Modulare Paketsortieranlage wächst mit den Anforderungen

Rund zwei Millionen Bücher lagern bei einem namhaften Buchgroßhandel. Etwa ein Drittel davon stehen täglich zur Disposition. Der Buchgrossist erhält pro Tag mehrere zehntausend Buchbestellungen von den an das Online-Bestellsystem angeschlossenen Buchhandlungen. Schnelle Reaktionszeiten und die ordnungsgemäße Auslieferung werden vom Kunden erwartet. Die Fränz & Jaeger GmbH, ein Systemhaus für Automatisierungstechnik, realisiert u.a. kundenspezifische Sorteranlagen mit konventioneller Fördertechnik. Sorter mittlerer Leistung von bis zu 3.000 Einheiten pro Stunde und Gewichten zwischen 0,3 bis 40kg können mit konventioneller Fördertechnik realisiert werden. Dabei erhält der Kunde ein Sortersystem aus Komponenten namhafter Lieferanten. Anschließend wird es von Fränz & Jaeger in die bestehenden Logistikprozesse der Kunden integriert. Beispiel aus der Praxis Der Buchgrossist möchte in eine automatische Paketsortieranlage investieren, die weitgehend ohne Handsortierung auskommt. Fränz & Jäger bietet dafür eine schlüsselfertige Sortieranlage (Sorter) mit Fernkodierung im mittleren Leistungsbereich. Pakete, die an zwei Aufgabeplätzen manuell aufgegeben werden, sollen vermessen, gewogen, etikettiert und vollautomatisch auf 42 Ausgänge verteilt werden. Dazu werden Flächenkameras zur Erfassung der Ware eingesetzt. Den einzelnen Förderabschnitten werden eigens entwickelte intelligente DPS-Systeme (dezentrale programmierbare Steuerung) zugeordnet. Herzstück dieser Systeme sind nach IEC61131-3 programmierbare Wago-I/O-IPC mit anreihbaren I/O-Klemmen. Auf diese Weise entsteht ein dezentral gesteuerter Sorter, der ohne größere Änderungen in der Software erweitert werden kann und komplett fernwartbar ist. Im Fall des Buchgrossisten werden die Pakete pro Aufgabeplatz von Kameras digital erfasst. Dabei nehmen drei Flächenkameras (6,6Megapixel) je ein Bild von drei Seiten der Ware auf. Da Pakete verschiedener Höhe transportiert werden, wurde eine externe Positionierung für die Kameras entwickelt, die das Etikett in der Draufsicht erfassen. Das Kamera-Trio benötigte zudem flimmerfreie Lichtquellen, um eine hohe Bildqualität zu liefern. Erkennen & positionieren In einem Bildverarbeitungsschritt werden alle Barcodes auf den Bildern erkannt. Daraus kann der Leitrechner (LR) die Empfängerdaten ermitteln und damit den Weg des Pakets zu einem der 42 Ausgänge vorgeben. Die zentimetergenaue Verfolgung der Pakete auf der Förderstrecke übernimmt der Wago-IPC. Über einen AS-Interface-Bus erhält er die Signale von Lichtschranken zur Synchronisation der Position der Pakete. Alle IPCs wurden per Ethernet vernetzt und geben die Paketdaten untereinander weiter. Wesentliche Informationen geben sie an den Leitrechner weiter, dem somit zu jedem Zeitpunkt bekannt ist, in welchem Status sich die Packstücke befinden. An den Wago-IPC angeschlossene Durchlaufwaagen ermitteln das Gewicht, das später in die Portoabrechnung einfließt. Ist ein Barcode nicht lesbar (verschmutzt, verklebt oder nicht zuordnungsfähig), werden die Bilder der Etiketten binnen einer Sekunde an einen Ferncodierarbeitsplatz übertragen. Das kann ein gewöhnlicher PC-Arbeitplatz mit beliebigem Standort im Werk sein, von dem aus der Bediener die Ware manuell identifiziert und erfasst. Für die Erfassung stehen maximal zwei Minuten Zeit zur Verfügung, während das Paket weitertransportiert wird. Fertig identifizierte Packstücke erhalten in der Vorbeifahrt ein neues Etikett und werden dem Sorter zur korrekten Ausschleusung zugeführt. In Spitzenzeiten kann der Buchgrossist mit Hilfe des Sorters ca. 19.000 Pakete pro Schicht durchsetzen. Das setzt eine effektive Logistikkette voraus und stellt besondere Anforderungen an die verwendeten Komponenten. IPC mit