Intelligentes Hallenbodenkonzept für die Fabrik der Zukunft
Den Boden bereitet
In der Werkshalle von morgen sind nur noch die Außenwände fest verbaut. Maschinen und Anlagen hingegen sind frei beweglich und kommunizieren über das IoT miteinander. Soweit die Vision. Einen dazu passenden intelligenten Hallenboden hat Bosch Rexroth mit Technik von Weidmüller entwickelt. Integriert sind eine dezentrale Plug&Play-Bereitstellung der Versorgungs-, Last- und Steuerspannung sowie eine Lösung für kontaktlose Energieübertragung.
Bild: Weidmüller GruppeDie Fabrik der Zukunft ersetzt starre Produktionslinien durch einen modularen Ansatz: Maschinen- und Anlagenteile sind mobil, funktionieren weitgehend selbständig und tauschen ihre Daten aus, um die Fertigungsprozesse fortlaufend zu verbessern. An die Stelle zentraler Steuerungsmechanismen treten intelligente Netzwerke. "Hierfür hat Rexroth ein Bodensystem entwickelt, bei dem auch unsere Lösungen zum Einsatz kommen", erklärt Christian Deppermann, Key Account Manager für Bosch bei Weidmüller. Das neue System setzt sich aus 1m²-Platten mit jeweils eigener Steuerung zusammen. Die Technik von Weidmüller sorgt sowohl für die dezentrale und gleichzeitig modulare Versorgung bzw. Automatisierung der einzelnen Platten als auch für die berührungslose Energieübertragung an die Verbraucher auf dem Boden. Das System ist als Doppelboden angelegt und bietet nicht nur Raum für die Verkabelung der Steuereinheiten, sondern auch für die Versorgung mit Kühlwasser, Druckluft oder Schmierstoffen.
Dezentrale Versorgungs- und Steuereinheiten
Konkret könnte die Produktion in der Fabrik der Zukunft so ausssehen: Ein übergeordnetes System in der Produktionshalle oder in der Cloud wertet die anstehenden Auftragslose aus. Dann verschiebt und platziert es die Geräte und Maschinen entsprechend. Auch Ad-hoc-Veränderungen von Logistikwegen sind möglich. Die sich wandelnden Arbeitszonen werden durch Leuchtstreifen markiert, damit sich Bediener und Fahrzeuge stets sicher durch die Fabrik bewegen. Hierbei setzt die Rexroth-Lösung auf das FieldPower-Konzept. Es bietet eine modulare und dezentrale Plug&Play-Bereitstellung der benötigten 400V-Versorgungs- und 24V-Last- und -Steuerspannung. Für seinen Einsatz unterhalb des Bodens erfüllt das FieldPower-Gehäusesystem Schutzklassen bis IP65. Um Ausfälle in der Prozesskette zu vermeiden, muss eine fehlerfreie und reibungslose Funktion des intelligenten Bodens sichergestellt sein. Mit dem redundanten Aufbau der Last- und Steuerspannung als Smart Factory Grid bietet das System von Weidmüller hohe Ausfallsicherheit. Auch die Module für die Steuerungs- und Netzwerktechnik sind dezentral angeordnet.
Kontaktlose Energieübertragung
Geräte, Maschinen oder fahrerlose Transportsysteme (FTS) auf dem Boden lassen sich zudem durch berührungslose Übertragungseinheiten mit Strom versorgt. Verbraucher müssen also nicht an einem festen Platz stehen. Stattdessen können sie flexibel angeordnet werden oder sich selbst bewegen. Darüber hinaus kann die berührungslose Energieübertragung mit dem FreeCon-Contactless-System von Weidmüller Produktionsausfälle verhindern, die durch Geräteverschleiß entstehen. Die Lösung ist kompakt und eignet sich daher gut für die dezentralen Einsatzgebiete. Bis zu 240W werden über einen 5mm großen Luftspalt übertragen.
Einsatzmöglichkeiten des Systems
Es ist möglich, den intelligenten Boden zunächst in Teilbereichen einer Produktion einzuführen: Falls nicht der komplette Raum eine berührungslose Energieübertragung benötigt, lassen sich in Randbereichen oder auf definierten Wegen Bodenplatten ohne Funktion verlegen. Das ermöglicht dem Anwender, schrittweise auf flexible Fertigungskonzepte umzustellen und so die Investitionskosten zu verringern. "Durch die Flexibilisierung, Modularisierung und Mobilisierung werden Fertigungsprozesse gerade kleiner Losgrößen deutlich effizienter als in derzeit oft noch starren Produktionsumgebungen", erklärt Christian Deppermann.
