Skalierbare Fördertechnik für Batteriehersteller
Flexibel fördern
Müssen Maschinenbauer ihre Lösungen in übergeordnete Systeme integrieren, haben sie meist die Wahl zwischen zwei suboptimalen Alternativen: Entweder integrieren sie ihre Steuerungen in die Hauptlinien-SPS oder sie bauen einen Schaltschrank an jedes Anlagenmodul. Bei der ersten Variante verlieren sie die Kontrolle und müssen aufwendige Fehlersuche und Wartung durchführen. Die zweite Variante ist unverhältnismäßig teuer. Zudem ist keine der beiden Alternativen wirklich skalierbar. Deshalb hat Intralox eine autonome IP67-Lösung zur Steuerung von Förderanlagen entwickelt, die auf dezentraler Technik von Turck aufsetzt.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGDer Wandel zu Elektromobilität beschäftigt nicht nur die Automobilhersteller, der gesamte Zulieferermarkt ist aktuell gefordert. Vor allem die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien muss mit der Nachfrage Schritt halten.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KG
Skalierbar, flexibel und palettenfrei
Neben dem Wunsch nach Skalierbarkeit hat Intralox zwei weitere wichtige Kriterien identifiziert: An erster Stelle steht die Flexibilität, da die Zahl verschiedener Batterietypen in den nächsten fünf Jahren drastisch steigen wird. Die Anlagen müssen daher in der Lage sein, viele verschiedene Typen auf demselben Intralogistiksystem zu verarbeiten - und damit eine Vielzahl von Gewichten, Abmessungen und anderen unterschiedlichen Eigenschaften handhaben können. Die nächste Anforderung, die Costa identifiziert hat, ist eine Lösung ohne Paletten und Werkstückträger. Sie würden nur die Komplexität und die Kosten der Produktionslinie in die Höhe treiben. Das Handling von Batterien direkt auf der Förderfläche reduziert hingegen die Investitionskosten und die Zeit bis zur Markteinführung.
Intralox ist unter anderem auf modulare Kunststoffbänder für spezielle Zwecke fokussiert. Ein solche Lösung ist die Activated-Roller-Belt-Technologie (ARB), die bereits vor 15 Jahren eingeführt wurde. Bei herkömmlichen Rollenförderern werden meist Pop-up-Ausschleuser eingesetzt, um Güter zu vereinzeln oder quer zur Förderrichtung zu transportieren. Diese Bänder springen zwischen den Rollen auf und werden separat motorisiert, um die seitliche Bewegung der Güter zu ermöglichen. Ein Nachteil ist, dass die Bänder zwischen den Rollen nicht die gesamte Bodenfläche des Transportguts unterstützen und daher die Größe der beförderten Gegenstände einschränken. ARB löst diese Problematik durch ein Band, in das kleine Rollen eingelassen sind, die in einem bestimmten Winkel zur Laufrichtung stehen. Vor allem, wenn ein hoher Durchsatz und eine vorsichtige Handhabung bei der Vereinzelung erforderlich sind, können ARB-Geräte und insbesondere die spezielle Version DARB (Dual-Stacked Angled Roller Belt), die Gegenstände bis zu 90° quer zur Linie transportiert, eine geeignete Lösung sein.
Die DARB-Technik erfüllt die drei genannten Anforderungen an die Produktionslogistik für Elektroautobatterien: Sie verbessert die Skalierbarkeit, da sie den Durchsatz von Batterielinien im Vergleich zu konventionellen Gliederbandförderern erheblich erhöhen kann, denn die Stopp- und Startzeiten vor orthogonalen Bewegungen entfallen. Außerdem ist die Förderstrecke mit DARB flexibler, da durch die Unterstützung der vollen Bandbreite Größenbeschränkungen für die Artikel entfallen. Schließlich machen DARB-Lösungen Paletten überflüssig, da sie die EV-Batterie über die gesamte Grundplatte tragen.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGZentrale SPS schlecht skalierbar
Einige Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien nutzen bereits die DARB-Fähigkeiten. Aber Intralox hat Potenzial für weitere Verbesserungen gefunden. Die Anlagen werden in der Regel vom Integrator der Intralogistiksysteme installiert. "Wir haben festgestellt, dass viel Knowhow in der Kommunikation verloren geht. Wir arbeiten ständig mit DARB, aber der Integrator macht dies nur ab und zu. Das kann für alle Parteien eine Herausforderung sein", erklärt Martin Benavidez, Intralox-Produktmanager für ISC. Das Kürzel steht für das Programm Intralox Smart Carryway, das darauf abzielt, eine Automatisierungslösung für die Steuerung von Intralox-Anlagen zu entwickeln, einschließlich der DARB-Produktlinie.
