Im Betonwerk
Funkbasierte Signalübertragung
Ob Wohn-, Park- oder Krankenhäuser, Schulen sowie industrielle Bauten: Eine stetig steigende Zahl an Gebäuden wird aus vorgefertigten Betonteilen errichtet. Denn auf diese Weise lässt sich die Bauzeit deutlich reduzieren. Daher entstehen immer mehr Betonwerke, in denen die unterschiedlichen Fertigteile wie Wände, Decken oder Treppen produziert werden. In den verschiedenen Herstellungsprozessen sorgen Funklösungen von Phoenix Contact für eine störungsfreie Kommunikation in der rauen Industrieumgebung.
Bild: So-Con Leit- und Steuerungstechnik GmbH Die neunte Ausgabe von Rockwell Automations „State of Smart Manufacturing“ Report liefert Einblicke in Trends und Herausforderungen für Hersteller. Dazu wurden über 1.500 Fertigungsunternehmen befragt, knapp 100 der befragten Unternehmen kommen aus Deutschland. ‣ weiterlesen
KI in Fertigungsbranche vorn
Die Geschichte des modernen Fertigbaus begann Mitte des 19. Jahrhunderts. Da sich eine ständig wachsende Zahl an Menschen ein Eigenheim leisten konnte, folgte vor allem in Deutschland ein Bauboom, der in den 1970er Jahren seinen Höhepunkt erreichte. Ein Grund für die Erschwinglichkeit des Eigenheims lag in der seriellen Vorfertigung der Häuser. Ende der 1980er Jahre richtete sich der Fertigbau dann als Service-orientiertes Hausbau-Unternehmen aus. Nun wurden gemäß Kundenwunsch individuelle Häuser in Fertigbauweise produziert. Durch diese Herstellungsart sinkt die Errichtungszeit der Gebäude um rund 30 Prozent. Vor diesem Hintergrund und der steigenden Bevölkerungszahl werden weltweit stetig neue Betonwerke aufgebaut. Ein Betonfertigteilwerk setzt sich aus mehreren Produktionsbereichen zusammen. Dazu gehört unter anderem die Umlaufanlage. Dort werden in einem variablen Umlaufverfahren individuelle Massivteile wie Decken, Treppen, Balkone sowie Innen- und Sandwich-Wände in unterschiedlichen Stärken hergestellt. Bei einer Sandwich-Wand handelt es sich um eine kernisolierte Massivwandkonstruktion mit integriertem Dämmmaterial. An den aufstellfertigen gedämmten Außenwänden lässt sich erkennen, wie hoch die Zeitersparnis gegenüber der traditionellen Bauweise sein muss. Die Betonfertigteile werden in einem vollautomatisierten Fertigungsablauf produziert.
Vollautomatische Steuerung durch eine zentrale SPS
Die in Asperg bei Ludwigsburg ansässige So-Con Leit- und Steuerungstechnik GmbH hat sich auf die Automatisierung derartiger Betonwerke spezialisiert. Das Unternehmen steht seit 1987 für Kompetenz und Qualität im Bereich von Montageanlagen und Steuerungstechnik für die Automobil- und Betonindustrie. Derzeit werden 15 Mitarbeiter beschäftigt, die jedes Projekt individuell sowie nach den neusten technischen Gesichtspunkten gemäß den Anforderungen des jeweiligen Kunden planen. Das Leistungsspektrum von So-Con erstreckt sich dabei von der Beratung über die Projektierung, Programmierung und Visualisierung bis zur Montage und Installation der entsprechenden Hardware. So-Con entwirft und automatisiert Betonwerke rund um den Globus. Diese sind so konzipiert, dass der Frischbeton über bis zu 200 Meter lange Kübelbahnen von den Mischstationen zu den Betonverteilern transportiert wird. Je nach Betonelement beschicken maximal 3,8 Tonnen schwere Kübelwagen die Betonverteiler. Kübelbahnen verlaufen üblicherweise längs durch die Hallen, während die Betonverteiler quer angeordnet sind. Die Betonverteiler füllen die verschiedenen Schalungstypen schnell und exakt mit allen Arten von Beton. Das Befüllen und Verteilen erfolgt vollautomatisch. Der gesamte Prozess der Umlaufanlage wird von einer zentralen SPS gesteuert. „Würden wir herkömmliche Schleppkabel einsetzen, erwiese sich die Kommunikation zwischen der Steuerung sowie den mobilen Kübelwagen und Betonverteilern als teuer, störanfällig und wartungsintensiv“, berichtet Johann Klotz, Geschäftsführer von So-Con.
