Drahtlose Steuerung einer automatischen Lager-/Krananlage mit IWLAN & Profisafe

  • Abb. 1: Die Kommunikation zwischen der Lagerverwaltung und dem Kran wurde drahtlos gelöst und ist damit mechanisch verschleiß- und wartungsfrei. Die zuverlässige Funkverbindung mit der integrierten Sicherheitstechnik „Profisafe“ von Siemens gewährleistet
  • Abb. 2: Die verschiebbaren Regaleinheiten und die innovative Bauweise des Scherenhubkrans mit teleskopierbaren Gabeln und einem Drehkranz nutzen den knappen Lagerplatz bestmöglich aus.
  • Abb. 3: Die verschiebbaren Regaleinheiten und die innovative Bauweise des Scherenhubkrans mit teleskopierbaren Gabeln und einem Drehkranz nutzen den knappen Lagerplatz bestmöglich aus.
  • Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Dana Deutscher, Industry Automation Sensors and Communication, Marketing Promotion Manager „Dank moderner Verschlüsselung können die Sicherheit sensibler Unternehmensdaten und in Folge dessen die Betriebsicherheit garantiert werde
  • Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Sebastian Bombis, Industry Automation Sensors and Communication, Product Business Development „Neben der Zuverlässigkeit der Übertragungszeiten spielt auch die Datensicherheit eine wichtige Rolle.“

Sicherheit gehört für einen Hersteller von Installationstechnik zum guten Ton, wenn er eine Anlage kauft. So auch bei der Anforderung, eine vollautomatische Lager-/Krananlage für Rohrbunde zu entwickeln und auf engem Raum den Lagerplatz bestmöglich zu nutzen. Für sicheren und zuverlässigen Datenverkehr sorgt dabei eine Kombination aus Profinet, Profisafe und IWLAN.

Für die Fertigung von Rohrverbindungstechnik sollte am Standort Thüringen des Unternehmens Viega, einem Hersteller von Heizungs- und Gas-Installationstechnik, eine automatische Maschinen-Regalanlage neu gebaut und in Betrieb genommen werden. Mit der neuen Anlage sollte die Produktivität erhöht und wertvolle Produktionsfläche für weitere Bearbeitungsstationen geschaffen werden. Der angestrebte Nutzen: Unter anderem sollten die Rohrbunde innerhalb von zwei bis drei Minuten bereitstehen. Viega suchte hierbei nach einer Lösung, die bei Vermeidung von wartungs- und schmutzanfälligen Schleifleitern eine sichere Datenübertragung und eine hohe Verfügbarkeit der Anlage gewährleistet. Der zur Verfügung stehende knappe Platz für das geplante Lager sollte hierbei bestmöglich genutzt werden. Zudem machte eine starke Marktnachfrage eine extrem kurze Realisierungszeit von sieben Monaten notwendig.

Reibungsloses Zusammenspiel

Zentrales Element der Lösung ist eine Verschieberegalanlage mit einer räumlichen Ausdehnung von 20 x 50 m² und einer Höhe von knapp 7 m, die aus mehreren Fahrwagen und vier fest installierten Lagereinheiten besteht. Ein Fahrwagen besteht jeweils aus zwei Regalen, so dass die Einlagerung mehrerer hundert Rohrbunde verschiedener Rohrbundlängen erreicht wird. Die verschiebbar ausgelegten Wagen können bei Bedarf eine Gasse öffnen, in welche der Kran im Ein- bzw. Auslagerungsvorgang automatisch fahren kann.

Die Kommunikation zwischen der Lagerverwaltung, Lagersteuerung und der Steuerung am Kran wurde drahtlos über IWLAN (Industrial Wireless LAN) gelöst (Abb. 1). Dazu verläuft parallel zur Kranfahrbahn ein 95 m langer RCoax-Leckwellenleiter als Antenne, der ein definiertes, räumlich um den Leckwellenleiter optimiertes Funkfeld entwickelt. Auf dem Kran selbst befindet sich ein begehbarer Schaltschrank mit der Kransteuerung, die weitestgehend mit Technik aus dem Siemens-Spektrum realisiert wurde.

Die CPU aus der Baureihe Simatic S7-300F steuert am Kran die angebundene Peripheriestation Simatic ET200M. Die Handbedienung der Steuerung erfolgt über das angebrachte HMI-Panel, ist aber auch vom Boden aus über IWLAN möglich (Abb. 2 und 3). Insbesondere die Enge der Regale, die schlanken Regalträger und das Gewicht der Rohrbunde stellten für Kranbau und Kranprogrammierung eine komplexe Aufgabe dar.

Sicherer Datenverkehr

Für den sicheren und zuverlässigen Datenverkehr sorgt die Kombination aus Profinet, Profisafe und IWLAN, d. h. das sicherheitsgerichtete Profinet-Protokoll wird hier drahtlos übertragen. Integrierte Diagnosemöglichkeiten und Überwachungssysteme tragen dazu bei, etwaige Fehler schnell zu ermitteln und Stillstandzeiten zu reduzieren. Profisafe ist der internationale Kommunikationsstandard nach IEC 61508, der standard- und sicherheitsgerichtete Kommunikation auf einem einzigen Bus erlaubt. Zusätzliche Funkstrecken für die Not-Halt-Übertragung entfallen. Die sicherheitsgerichteten Signale werden in Echtzeit übertragen und haben jeweils höchste Priorität vor anderen Kommunikationssignalen. Für jede Übertragungsstrecke besteht eine Zeitüberwachung, die bei deren Ausfall oder zu großer Verzögerungszeit anspricht. Profinet bewerkstelligt dies durch einen deterministischen zyklischen Datenverkehr. Diese Deterministik muss natürlich auch über die Funkverbindung erhalten bleiben. Um z. B. für eine Not-Halt-Funktion Reaktionszeiten von ca. 60 ms zu erreichen, ist es erforderlich, dass die Zykluszeit der Datenübertragung über die Funkstrecke 16 ms nicht überschreitet.

Neben der Zuverlässigkeit der Übertragungszeiten spielt auch die Datensicherheit eine wichtige Rolle. Dieser Punkt steht bei drahtlosen Netzen stärker im Fokus als bei den drahtgebundenen Netzen. Wesentliche Bestandteile des Sicherheitskonzepts sind die Verschlüsselung der Daten sowie die Zugriffskontrolle (Authentification). IWLAN verlässt sich hier auf die etablierten Mechanismen im Standard IEEE 802.11i, der modernste Verfahren, wie WPA2 (Wi-Fi Protected Access 2) und IEEE 802.1x, integriert. So können die Sicherheit sensibler Unternehmensdaten und in Folge dessen die Betriebsicherheit garantiert werden.(gro)

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Siemens AG
Gründlacher Str. 248
90765 Fürth
Germany

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