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Energie und Daten kontaktlos übertragen

Neue Portalroboter für Intralogistiklösungen

Energie und Daten kontaktlos übertragen

Mit dem neuen Geschäftsfeld Maxolution Maschinenautomatisierung adressiert SEW-Eurodrive den Markt mit maßgeschneiderten Systemlösungen. Gemeinsam mit dem Maschinenbauer EMAG hat der Antriebsspezialist nun einen Portalroboter vorgestellt, der ohne Energieführungsketten auskommt und auch anfallende Daten kabellos überträgt.

Im Geschäftsfeld Maxolution Maschinenautomatisierung liefert SEW-Eurodrive u.a. Systemlösungen für Handling-Portale. (Bild: SEW Eurodrive GmbH & Co KG) [1]

Im Geschäftsfeld Maxolution Maschinenautomatisierung liefert SEW-Eurodrive u.a. Systemlösungen für Handling-Portale. (Bild: SEW Eurodrive GmbH & Co KG)

Portalroboter kommen oft beim intralogistischen Materialfluss innerhalb einer Maschine oder Applikation zum Einsatz. Mit dem Maschinenbauer EMAG hat SEW-Eurodrive neue Portalroboter konzipiert. Durch neue Ansätze der Signal- und Energieübertragung konnte auf klassische Energieführungsketten, wie sie in Portalsystemen weit verbreitet sind, verzichtet werden.

Von der Kette genommen

Auffällig am neuen System ist das Antriebskonzept, mit dem die Portalroboter auf der Schiene unterwegs sind. Mehrere Roboter können sich auf der gleichen, horizontalen Strecke weitgehend frei bewegen. Hierbei kann es regelmäßig zu überlappenden Abschnitten kommen – was besonders flexible Logistikabläufe ermöglicht. „Solche Abläufe wären mit Energieführungsketten nicht so einfach möglich“, sagt Klaus Just. Der Gruppenleiter Systemplanung bei SEW-Eurodrive verweist zudem auf die höheren Massen, die in Systemen mit Energieführungsketten ständig mit zu bewegen sind. Sie erzeugen Lärm, verschleißen, vergrößern die Massenträgheit und wirken negativ auf die Dynamik sowie Energieeffizienz als Folge der Reibung. Zudem entfallen die Einschränkungen in Hinblick auf Bauraum, Kabelbruch oder limitierte Zykluszahlen, die Systeme mit Energieführungskette und bewegten Kabeln mitbringen. Möglich wurde das durch die induktive Energieübertragung Movitrans mit dem dezentralen Einspeisemodul TES. Je nach Ausführung liefern diese Module Übertragungsleistungen zwischen 3 und 8kW.

Für die Bedienung der Anlage vor Ort verwendet SEW-Eurodrive ein mobiles Touchpanel. (Bild: SEW Eurodrive GmbH & Co KG) [2]

Für die Bedienung der Anlage vor Ort verwendet SEW-Eurodrive ein mobiles Touchpanel. (Bild: SEW Eurodrive GmbH & Co KG)

Energie im Prozess behalten

Über den kompletten Lastzyklus nimmt der Roboter weniger als 500W über den Übertragerkopf auf, obwohl allein die Horizontalachse beim Beschleunigen mehr als 3kW Beschleunigungsleistung benötigt. Gespeist wird der kurzzeitige Energiebedarf aus dem DPS-Speicher, einem Doppelschichtkondensator-Paket, das die primäre Stromversorgung der Roboter mit 100VDC Zwischenkreisspannung übernimmt. Die typischen Fahrprofile eines Portalroboters mit wechselnden Beschleunigungs- und Abbremsphasen führten bei SEW zu der Überlegung, die beim Bremsen erzeugte, generatorische Energie nicht über Widerstände abzuführen, sondern im Prozess zu behalten. Der Energiespeicher DPS nimmt diese Bremsenergie auf und wirkt zudem als Booster, wenn die Antriebe des Portals mit 6m/s² beschleunigen. Der Aufbau arbeitet dabei so wirkungsvoll, dass per Movitrans nur noch die mechanischen Wirkungsgradverluste im Energieverbund auszugleichen sind, in Summe rund 500W. „Im Gegensatz zum bekannten DC-Zwischenkreisverbund von Mehr-achsanwendungen im zentralen Schaltschrank, versetzen wir jede Einheit in die Lage, für sich selber die Energie zu speichern. Das macht es sehr einfach, solch ein System zu skalieren“, erklärt Just.

