugliche Displays im Außenbereich des Fahrzeugs angebracht. „Auf dem großen Display im Hauptschrank kann der Bediener das gesamte System bedienen und die Grundeinstellungen vornehmen. Danach kann er das System über die Fernbedienung oder über die Bedienfelder bedienen“, nennt Andersen einen Vorteil dieser Architektur. Bei den Dialoggeräten handelt es sich um programmierbare Grafikdisplays zur Steuerung, Parametrierung und Bedienung von mobilen Arbeitsmaschinen und Anlagen. Sie können in Kombination mit einer mobilen Steuerung oder als Stand-alone-Lösung betrieben werden. Über die CAN-Schnittstellen werden die Daten und Gerätefunktionen übertragen. Sie bieten eine erhöhte EMV-Festigkeit und eine E1-Typgenehmigung zur Zulassung im Straßenverkehr. Brian Munk Andersen abschließend: „Mit der Lösung von ifm haben wir die Möglichkeit, ein automatisiertes System zu schaffen, das uns eine hohe Zuverlässigkeit bietet und dem Bediener den Umgang mit unseren Geräten erleichtert.“