Smart Factory Grid
Der dezentrale Aufbau der Last- und Steuerspannung als Smart Factory Grid vereinfacht die Planung und spätere Erweiterungen oder Änderungen von Anlagen. Beim Neu- oder Umbau einer Fertigungslinie steht die 24VDC-Versorgung zur Verfügung, bevor alle Maschinen installiert sind. Es ist keine fehleranfällige, provisorische Verdrahtung erforderlich. Durch die geringe Spannung im 24V-Netz erhöht sich der Spannungsfall an der Leitung, was die Leitungslängen einschränkt. Weidmüller hat eine Smart Factory Grid-Lösung entwickelt, die durch kurze Leitungslängen zwischen Last und Quelle für einen geringen Spannungsfall sorgt. So gibt es nicht eine zentrale Einspeisung, sondern mehrere im Anlagenfeld installierte Stromversorgungen.
Die Systemkomponenten
Umgesetzt sind die Lösungen für den neuen Bosch-Hallenboden mit dem modularen Fieldpower-Systembaukasten. Dessen Portfolio umfasst alle elektromechanischen und elektronischen Komponenten einschließlich der Schutzgehäuse. Die Fieldpower-Gehäusemodule dienen als Basis für die Einspeiseboxen. In Schutzart IP65 und mit passive Kühlung ausgerüstet lassen sie sich außerhalb des Schaltschranks installieren. Die typgeprüfte Kühlung ohne Lüfter ermöglicht den Einsatz in Umgebungstemperaturen bis 50°C ohne Derating. Die Stromversorgung ist im Aluminium-Kühldeckel eingebaut und erlaubt im Servicefall einen schnellen Austausch. Die Einspeisebox bietet Anschlüsse für zwei ungeschnittene Leitungen zur 400V- sowie zur 24V-Verteilung. Ein interner Sicherungssteckverbinder schützt die integrierte Stromversorgung.
Anschlusstechnik mit Energiebus
Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Anschlusstechnik. Bei ungeschnittenen Leitungen sind die Abgriffe neuralgische Punkte. Auftrennen und Wiederanschließen sind Fehlerquellen, die z.B: zu ungewolltem Verringern des Querschnitts oder hochohmigen Übergängen führen können. Mit der FieldPower-Anschlusstechnik werden die Leitungen nicht aufgetrennt, sondern sicher abgezweigt. Es lassen sich Leiterquerschnitte von 2,5 bis 6mm² verwenden. Der Modulbaukasten von FieldPower ist nicht nur für die Energieverteilung einsetzbar, sondern bietet für zahlreiche weitere Applikation eine passende Lösung, z.B. für die Robotik oder für dezentrale Automatisierungstopologien.
Dezentrale Versorgungs- und Steuereinheiten
Konkret könnte die Produktion in der Fabrik der Zukunft so ausssehen: Ein übergeordnetes System in der Produktionshalle oder in der Cloud wertet die anstehenden Auftragslose aus. Dann verschiebt und platziert es die Geräte und Maschinen entsprechend. Auch Ad-hoc-Veränderungen von Logistikwegen sind möglich. Die sich wandelnden Arbeitszonen werden durch Leuchtstreifen markiert, damit sich Bediener und Fahrzeuge stets sicher durch die Fabrik bewegen. Hierbei setzt die Rexroth-Lösung auf das FieldPower-Konzept. Es bietet eine modulare und dezentrale Plug&Play-Bereitstellung der benötigten 400V-Versorgungs- und 24V-Last- und -Steuerspannung. Für seinen Einsatz unterhalb des Bodens erfüllt das FieldPower-Gehäusesystem Schutzklassen bis IP65. Um Ausfälle in der Prozesskette zu vermeiden, muss eine fehlerfreie und reibungslose Funktion des intelligenten Bodens sichergestellt sein. Mit dem redundanten Aufbau der Last- und Steuerspannung als Smart Factory Grid bietet das System von Weidmüller hohe Ausfallsicherheit. Auch die Module für die Steuerungs- und Netzwerktechnik sind dezentral angeordnet.
Kontaktlose Energieübertragung
Geräte, Maschinen oder fahrerlose Transportsysteme (FTS) auf dem Boden lassen sich zudem durch berührungslose Übertragungseinheiten mit Strom versorgt. Verbraucher müssen also nicht an einem festen Platz stehen. Stattdessen können sie flexibel angeordnet werden oder sich selbst bewegen. Darüber hinaus kann die berührungslose Energieübertragung mit dem FreeCon-Contactless-System von Weidmüller Produktionsausfälle verhindern, die durch Geräteverschleiß entstehen. Die Lösung ist kompakt und eignet sich daher gut für die dezentralen Einsatzgebiete. Bis zu 240W werden über einen 5mm großen Luftspalt übertragen.
Weidmüller GmbH & Co. KG
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 2 März 2020 - 03.03.20.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