 

Der Einsatz von Einkabeltechnik senkt den Verdrahtungsaufwand, spart Platz und reduziert das Eigengewicht. (Bild: SEW Eurodrive GmbH & Co KG) [3]

Der Einsatz von Einkabeltechnik senkt den Verdrahtungsaufwand, spart Platz und reduziert das Eigengewicht. (Bild: SEW Eurodrive GmbH & Co KG)

Kabellose Kommunikation

Auch die Kommunikation des Roboterportals ist kabellos umgesetzt. Zum Einsatz kommt eine Datenlichtschranke, die die interpolierten Lagesollwerte im 1ms-Raster von der zentralen Steuerung an die vier Servoregler in der mitfahrenden Gehäusebox überträgt. Die Berechnung der Roboter-Motion-Control übernimmt ein Movi-C-Controller für bis zu vier Roboter gleichzeitig. Teil der Bewegungsführung sind Berechnungen zur Kollisionsvermeidung sowie die Koordinierung des Roboterverbundes mit Blick auf ein produktives Ganzes. Benötigt eine Maschine innerhalb eines Produktionsverbundes die doppelte Materialflussleistung, lässt sich im Portalsystem ein Roboter aus einem anderen Bereich flexibel abziehen. Werden hingegen Handling-Einheiten über eine Energieführungskette versorgt, sind sie an ihren Bereich gebunden.

Im Movi-C-Controller werden die Daten vom FSoE-Master zu den jeweiligen Roboterachsen geroutet und gemappt. (Bild: SEW Eurodrive GmbH & Co KG) [4]

Im Movi-C-Controller werden die Daten vom FSoE-Master zu den jeweiligen Roboterachsen geroutet und gemappt. (Bild: SEW Eurodrive GmbH & Co KG)

Sehr kurze Zykluszeiten

SEW-Eurodrive setzt im Portal auf das Echtzeit-Ethernet-Protokoll Ethercat, über eine optische Verbindung zu den mobilen Einheiten. Per Datenlichtschranke werden die Antriebsdaten kaskadierbar an die Roboter übergeben. Mit einer Zykluszeit von 1ms weist das optische System praktisch keine Latenzzeit bei der Übertragung der interpolierten Lage-Soll-Werte an die Regler sowie der Rückmeldung der entsprechenden Ist-Werte auf. Auf gleichem Weg erfolgt die Kommunikation für die funktionale Sicherheitstechnik. Bei dieser Applikation setzt SEW-Eurodrive eine zentrale Sicherheitssteuerung für alle Roboter und die Gesamtmaschine ein. Sie kommuniziert per Ethercat mit dem Movi-C-Controller und verwendet dafür das Safety-Protokoll FSoE (Fail Safe over Ethercat). Dieser Aufbau ermöglicht den einfachen Datenaustausch zwischen beiden Steuerungen, vereinfacht die Programmerstellung deutlich und bietet mit seiner Informationsdichte sehr gute Rahmenbedingungen für Diagnose und Debugging.

Konnektivität an Bord

Um die Integration der Lösung in die Automatisierungswelt und darüber hinaus zu erleichtern, haben bei Entwicklung standardisierte Schnittstellen, vorbereitete Softwarebausteine und applikationsspezifische Funktionsmodule eine große Rolle gespielt. „Der Markt verlangt Systemlösungen“, sagt Ronald Matzig, Key Account Manager für SEW-Eurodrive bei EMAG. „Ich bin sehr glücklich darüber, dass wir eine innovative Systemlösung präsentieren konnten, bei dem EMAG die mechanischen Komponenten und SEW-Eurodrive die komplette Energie-, Elektro- und Steuerungstechnik beisteuert.“