Systeme der Intralogistik: Virtuell inbetriebnehmen

Hohe Abstraktion – tiefes Verständnis

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Immer kürzere Produktlebenszyklen verlangen zunehmende Flexibilität von Produktionsanlagen. Damit wachsen auch die Anforderungen an die Intralogistik. Bei Anpassungen und Neuinstallationen von Förderanlagen für den innerbetrieblichen Materialfluss werden kurze Stillstands- beziehungsweise Inbetriebnahmezeiten verlangt. Virtuelle Inbetriebnahme verwendet jetzt ein Unternehmen für Elektrohängebahnen und Fahrerlose Transportsysteme.

Betrachtet man komplexe Förderanlagen wie Elektrohängebahnen (EHB) oder Fahrerlose Transportsysteme (FTS), so bestehen diese oftmals aus einer Vielzahl von Komponenten und Teilsystemen unterschiedlicher Hersteller. Durch nicht explizit aufeinander abgestimmte Komponenten entstehen im Fehlerfall schwer zu beantwortende Fragen nach der Verantwortlichkeit unter den beteiligten Projektpartnern. Zudem ist bei der Projektierung der Förderanlagen ein hohes Maß an Interdisziplinarität erforderlich. Liegt diese Verantwortung in den Händen mehrerer Unternehmen, so ist ohne eine gute Koordination und Kommunikation zwischen ihnen ein zufriedenstellender Projektablauf gefährdet.

Applikationslösungen vom Systemanbieter
Als Reaktion auf die dargestellten Probleme bietet sich bei Förderanlagen eine Integration der einzelnen Systemkomponenten in ein abgestimmtes Gesamtkonzept an, wie es SEW-Eurodrive offeriert. Durch eine Produktentwicklung, die eine systemweite Sichtweise einnimmt, werden einzelne Produkte auch als Systembausteine konzipiert. Sie können neben der Einzelanwendung auch in individuelle, auf die Anforderung abgestimmte Applikations-Systemlösungen integriert werden. Die Optimierung der Komponenten ist somit auch mit Blick auf den Systemverbund durchführbar. Die Systemintegration in Richtung Applikations-Komplettlösungen betreibt SEW-Eurodrive im Bereich der Fördertechnik, derzeit beispielsweise bei Elektrohängebahnen und Fahrerlosen Transportsystemen.
Wichtiger Bestandteil der Applikations-Systemlösungen für die Fördertechnik ist ein durchgehendes Softwarekonzept. Ziel des Konzepts ist es, die Programmierung einer Anlagenfunktionalität durch eine Parametrierung zu ersetzen. Unter Parametrieren wird hier das Setzen eines Parameters auf einen bestimmten Wert verstanden, im Gegensatz dazu bezeichnet Parametrisieren das Versehen eines Objektes mit Parametern. Zentrales Werkzeug ist dabei die Parameter- und Diagnosesoftware „Movivision“ von SEW-Eurodrive, die dem Benutzer eine Eingabe von Parametern sowie eine Überwachung des Anlagenzustandes ermöglicht. Die Komponenten der Förderanlage werden als Objekte abgebildet, deren Eigenschaften und Verhalten über Parameter einstellbar sind. Im Fall eines FTS werden beispielsweise Haltepositionen oder Sollgeschwindigkeiten für verschiedene Bereiche der Fahrstrecke als Parameter gesetzt. An die Stelle der Programmierung bis in niedrige Steuerungsebenen treten eine Parametrierung der Anlage und eine Software-Schnittstelle, die die Steuerung der Anlage auf hohem Abstraktionsniveau erlaubt. Das erleichtert die Inbetriebnahme von Anlagen und spätere Änderungen des Systemverhaltens erheblich.
Vom CAD zur parametrierten Anlage
Als Planungsgrundlage für die Förderanlage stellt der spätere Betreiber gewöhnlich CAD-Daten zur Verfügung. Sie enthalten das Layout der geplanten Anlage und die relevanten umgebenden Systeme wie Be- und Entladestationen, Arbeitsbereiche der Werker oder andere Betriebsmittel. Dieses Layout ist oft Ergebnis im Vorfeld durchgeführter Materialflusssimulationen, um den optimalen Anlagentyp, die benötigte Förderkapazität und die Steuerstrategie zu bestimmen.
Im Falle von Elektrohängebahn- und fahrerlosen Transportsystemen ist ein automatisiertes Importieren des Fahrkurses aus CAD-Daten in das Parameter- und Diagnosetool Movivision möglich. Eine zweidimensionale Draufsicht der Förderanlage muss dabei jedoch zuvor manuell aufbereitet werden. Grund hierfür sind die nicht einheitlichen Zeichnungsstandards sowie die Vielfalt der Objekte in der CAD-Zeichnung, die eine automatische Objekterkennung erschweren. Als Ergebnis des Importvorgangs liegt der Streckenverlauf im Parameter- und Diagnosetool vor. Der Anwender kann nun die darin schematisch dargestellte Förderanlage um weitere Systembausteine ergänzen. Dazu zählen beispielsweise die intelligenten Feldgeräte, Bedienpulte, SPS-Gateways oder Energieeinspeisungen. Danach kann der Anwender die Parametrierung der Anlage vornehmen. Der Parametersatz wird in einer Datenbank sicher verwaltet und erst bei Bedarf an die realen Feldgeräte übermittelt.
Virtuelle Inbetriebnahme
Durch das verwendete Softwarekonzept „Parametrieren statt Programmieren“ verändern sich auch die Anforderungen an den Inbetriebnehmer der Förderanlage. Das Erstellen eines SPS-Programms zur korrekten Steuerung des Systemverhaltens ist nicht mehr Hauptschwerpunkt der steuerungstechnischen Inbetriebnahme. Stattdessen muss eine Vielzahl von Parametern so gewählt werden, dass sich das gewünschte Anlagenverhalten einstellt. Als unterstützende Methode für diesen Prozess dient die Virtuelle Inbetriebnahme (VIBN), die SEW-Eurodrive für die Applikationslösungen EHB und FTS realisiert. Sie ermöglicht die frühzeitige Parallelisierung der mechanischen Anlagenplanung und der Entwicklung der Steuerungssoftware. Als Ersatz für die reale Förderanlage wird bei der VIBN eine Simulation erstellt, die zur Entwicklung und zum Test der Steuerung verwendet wird. Die Steuerung wird mit dem Simulationsmodell der Anlage verbunden, das die Steuersignale verarbeitet und die simulierten Antwortsignale liefert. Ein wesentliches Ziel ist die Verkürzung der realen Inbetriebnahme durch bereits getestete und fehlerbereinigte Steuerungssoftware. Im hier geschilderten Konzept der Parametrierung von Förderanlagen wird dieses Ziel durch die Bestimmung geeigneter Parametersätze am Simulationsmodell erreicht.
Die Darstellung der simulierten Förderanlage erfolgt in einer 3D-Visualisierung. Die Simula- tion bildet die reale Förderanlage bis auf Sensor-Aktor-Ebene ab. Für die zentrale Steuereinheit ist bereits nicht mehr erkennbar, ob eine reale Anlage oder eine Simulation angeschlossen ist. Die gesamte Anlage kann mit Hilfe des Simulationsmodells parametriert werden. Bereits im Vorfeld der realen Inbetriebnahme lässt sich so ein Rundlauf der virtuellen Anlage im Automatikmodus erreichen. Auch die Software-Schnittstelle der zentralen Steuereinheit zu einer überlagerten SPS kann bereits konfiguriert und getestet werden.
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