Als Kuka 1996 die weltweit erste PC-basierte Steuerung für Industrieroboter auf den Markt brachte, war dies ein Quantensprung in der Roboterentwicklung. Das vereinheitlichte Konzept überzeugte die Anwender durch einfache Handhabung, hohe Flexibilität, Qualität und Leistungsfähigkeit. Die neue Steuerungsgeneration KR C4 ist ein System, bei dem konsequent auf limitierende Hardware verzichtet und diese durch intelligente Softwarefunktionen ersetzt wurde. Dadurch werden 35% der Hardware und 50% der Steckverbindungen und Kabel eingespart. Erstmals ist auch die komplette Sicherheitssteuerung ohne proprietäre Hardware nahtlos in das Steuerungssystem integriert. Damit hat Kuka die weltweit erste PC-basierte Robotersteuerung mit integrierter Sicherheits-Soft-SPS entwickelt. \“Durch den Wegfall beschränkender Hardwarekomponenten und einer nahezu unbegrenzten Erweiterbarkeit der softwarebasierten Sicherheitsschnittstellen lassen sich völlig neue Sicherheitskonzepte in der Automation realisieren\“, erläutert Manfred Gundel, CEO der Kuka Roboter GmbH. Herkömmliche Schnittstellen wurden durch intelligent verbundene Datenströme ersetzt, die eine direkte Kommunikation zwischen den einzelnen Modulen der KR C4 erlauben. Das spart Materialkosten und verbessert Performance und Verfügbarkeit. Die neue Robotersteuerung basiert auf offenen Industriestandards wie Multicore und Ethernet. Während in der Vorgängerversion KR C2 die Kommunikation noch über sieben zum Teil proprietäre Technologien erfolgte, läuft die gesamte Kommunikation jetzt nur noch über Echtzeit-Ethernet. Hochverfügbare Mainboards \’Made in Germany\‘ Bei der Wahl des Mainboards verließ sich Kuka wieder auf den Hersteller, der bereits seit 2005 die Boards für die KR-C2-Steuerung lieferte. Fujitsu Technology Solutions hatte damals einen asiatischen Hersteller als Mainboard-Lieferant abgelöst: In einer mehrmonatigen Testphase zeigte sich, dass dessen Boards in puncto Hochverfügbarkeit und Langlebigkeit weniger hochwertig waren als die von Fujitsu. Als zentrale Komponente in der Steuerung muss das Mainboard sehr hohe Anforderungen erfüllen: Neben der garantierten Verfügbarkeit aller Einzelkomponenten ist eine verlässliche und extrem stabile Funktion aller Systeme unter rauen und anspruchsvollen Fertigungsbedingungen unverzichtbar. \“Unsere Steuerungssysteme müssen 24h am Tag, sieben Tage die Woche bei Umgebungstemperaturen bis 45°C durchhalten können\“, erklärt Heinrich Munz, Senior Software-Entwickler bei Kuka. Ein weiterer Grund, zu einem deutschen Hersteller vor Ort zu wechseln, waren die einfachere Kommunikation und die Flexibilität, wenn es um Anpassungen der Boards ging. Munz, der maßgeblich an der Entwicklung der neuen Steuerungsgeneration beteiligt war, sieht in der räumlichen Nähe zum Partner einen entscheidenden Vorteil: \“Entwicklung und Fertigung sitzen bei Fujitsu in Augsburg, genauso wie unser Unternehmen. Wenn wir ein Upgrade in unserer Steuerung machen, sind wir auch ständig in Kontakt mit unserem Motherboard-Lieferanten.