Zeitsparendes Warten eines Portalroboters

Als weltweit agierender Hersteller von Automatisierungsprodukten setzt Phoenix Contact seine Komponenten auch in der eigenen Fertigung ein. So werden in verschiedenen Produktionsbereichen – Herstellung, Montage, Test, Verpackung und Lieferung – spezielle, auf die individuellen Anforderungen angepasste Automatisierungslösungen benötigt, die sich einfach in den gesamten Produktionsprozess einbinden lassen. Hier hält der unternehmenseigene Maschinenbau passende Lösungen bereit. So können die entwickelten Komponenten auch im eigenen Haus ausgiebig getestet werden, bevor sie auf den Markt kommen. Gleichzeitig lernen die Mitarbeiter im Maschinenbau frühzeitig neue Technologien und Produkte kennen. So arbeitet in der Reihenklemmen-Fertigung ein im Phoenix Contact-Maschinenbau hergestellter Portalroboter zuverlässig und effizient. Er stapelt und sortiert täglich bis zu 100 000 verpackte Reihenklemmen auf dem Weg zum Logistikzentrum.

Die Roboter-Anlage, in die sechs Palettenstellplätze integriert sind, hat eine Größe von 6 m x 2,5 m. Während zwei Stellplätze mit Leergut bestückt werden können, sind vier weitere Stellplätze zum Packen vorgesehen. Auf sechs Förderbändern werden dem Portalroboter fertig verpackte Lose der Klemmenfamilie UK5 zugefördert, die in Ladehilfsmittel eingelagert werden. Hier greift der Roboter mit zehn pneumatischen Saugnäpfen jeweils fünf Klemmenpackungen und sortiert sie in das richtige Ladehilfsmittel ein. Ist eine Kiste maximal befüllt, holt sich der Roboter selbständig ein neues Ladehilfsmittel von einer der beiden Leergut-Paletten. Die befüllte Kiste wird auf einer der Paletten abgestellt, die auf den vier Packplätzen stehen. Ist die Palette voll bestückt, wird über eine Signalleuchte angezeigt, dass sie zum Distributionszentrum geliefert werden kann.

Bereits vor zehn Jahren wurde die Anlage von der Parallelverdrahtung der Sensorik und Aktorik auf das serielle Feldbus-System Interbus umgestellt. Die zum Greifer verlegten Schleppleitungen wurden jedoch weiterhin als Parallelverdrahtung zur Ansteuerung der Ein- und Ausgänge ausgeführt. Am Greifer werden fünf Ventile angesteuert, die für das Greifen der einzelnen Kartons zuständig sind. Acht Eingänge übermitteln die von den Endschaltern zur Verfügung gestellten Positionsdaten, so dass die verpackten Klemmen immer passgenau am richtigen Ort abgelegt werden.

Da die Packanlage ebenso wie die Fertigung rund um die Uhr arbeitet, haben Stillstandszeiten erhebliche Folgen für den Fertigungsprozess. Diese Strecke besteht aus sechs Metern hochflexibler Leitung, die durch einen Kabelschlepp über drei Achsen geführt wird. „Durch die im Laufe der Jahre verschlissenen Kabel kam es häufiger zu Kommunikationsproblemen in der Parallelverdrahtung zum Greifer“, erinnert sich Jörg Thater. Der Techniker in der Systementwicklung Mechatronische Systeme des Phoenix-Contact-Maschinenbaus suchte gemeinsam mit den Kollegen aus dem Bereich Automatisierungstechnik nach einer Alternative. „Zunächst haben wir den auf dem Funkstandard Bluetooth basierenden Wireless-Multiplexer in Betracht gezogen, der sechzehn digitale Ein- und Ausgänge überträgt“, so Thater. „Für das kostengünstige Gerät hätten wir allerdings einen weiteren kleinen Klemmkasten am Greifer benötigt, in dem der Multiplexer wegen seiner niedrigen Schutzklasse IP 20 untergebracht werden muss.“ Dies war jedoch aus Platzgründen nicht möglich. Da der Roboter über das Interbus-System mit den überlagerten Ebenen vernetzt ist, bot sich hier eine Lösung auf Basis des Fieldline-Bluetooth-Systems an. Damit lassen sich die zwischen den Funkmodulen übertragenen Daten in das Feldbussystem einbinden.

In nur einem Viertel der Zeit sowie zu einem Bruchteil der Kosten wurden die Fieldline-Bluetooth-Geräte anschließend in das Interbus-System integriert. Während die Bluetooth-Basisstation an der Innenwand der Roboter-Zelle befestigt wurde, befindet sich das Bluetooth-E/A-Gerät zur Ansteuerung der Greifermechanik direkt auf der „Roboterhand“ – dem Pneumatikgreifer. Nun werden die sensiblen Daten nicht mehr über eine meterlange Schleppleitung übertragen, sondern verschleißfrei über die Funkverbindung.

Als Übertragungsmedium nutzt das Fieldline-Bluetooth-System die aus dem Home- und Office-Bereich bekannte Bluetooth-Technologie. Sie arbeitet nach dem internationalen Standard IEEE 802.15.1, den Phoenix Contact im Hinblick auf die industriellen Anforderungen an eine schnelle, sichere und zuverlässige Kommunikation optimiert hat. So wird die Funkverbindung beispielsweise nicht durch die Zuförderer beeinflusst, die in der Roboter-Zelle arbeiten. Die Funkübertragung findet im 2,4-GHz-Frequenzband statt, das auch nicht von den harmonischen Oberwellen erreicht wird, die von Frequenzumrichtern erzeugt werden. Die Signale des Roboter-Greifers werden über das digitale Bluetooth-Ein-/Ausgabegerät an Ort und Stelle aus der Funkverbindung bedient. Die Basisstation, die als Stellvertreter für das Digitalgerät im Interbus-Fieldline-Lokalbus arbeitet, ist über eine Busklemme in das Feldbussystem integriert worden. Aufgrund der schnellen und robusten Bluetooth-Verbindung wird der drahtlose Kontakt zwischen dem Greifer und der Interbus-Steuerung gehalten.

Dipl.-Ing. Jens Wienecke Phoenix Contact, Blomberg

Kabel führten häufiger zu Kommunikationsproblemen