Die Integratoren entscheiden sich oft dafür, eine in der Anlage vorhandene SPS zur Steuerung der DARB-Lösung zu nutzen. Wenn eine SPS aber mehrere Maschinen steuert, können die Fehlersuche bei der Inbetriebnahme und Änderungen im Betrieb zeitaufwändig und riskant sein. Deshalb hat Intralox sein Angebot um die Automatisierung der DARB-Anlage erweitert. "Angefangen haben wir mit einer separaten SPS für die DARB-Anlagen. Das war aber nicht kosteneffizient, da wie verschiedene SPSen anbieten und große Schaltschränke bauen mussten, und machte die Produktentwicklung und -wartung sehr komplex", erklärt Benavidez. Traditionelle SPS-Lösungen seien schwer zu skalieren. Der Aufwand für die Entwicklung und Montage des Schaltschranks und die Wartung verschiedener SPS-Plattformen, die in den Kundenfabriken etabliert sind, ist sehr hoch. "Deshalb haben wir nach einer Lösung gesucht, die einfach und problemlos zu bedienen ist", ergänzt Lazlo Kleczewski, Product Design Manager für ISC.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGDezentrale IP67-Steuerungen
Die Lösung ist das ISC CAM, ein kompaktes IP67-Blockmodul, das die Software-Logik von Intralox enthält. Es steigert die Leistung der Anlage, ohne dass ein Schaltschrank benötigt wird. Das intelligente I/O-Modul TBEN-S von Turck bildet die Hardware-Plattform. Aufgrund der Multiprotokoll-Fähigkeit kann das TBEN-Modul eine breite Palette von Kunden bedienen. Die Protokolle Profinet, Modbus TCP und Ethernet/IP stellen sich selbstständig ohne Eingriff des Nutzers auf das im Netzwerk gesprochene Ethernet-Protokoll ein. Davon profitieren alle Beteiligten: Der Integrator muss seine SPS nur so programmieren, dass sie einige grundlegende Befehle übermittelt, was den Aufwand und das Risiko bei Integration und Inbetriebnahme von DARB-Geräten reduziert. Der Endanwender kann sicher sein, dass die Geräte immer dem Stand der Technik entsprechen.
Um die DARB-Technik für die EV-Batterieindustrie präsentieren zu können, hat Intralox in Shanghai eine Demo-Anlage errichtet. Dort können sich potenzielle Kunden ein Bild von den Möglichkeiten machen. Darüber hinaus demonstriert die Anlage die Vorteile der dezentralen Automatisierung. Jedes DARB-Gerät verfügt über ein eigenes ISC CAM für die Automatisierung und andere Module für Funktionen wie Motorsteuerung und Sicherheit. Das Ergebnis ist ein hohes Maß an Modularität sowohl der Hardware als auch der Software. Die Demo-Anlage zeigt, dass die dezentrale Automatisierung viele Probleme der Anlagenhersteller bei der Integration ihrer Produkte in größere Systeme löst. Herkömmliche Lösungen würden einen Schaltschrank erfordern für die Komponenten, die oft nicht in hoher Schutzart verfügbar sind - etwa HMI, Motorsteuerung, Frequenzumrichter oder Stromversorgung. Das ISC und das Turck-Portfolio an modularen IP67-Feldkomponenten bieten jedoch Lösungen für diese Probleme.
Umfassendes IP67-Portfolio
Die Anlage verfügt nicht über ein typisches HMI. "Es besteht keine Notwendigkeit, da die Anlage über ein virtuelles HMI, das auf dem Webserver des ISC gehostet wird, gesteuert, eingestellt und geändert werden kann", sagt Lazlo Kleczewski. Die Automatisierung der Motoren und Sicherheitssysteme erfolgt dezentral durch eine Kombination von Field Controllern aus der TBEN-Familie. Dank des großen Portfolios an IP67-I/Os für serielle und Ethernet-Kommunikation enthält der Schaltschrank der Demo-Anlage lediglich einige Sicherheitskomponenten und ist nicht größer als ein Schuhkarton. Das robuste Turck-Netzteil PSU67 vereinfacht die Versorgung mit 24VDC für den Betrieb der Automatisierungskomponenten an der Anlage.
Das integrierte und ganzheitliche Design von Intralox bietet dem Nutzer noch weitere Vorteile: So werden durch den Verzicht auf einen Schaltschrank nicht nur weniger Teile benötigt, sondern auch Kabel mit losen Enden vermieden, sodass die Anlagen praktisch Plug&Play-fähig sind. Durch die Farbcodierung der Steckverbinder wird ein hohes Maß an Passgenauigkeit erreicht, was die Gefahr von Fehlern reduziert. Martin Benavidez resümiert: "Wir wollen zeigen, dass es möglich ist, diese komplexen Systeme einfach und intuitiv zu gestalten. Dazu muss man lediglich ein wenig anders denken."