Einfache Weiterleitung der Signale
Die Nutzung moderner Automatisierungstechnik erhöht hier in Kombination mit planbaren Arbeitsabläufen die Effizienz des Produktionsprozesses und verbessert die Terminsicherheit bei der Fließbandherstellung von Betonfertigteilen. „Bei der Suche nach einer alternativen Übertragungslösung sind wir auf die Funktechnik von Phoenix Contact aufmerksam geworden“, erzählt Klotz. Deshalb verwendet So-Con jetzt Wireless Multiplexer als Kabelersatz. Mit den auf der Bluetooth-Technologie basierenden Geräten werden die Signale der Kübelwagen und Betonverteiler an die zentrale Maschinensteuerung gesendet. So lassen sich die Daten selbst in dieser rauen Industrieumgebung einfach und wirtschaftlich weiterleiten. Die zentral installierte SPS sorgt dafür, dass der Betonverteiler selbständig unter den Kübelwagen fährt, um den Beton aufzunehmen. Über das Funksystem werden Informationen über die gegenwärtige Position, das Behältergewicht, Verriegelungen, Störmeldungen sowie Signale für die Schieberweitenverstellung zur Anpassung des Betonflusses übermittelt. Aufgrund der guten Erfahrungen mit den funkbasierten Lösungen von Phoenix Contact setzt So-Con den Wireless Multiplexer standardmäßig in vielen Fertigungsbereichen der Betonwerke ein. Der Thin[gk]athon, veranstaltet vom Smart Systems Hub, vereint kollaborative Intelligenz und Industrie-Expertise, um in einem dreitägigen Hackathon innovative Lösungsansätze für komplexe Fragestellungen zu generieren. ‣ weiterlesen
Innovationstreiber Thin[gk]athon: Kollaborative Intelligenz trifft auf Industrie-Expertise
Paralleler Betrieb von Bluetooth und WLAN
Der Wireless Multiplexer bietet sich überall dort an, wo wenige digitale oder analoge Ein- und Ausgangssignale drahtlos an eine entfernte oder bewegliche Station kommuniziert werden müssen. Das Gerät in Schutzart IP20 tauscht 16 digitale und zwei analoge Signale bidirektional aus, sodass es ein 40-adriges Signalkabel ersetzt. Als Wireless-Technologie wird der internationale Bluetooth-Standard gemäß IEEE802.15.1 genutzt, der im lizenzfreien 2,4-Gigahertz-Frequenzband funkt. Wegen des integrierten schnellen Frequenzsprungverfahrens zeigt sich die Kommunikation robust und zuverlässig. Außerdem stört sie eventuell vor Ort installierte WLAN-Systeme gemäß IEEE 802.11b/g nicht, denn Bluetooth erkennt entsprechend belegte Kanäle automatisch und entfernt sie aus der eigenen Sprungtabelle. Auf diese Weise können beide Funksysteme ohne gegenseitige Störung auch in unmittelbarer Nähe betrieben werden. Die effiziente Verwendung der Frequenz erlaubt ferner den Parallelbetrieb zahlreicher Bluetooth-Systeme in einer Industriehalle. Die hohe Robustheit und Zuverlässigkeit wird darüber hinaus durch einen weiten Umgebungstemperaturbereich von minus 25 bis plus 60 Grad Celsius im Betrieb sowie die Vibrationsbelastung bis fünf g-Kraft und Schockbelastung bis 25 g-Kraft erreicht. Zudem erweist sich der Wireless Multiplexer als zugriffssicher, weil die Security-Mechanismen bereits in seinen Chip implementiert sind. Die Geräte sind überdies so konfiguriert, dass sie von anderen Bluetooth-Geräten nicht aufgefunden werden können.
Ständige Überwachung der Verbindung
Ein weiterer Vorteil des Wireless Multiplexers besteht darin, dass er sich ohne Software in Betrieb nehmen lässt: anschließen, einschalten und schon arbeitet die Funkstrecke. „Die einfache Bedienung war einer der Gründe, weshalb wir uns für die Funklösung von Phoenix Contact entschieden haben“, erklärt Johann Klotz. Die Verbindung wird dabei ständig überwacht. Sollte sie massiv gestört oder unterbrochen sein, werden die Ausgänge in den definierten Zustand ‚Low‘ zurückgesetzt und dies per Diagnose-LED am Modul visualisiert. Außerdem informiert eine Anzeige zur Link-Qualität den Anwender permanent über die Verbindungsgüte. Eine eingebaute Fehlerkorrektur ermöglicht ferner die Behebung vieler einfacher Kommunikationsfehler bereits im Empfänger. Mit den Geräten lassen sich Reichweiten zwischen 100 und 200 Meter in der Industriehalle sowie von mehr als 400 Meter im freien Feld überbrücken. Die Wireless Multiplexer arbeiten seit einigen Jahren störungsfrei in den überall auf der Welt befindlichen Betonwerken. „Aufgrund der einfachen Handhabung der Geräte sowie ihrer zuverlässigen Funktion werden wir auch in Zukunft zahlreiche Betonwerke mit der Funktechnik von Phoenix Contact ausrüsten“, zieht Johann Klotz ein positives Resümee. Denn selbst bei rauen Umgebungsbedingungen zeigt sich die drahtlose Kommunikation als echte Alternative zum Verlegen von Schleppkabeln.
Verschiedene Antennentypen für unterschiedliche Einsatzbereiche
Rundstrahlantennen bieten sich immer dann an, wenn die Funkmodule in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet oder beweglich sind. Aufgrund ihres geringen Gewinns eignen sie sich eher zur Überbrückung kurzer bis mittlerer Distanzen. Handelt es sich um eine reflektierende Umgebung im Innenbereich, kann das Signal bei fehlender Sichtverbindung durch Reflektionen vom Sender an den Empfänger übertragen werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die Rundstrahlantenne nicht unmittelbar vor reflektierenden (metallischen) Oberflächen montiert wird. Die ideale Installationsposition befindet sich auf einer Mastspitze oder dem Schaltschrank, sodass die Antenne in alle Richtungen über einen möglichst großen Freiraum verfügt. Mehrere Rundstrahlantennen sollten also in einem ausreichenden Abstand zueinander angebracht werden. Der Einsatz von Richtantennen empfiehlt sich, sofern bei Sichtverbindung große Distanzen zwischen fest installierten Stationen überwunden werden müssen. Richtantennen strahlen die Sendeleitung in eine bevorzugte Richtung ab. Das erhöht die Reichweite und senkt die Wahrscheinlichkeit von Störungen durch andere Anwender außerhalb des Abstrahlbereichs. Je höher der Gewinn der Richtantenne, desto kleiner ist ihr Abstrahlwinken (Öffnungswinkel). Deshalb müssen die Antennen präzise aufeinander ausgerichtet sein.
