Skalierbare Steuerungs- und Antriebstechnik für Intralogistiklösungen von Beckhoff

Das modulare EtherCAT-Klemmensystem lässt sich kompakt auch in den dezentralen Schaltkästen an den Gabelgreifer unterbringen. Beckhoff Automation

Zum Einsatz kommen die Robotersysteme beim Palettieren, Depalettieren und Kommissionieren, beim Lagern und Puffern sowie für die Verkettung von Maschinen und Anlagen. Dabei steht auch die entsprechende Greiftechnik im Mittelpunkt. RO-Ber entwickelt und fertigt selbst zum Beispiel Klemm-, Gabel- und Vakuumgreifer für das Handling der unterschiedlichen Produkte sowohl im Einzel-, Mehrfach- und vor allem im Lagengriff. So vielfältig wie die Produkte sind auch die Einsatzbereiche – Automotive, Food & Beverage ebenso wie die Logistikbranche für Lebensmitteleinzel- und -großhandel, Pharma- und Chemieindustrie.

Bei einem Intralogistikprojekt werden Großladungsträger, wie Gitterboxen, unterschiedlicher Größe und Beschaffenheit mit Gewichten bis 1 500 kg über eine Fördertechnik angeliefert. Diese Behälter muss das Robotersystem anschließend erkennen und auf Routenzüge umsetzen. Über die Routenzüge erfolgt schlussendlich die Produktionsversorgung. Bei der Realisierung der Handhabungstechnik waren laut Geschäftsführer Elmar Stöve mehrere Herausforderungen zu beachten: „RO-Ber verfügte bisher über keinen Roboter, mit dem sich solch hohe Traglasten bewältigen lassen.“ Weiterhin weisen die zu handhabenden Ladungsträger unter anderem eine große Grundfläche auf, sodass diese von zwei Seiten aufzunehmen sind. Aus diesen Gründen waren sowohl das Roboter- als auch das Greifsystem neu zu konstruieren. Stöve weiter: „Beim Roboter wurde konsequent darauf geachtet, dass sich Module aus dem bisherigen Baukastensystem von RO-Ber weiter verwenden ließen. „Das neue Greifsystem besteht – ähnlich einem Gabelstapler – aus zwei Paar Gabelzinken, die servogesteuert zueinander verstellt werden können. Dabei sind in die Ethercat-basierte Antriebstechnik auch einige per CAN angesteuerte Achsen eingebunden, was durch die Offenheit von PC-based Control auch hinsichtlich des Kommunikationssystems einfach, quasi per Plug-and-Play, möglich war.

Insgesamt umfasst das neuentwickelte Robotersystem fünf Achsen: eine horizontale X-Achse sowie zwei weitere horizontale Y-Achsen mit zwei vertikalen Z-Achsen. Die Y-/Z-Achsen können sowohl einzeln als auch im Achsverbund bewegt und damit dynamisch in den Achsverbund ein- beziehungsweise ausgekoppelt werden. Die Verfahrgeschwindigkeiten liegen je nach Achse bei bis zu 4 m/s und die Beschleunigungen bei maximal 2,5 m/s².

PC-based Control bietet Durchgängigkeit und Offenheit

Der Embedded-PC CX2040 bildet zusammen mit EtherCAT- und TwinSAFE-Klemmen den Steuerungskern im zentralen Schaltschrank der Anlage. Beckhoff Automation

Der Handlingspezialist setzt schon seit vielen Jahren die Busklemmen von Beckhoff ein, was – so Elmar Stöve – insgesamt ein guter Ausgangspunkt für den Wechsel zu PC-based Control gewesen sei: „Im Jahr 2015 haben wir uns entschlossen, die damals eingesetzte Steuerungs- und Antriebstechnik abzulösen, und daher eine entsprechende Marktrecherche angestoßen. 2016 fiel dann die Entscheidung zugunsten der PC-basierten Steuerungstechnik, denn sie vereint alle von uns verwendeten Technologien in einem System. Dazu zählen neben der klassischen SPS-Funktionalität auch CNC- und Safety-Funktionen. „Die entsprechend durchgängige Parametrierung und Programmierung mit Twincat als Werkzeug macht die Entwicklung überschaubarer und einfacher. Da wir uns mit unseren Anlagen im intralogistischen Umfeld bewegen, ist zudem die Kommunikation mit übergeordneten Materialfluss- oder Lagerverwaltungssystemen entscheidend“, so Stöve. Hier biete die PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff viele Vorteile.