Müssen Maschinenbauer ihre Lösungen in übergeordnete Systeme integrieren, haben sie meist die Wahl zwischen zwei suboptimalen Alternativen: Entweder integrieren sie ihre Steuerungen in die Hauptlinien-SPS oder sie bauen einen Schaltschrank an jedes Anlagenmodul. Bei der ersten Variante verlieren sie die Kontrolle und müssen aufwendige Fehlersuche und Wartung durchführen. Die zweite Variante ist unverhältnismäßig teuer. Zudem ist keine der beiden Alternativen wirklich skalierbar. Deshalb hat Intralox eine autonome IP67-Lösung zur Steuerung von Förderanlagen entwickelt, die auf dezentraler Technik von Turck aufsetzt.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGDer Wandel zu Elektromobilität beschäftigt nicht nur die Automobilhersteller, der gesamte Zulieferermarkt ist aktuell gefordert. Vor allem die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien muss mit der Nachfrage Schritt halten.Bild: Hans Turck GmbH & Co. KG
Skalierbar, flexibel und palettenfrei
Neben dem Wunsch nach Skalierbarkeit hat Intralox zwei weitere wichtige Kriterien identifiziert: An erster Stelle steht die Flexibilität, da die Zahl verschiedener Batterietypen in den nächsten fünf Jahren drastisch steigen wird. Die Anlagen müssen daher in der Lage sein, viele verschiedene Typen auf demselben Intralogistiksystem zu verarbeiten - und damit eine Vielzahl von Gewichten, Abmessungen und anderen unterschiedlichen Eigenschaften handhaben können. Die nächste Anforderung, die Costa identifiziert hat, ist eine Lösung ohne Paletten und Werkstückträger. Sie würden nur die Komplexität und die Kosten der Produktionslinie in die Höhe treiben. Das Handling von Batterien direkt auf der Förderfläche reduziert hingegen die Investitionskosten und die Zeit bis zur Markteinführung.
Intralox ist unter anderem auf modulare Kunststoffbänder für spezielle Zwecke fokussiert. Ein solche Lösung ist die Activated-Roller-Belt-Technologie (ARB), die bereits vor 15 Jahren eingeführt wurde. Bei herkömmlichen Rollenförderern werden meist Pop-up-Ausschleuser eingesetzt, um Güter zu vereinzeln oder quer zur Förderrichtung zu transportieren. Diese Bänder springen zwischen den Rollen auf und werden separat motorisiert, um die seitliche Bewegung der Güter zu ermöglichen. Ein Nachteil ist, dass die Bänder zwischen den Rollen nicht die gesamte Bodenfläche des Transportguts unterstützen und daher die Größe der beförderten Gegenstände einschränken. ARB löst diese Problematik durch ein Band, in das kleine Rollen eingelassen sind, die in einem bestimmten Winkel zur Laufrichtung stehen. Vor allem, wenn ein hoher Durchsatz und eine vorsichtige Handhabung bei der Vereinzelung erforderlich sind, können ARB-Geräte und insbesondere die spezielle Version DARB (Dual-Stacked Angled Roller Belt), die Gegenstände bis zu 90° quer zur Linie transportiert, eine geeignete Lösung sein.
Die DARB-Technik erfüllt die drei genannten Anforderungen an die Produktionslogistik für Elektroautobatterien: Sie verbessert die Skalierbarkeit, da sie den Durchsatz von Batterielinien im Vergleich zu konventionellen Gliederbandförderern erheblich erhöhen kann, denn die Stopp- und Startzeiten vor orthogonalen Bewegungen entfallen. Außerdem ist die Förderstrecke mit DARB flexibler, da durch die Unterstützung der vollen Bandbreite Größenbeschränkungen für die Artikel entfallen. Schließlich machen DARB-Lösungen Paletten überflüssig, da sie die EV-Batterie über die gesamte Grundplatte tragen.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGZentrale SPS schlecht skalierbar
Einige Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien nutzen bereits die DARB-Fähigkeiten. Aber Intralox hat Potenzial für weitere Verbesserungen gefunden. Die Anlagen werden in der Regel vom Integrator der Intralogistiksysteme installiert. "Wir haben festgestellt, dass viel Knowhow in der Kommunikation verloren geht. Wir arbeiten ständig mit DARB, aber der Integrator macht dies nur ab und zu. Das kann für alle Parteien eine Herausforderung sein", erklärt Martin Benavidez, Intralox-Produktmanager für ISC. Das Kürzel steht für das Programm Intralox Smart Carryway, das darauf abzielt, eine Automatisierungslösung für die Steuerung von Intralox-Anlagen zu entwickeln, einschließlich der DARB-Produktlinie.