\“ Für die neue Steuerungsgeneration war ein Multicore-Prozessor mit hoher Rechenleistung und unabhängig voneinander operierenden Rechenkernen erforderlich, da die zuvor externen Komponenten zur Sicherheitssteuerung, Regelung etc. nun als Software-Funktionen implementiert wurden. Somit waren die wesentlichen Anforderungen an das Mainboard Multicore-Support, Langlebigkeit sowie hohe Qualität und Zuverlässigkeit unter anspruchsvollen industriellen Bedingungen (24/7-Betrieb, erweiterter Temperaturbereich). Außerdem sollte der Mainboard-Lieferant über ein großes Plattform-Know-how verfügen und flexibel auf Kundenwünsche eingehen. Wichtig war auch, dass das Mainboard auf einem Standardprodukt mit einer entsprechenden Produktreife basiert. \“Wenn ein Board in großer Stückzahl auch an andere Kunden geliefert wird, können wir davon ausgehen, dass es sich um ein bewährtes Produkt handelt\“, erklärt Munz. \“Wir profitieren zwar gerne von den schnellen Innovationszyklen der Mainstream-Technologien, andererseits wollen wir aber nicht dauernd das Mainboard austauschen. Bei dieser Gratwanderung haben wir mit Fujitsu den besten Partner gefunden\“, so Munz weiter. Anpassungen des Mainboards In der KR-C4-Steuerung kommt das Mainboard D2608-K zum Einsatz, das Fujitsu aus dem Standardprodukt D2608-A für Kuka abgeleitet hat. Dieses wiederum wurde bei Fujitsu in deren Celsius-Workstation bereits zigtausendfach verbaut. \“Kuka profitiert hier von der Massenproduktion der Basisvariante. Der Verwendung in eigenen Systemen garantiert eine hohe Produktreife. Bedingt durch ein großes Fertigungsvolumen können die Kosten niedrig gehalten werden, außerdem ist die Materialverfügbarkeit langfristig gesichert\“, erläutert Peter Hoser, Director OEM Sales bei Fujitsu Technology Solutions in Augsburg. Das D2608-A ist ein Workstation-Mainboard basierend auf Intels X38-Express-Chipsatz für Core2-Duo und Core2-Quad-Prozessoren. Der sechslagige Aufbau sorgt für hohe Signalqualität und Zuverlässigkeit im Betrieb. Für Kukas neue Robotersteuerung hat Fujitsu einige notwendige Anpassungen des Boards umgesetzt, etwa in der Spannungsüberwachung, beim System-Management-Microcontroller oder im Bios. Da die Kuka-Sicherheitssteuerung für den Nothalt in der KR C4 als Sicherheits-SPS auf das Mainboard gebracht wurde und mittels \’Safety over Ethernet\‘ kommuniziert, gab es auch hier besondere Anforderungen an das Mainboard. \“Kuka hat seine Anpassungswünsche jedoch rechtzeitig kommuniziert, und so konnten wir alle gewünschten Funktionalitäten integrieren\“, erklärt Peter Hoser. Die Realisierung dieser Safety-Funktionen in \’sicherer Technik\‘ über von zwei Compilern erzeugter zweifacher Software auf zwei CPU-Cores bedeutete für das Kuka-Team einen enormen Aufwand für die Software-Entwicklung, Dokumentation und TÜV-Zertifizierung. \“Letztendlich bedeutet dieser Aufwand für Kuka die Technologieführung in puncto Realisierung einer sicheren, aber dennoch kosteneffizienten Robotersteuerung, welche das Zusammenspiel von Mensch und Roboter schon fast revolutioniert\“, so Hoser weiter. Zusätzlich zum D2608-K hat Fujitsu für Kuka eine langlebige Dual-Gigabit-Ethernet-Karte entwickelt, welche mit dem Onboard-Gigabit-Ethernet-Controller des D2608-K die wesentlichen Schnittstellen des Steuerungsrechners darstellt. Denn die KR C4 kommuniziert ausschließlich über diese drei Standard-Ethernet-Controller mit der Außenwelt. Green Automation Dank der ausschließlichen Konzentration auf Ethernet können in der KR C4 auch andere, z.B. energiesparende Funktionen verwirklicht werden. Mittels der Wake-on-Lan-Funktion der Ethernet-Controller lassen sich am Freitagabend von einer zentralen Stelle aus die Systeme per Telegramm in den Ruhezustand (Sleep-Mode) schicken. Am Montagmorgen versetzt ein zentral gesteuerter Weckruf sämtliche Steuerungen sofort wieder in den Zustand, in dem sie am Freitag verlassen wurden. Dadurch ergibt sich ein enormes Einsparpotenzial an Energiekosten. Fazit
Fujitsu Technology Solutions (FTS)