Weiterer Grund für den Umstieg sei die Kommunikationstechnik gewesen. Denn mit Ethercat stehe einerseits ein schnelles Bussystem zur Verfügung und andererseits könne man damit komplexe Topologien leicht realisieren. Hinzu komme ein weiterer Aspekt, so Elmar Stöve: „PC-based Control deckt mit dem Ethercat-Klemmen-Portfolio einen riesigen Bereich ab, sodass für fast alle elektrischen oder kommunikationstechnischen Aufgabenstellungen eine oder sogar mehrere I/O-Produkte zur Auswahl stehen. Vor allem bei den elektromechanischen Komponenten, wie den Pneumatik-Komponenten, war es uns aber auch wichtig, dass Fremdgeräte über Ethercat ebenso wie über CAN, Profinet usw. einfach zu integrieren sind.“ Zudem habe Beckhoff für die Applikation des Unternehmens wichtige Funktionalitäten in Twincat integriert.

Steuerungstechnik als Innovationsfaktor

Die Antriebstechnik lässt sich mit den Servoverstärkern im Klemmenformat und den Servomotoren AM8000 mit One Cable Technology (OCT) bei allen RO-BER-Handlingsystemen platzsparend realisieren. Beckhoff Automation

Mit den Twinsafe-Klemmen lässt sich auch die Sicherheitstechnik in den I/O-Verbund integrieren, wie Elmar Stöve weiter erläutert: „Auf diese Weise konnten wir einerseits den Verdrahtungsaufwand an den Anlagen verringern und andererseits die Flexibilität steigern.“ Ein weiterer positiver Aspekt hat sich durch die kompakte Antriebstechnik mit den Servoverstärkern EL72xx im Klemmenformat ergeben. Denn die zahlreichen in den Gabel- und Lagengreifern realisierten Stell- und Greiffunktionen lassen sich damit einfacher realisieren und auch neue Greiferkonzepte bei geringem Verkabelungsaufwand entwickeln. Bei dem aktuellen Projekt hat PC-based Contro ­RO-Ber insgesamt die Möglichkeit eröffnet, das komplett neue Robotersystem Twin-Gantry zu entwickeln. Hier können sich zwei Achssysteme einerseits unabhängig voneinander bewegen, andererseits nach unabhängiger Fahrt aber auch jederzeit in den Interpolationsverbund aufgenommen werden – mit allen Funktionalitäten wie das taktzeitrelevante räumliche Überschleifen. Diese Neuentwicklung ermöglicht den Einsatz der Roboter nun auch für das Handling von Langgut.

Das Control Panel CP2921 bietet durch die Multitouch-Funktionalität einen deutlichen Mehrwert für den Maschinenbediener. Beckhoff Automation

Für die Visualisierung setzt RO-Ber auf Twincat HMI, wie Stöve ergänzt: „Twincat HMI ermöglicht als webbasiertes System die Darstellung in jedem Webbrowser auf unterschiedlichen Plattformen. Aufgrund der Verwendung des HTML5-Standards ist es zudem ein zukunftssicheres und offenes System. Weiterhin stellt Twincat HMI eine Funktionsbibliothek zur Verfügung, um das eigene HMI optimal zu gestalten und zu generieren.“ Dies ermöglicht dem Maschinenlieferant einerseits eine HMI-Standardisierung und andererseits aber auch die individuelle Gestaltung für dedizierte Anwendungsfälle. Als Hardwarebasis des HMI dient das Multitouch-Control-Panel CP2921, das sich mit seinem 21,5-Zoll-Display eignet, um ausreichend viele Informationen sowohl textuell als auch grafisch übersichtlich darzustellen: „Aufgrund der heutigen Applikationen, die man beispielsweise vom Smartphone her kennt, war es uns wichtig, die Bedienerführung an diese Funktionen anzupassen, um so eine hohe Akzeptanz beim Bedienpersonal zu erreichen. Die Multitouch-Fähigkeit, unter anderem für Zoom-Funktionen, ist dafür sehr wichtig.“ Der eingesetzte Embedded-PC CX2040 habe sich ebenfalls für die erforderlichen CNC-Applikationen bewährt und sei dabei bisher noch nicht an seine Leistungsgrenzen gestoßen.

Beckhoff auf der SPS 2019: Halle 7, Stand 406

(ml)