SPS-Funktionalität Die Steuerung der intelligenten Einheiten übernehmen Wago-I/O-IPC. Sie arbeiten unter Real Time Linux und sind nach IEC61131-3 programmierbar. Ein IPC vereint somit zwei Geräte in einem: den kompakten Industrie-PC und die SPS-Funktionalität mit CoDeSys-Entwicklungsumgebung. CoDeSys ist ein offenes Programmiertool, das inzwischen rund 60 Firmen einsetzen. Damit ist die Applikation nicht auf die Programmiersprache eines einzigen Herstellers festgelegt. Der IPC ist mit einem 266MHz-Prozessor ausgestattet und bietet alle Standard-PC-Schnittstellen wie 2xUSB, DVI, eine serielle und zwei Ethernet-Schnittstellen sowie einen Watchdog-Timer. Optional stehen feldbusseitig Profibus-, CANopen- und DeviceNet-Schnittstellen zur Verfügung. Auf der Basis einer 32Bit-CPU ist der IPC multitaskingfähig und hat eine gepufferte Echtzeituhr. Für die Programmierung nach IEC61131-3 stehen bis zu 100MByte Programm- und Datenspeicher sowie ein batteriegepufferter Retainspeicher mit 128kByte zur Verfügung. Eine Erweiterung der Speicherkapazität kann durch Einstecken einer Compakt-Flash-Karte vorgenommen werden. Da der IPC ohne bewegliche Teile (Festplatte, Lüfter) auskommt und rückseitig eine Aufnahme für die Tragschiene TS35 hat, ist er für das industrielle Umfeld geeignet. Der IPC unterstützt verschiedene Protokolle wie HTTP, BootP, DHCP, DNS, FTP für die Verwaltung und Diagnose des Systems. Zur schnellen Parametrierung ist eine Konfigurations-Website eingerichtet. Anwendungsbezogene Parameter können so komfortabel im System hinterlegt werden. Klemmen für vielfältige Anwendungen Für Modularität sorgt eine Auswahl an anschaltbaren I/O-Klemmen wie digitale und analoge Ein-und Ausgabeklemmen, serielle Schnittstellen, Zählerklemmen oder Inkremental-Encoder-Interface. Die aufgesteckten I/O-Klemmen werden von der Software automatisch erkannt. Neben den klassischen digitalen und analogen Klemmen verschiedener Potenziale, beispielsweise 24V und 230V, stehen auch Sonderklemmen wie die AS-Interface-Master-Klemmen zur Verfügung. Sie ermöglichen den Anschluss von Sensoren und Aktoren an das AS-Interface-Netzwerk. Maximal können an einen IPC-Knoten 64 Klemmen angereiht werden. In der oben beschriebenen Anwendung erfasst der IPC über die Wago-I/O-Klemmen analoge Werte vom Höhenmesser zur Positionierung der Kamera, serielle Signale von der Waage, Signale von Inkrementalgebern, Signale von Nährungsschaltern, Motoren und Lichtschranken, die über die AS-Interface-Master-Klemme eingebunden werden. Der Leistungsumfang von Fränz & Jaeger bezieht sich beim Bau solcher Sorter auf die Planung, Projektleitung, Installation, Inbetriebnahme und Übergabe an den Kunden sowie dessen Schulung. Vor einer Inbetriebnahme besteht die Möglichkeit, mit dem 3D-Simulationstool ViSim3D eine komplette Simulation der Anlage durchzuführen und damit die Machbarkeit verschiedener Materialflüsse im Vorfeld zu prüfen. Dezentral und flexibel Viele Unternehmen aus der Logistikbranche müssen Waren sortieren und Pakete oder Paletten den entsprechenden LKW-Touren zuordnen. Kundenspezifische, vollautomatische Sorteranlagen ermöglichen einen effizienten Betrieb. Daher entwickelte F&J auf Basis des Wago I/O-IPCs kundenspezifische DPS-Systeme und teilte die Sorteranlagen in intelligente Einheiten auf. Dadurch entstehen fernwartbare Sorter, die nach Kundenwünschen konfiguriert und später erweitert werden können. Zudem sind die Sorter durch die Verwendung des Wago-I/O-IPC flexibel, da dieser als Industrie-PC mit SPS-Funktionalität auch Wago-I/O-Klemmen integriert. Betreiber solcher Anlagen sind nicht auf eine bestimmte Ausbaustufe festgelegt, sondern können ihre Investitionen dann tätigen, wenn die Förderkapazität es erfordert. Eine Grenze ist der zur Verfügung stehende Platz in der Produktionshalle.