Die Integratoren entscheiden sich oft dafür, eine in der Anlage vorhandene SPS zur Steuerung der DARB-Lösung zu nutzen. Wenn eine SPS aber mehrere Maschinen steuert, können die Fehlersuche bei der Inbetriebnahme und Änderungen im Betrieb zeitaufwändig und riskant sein. Deshalb hat Intralox sein Angebot um die Automatisierung der DARB-Anlage erweitert. "Angefangen haben wir mit einer separaten SPS für die DARB-Anlagen. Das war aber nicht kosteneffizient, da wie verschiedene SPSen anbieten und große Schaltschränke bauen mussten, und machte die Produktentwicklung und -wartung sehr komplex", erklärt Benavidez. Traditionelle SPS-Lösungen seien schwer zu skalieren. Der Aufwand für die Entwicklung und Montage des Schaltschranks und die Wartung verschiedener SPS-Plattformen, die in den Kundenfabriken etabliert sind, ist sehr hoch. "Deshalb haben wir nach einer Lösung gesucht, die einfach und problemlos zu bedienen ist", ergänzt Lazlo Kleczewski, Product Design Manager für ISC.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGDezentrale IP67-Steuerungen
Die Lösung ist das ISC CAM, ein kompaktes IP67-Blockmodul, das die Software-Logik von Intralox enthält. Es steigert die Leistung der Anlage, ohne dass ein Schaltschrank benötigt wird. Das intelligente I/O-Modul TBEN-S von Turck bildet die Hardware-Plattform. Aufgrund der Multiprotokoll-Fähigkeit kann das TBEN-Modul eine breite Palette von Kunden bedienen. Die Protokolle Profinet, Modbus TCP und Ethernet/IP stellen sich selbstständig ohne Eingriff des Nutzers auf das im Netzwerk gesprochene Ethernet-Protokoll ein. Davon profitieren alle Beteiligten: Der Integrator muss seine SPS nur so programmieren, dass sie einige grundlegende Befehle übermittelt, was den Aufwand und das Risiko bei Integration und Inbetriebnahme von DARB-Geräten reduziert. Der Endanwender kann sicher sein, dass die Geräte immer dem Stand der Technik entsprechen.
Um die DARB-Technik für die EV-Batterieindustrie präsentieren zu können, hat Intralox in Shanghai eine Demo-Anlage errichtet. Dort können sich potenzielle Kunden ein Bild von den Möglichkeiten machen. Darüber hinaus demonstriert die Anlage die Vorteile der dezentralen Automatisierung. Jedes DARB-Gerät verfügt über ein eigenes ISC CAM für die Automatisierung und andere Module für Funktionen wie Motorsteuerung und Sicherheit. Das Ergebnis ist ein hohes Maß an Modularität sowohl der Hardware als auch der Software. Die Demo-Anlage zeigt, dass die dezentrale Automatisierung viele Probleme der Anlagenhersteller bei der Integration ihrer Produkte in größere Systeme löst. Herkömmliche Lösungen würden einen Schaltschrank erfordern für die Komponenten, die oft nicht in hoher Schutzart verfügbar sind - etwa HMI, Motorsteuerung, Frequenzumrichter oder Stromversorgung. Das ISC und das Turck-Portfolio an modularen IP67-Feldkomponenten bieten jedoch Lösungen für diese Probleme.
Umfassendes IP67-Portfolio
Die Anlage verfügt nicht über ein typisches HMI. "Es besteht keine Notwendigkeit, da die Anlage über ein virtuelles HMI, das auf dem Webserver des ISC gehostet wird, gesteuert, eingestellt und geändert werden kann", sagt Lazlo Kleczewski. Die Automatisierung der Motoren und Sicherheitssysteme erfolgt dezentral durch eine Kombination von Field Controllern aus der TBEN-Familie. Dank des großen Portfolios an IP67-I/Os für serielle und Ethernet-Kommunikation enthält der Schaltschrank der Demo-Anlage lediglich einige Sicherheitskomponenten und ist nicht größer als ein Schuhkarton. Das robuste Turck-Netzteil PSU67 vereinfacht die Versorgung mit 24VDC für den Betrieb der Automatisierungskomponenten an der Anlage.
Das integrierte und ganzheitliche Design von Intralox bietet dem Nutzer noch weitere Vorteile: So werden durch den Verzicht auf einen Schaltschrank nicht nur weniger Teile benötigt, sondern auch Kabel mit losen Enden vermieden, sodass die Anlagen praktisch Plug&Play-fähig sind. Durch die Farbcodierung der Steckverbinder wird ein hohes Maß an Passgenauigkeit erreicht, was die Gefahr von Fehlern reduziert. Martin Benavidez resümiert: "Wir wollen zeigen, dass es möglich ist, diese komplexen Systeme einfach und intuitiv zu gestalten. Dazu muss man lediglich ein wenig anders denken."
Hans Turck GmbH & Co. KG
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 3 (HMI) 2023 - 05.04.23.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
