Synchronisierte Transportsysteme: Fernwartung mit EthernetCAN

Der Handelskonzern Coop hat in der Schweiz seine Warendistribution reorganisiert und damit die Prozesse gestrafft. Zwei Logistikzentren im zürcherischen Hinwil und in Givisiez (Kanton Fribourg) lagern sämtliche Tiefkühlprodukte für die Schweizer Einzelhandelsgeschäfte. Entwickelt wurden die Anlagen von den Materialfluss-Spezialisten Jungheinrich und Salomon Automation. Die eisigen Temperaturen um -23°C stellen hohe Ansprüche an die gesamte Antriebs- und Automatisierungstechnik. Mit Blick auf eine hohe Verfügbarkeit werden beide Hochregallager über das Internet ferngewartet. Schließlich darf die bedarfsgerechte Versorgung von insgesamt 900 Filialen nicht unterbrochen werden. Verbindung schaffen die Kommunikationsmodule EthernetCAN von Lenze. Die beiden Hochregallager nehmen zusammengefasst 7.210 Paletten- und 19.500 Behälterplätze auf. Im Durchschnitt werden täglich 25.500 Collies kommissioniert. Das Materialfluss-System Wamas von Salomon Automation übernimmt die Steuerung. Zwei Palettenfördergeräte – so genannte Mulis – fahren in das Hochregallager, nehmen eine Palette auf und transportieren diese zum Regalbediengerät (RGB). Ab dann geht es weiter zu den Kommissionierstellen. Pro Palette sind zwei Mulis im Einsatz, die über ein Kabel mit der stationären Steuerung auf dem Regalbediengerät in Verbindung stehen. Die CAN-Buskopplung stellt über den Master-Slave-Betrieb die synchrone Fahrt beider Fördergeräte an die jeweilige Position sicher – ohne starre mechanische Kopplung. Raue Umgebungsbedingungen Die eisige Umgebung zieht bei der Konzeption eines vollautomatisierten Tiefkühllagers besondere Maßnahmen nach sich. So gilt es sicherzustellen, dass sowohl die mechanischen Komponenten als auch diejenigen der Anlagesteuerungen und der benötigten Sensorik bei Dauertemperaturen von theoretisch bis zu -28°C jederzeit einwandfrei laufen. Bereits bei der Projektierung der Tiefkühlanlage ist den speziellen Umständen entsprechend Rechnung zu tragen. Die Anforderungen an Schmiermittel oder Elektrokabel gehen über sonst übliche Anforderungen hinaus. Denn deren Isolation darf auch bei derart widrigen Verhältnissen nicht spröde werden. So sind die Zugkräfte beim Aufwickeln der Kabel für die Mulis möglichst gering zu halten, um das Material zu schonen. Die Kabeltrommeln arbeiten aus diesem Grund mit Frequenzumrichtern der Reihe 8200 vector von Lenze in Verbindung mit Inkrementalgebern als Istwertaufnehmer der jeweiligen Trommelposition. Die Detektion der Nullstellung erfolgt über zwei Initiatoren. Die Auslösung des ersten Initiators führt zu einem Vorstopp. Es wird dann mit kleiner Geschwindigkeit weitergefahren, bis der zweite Initiator auslöst. Das gilt in umgekehrter Reihenfolge bei der Rückfahrt. Steuerung und Synchronisation Gesteuert werden die Mulis von der Lenze Drive PLC. Die kompakte Antriebs-SPS lässt sich durch die Programmierung in den Sprachen der IEC61131-3 an die jeweilige Aufgabe anpassen. Im Tiefkühllager liest die Antriebssteuerung sämtliche Gebersig­nale über ein Extension Board ein und wertet sie aus. So bleiben die Mulis ständig in Bewegung. Neben dem Trommelantrieb für das Kabel sind auch für den Fahrantrieb Lenze-Frequenzumrichter der Reihe 8200 vector installiert. Die Vernetzung zwischen den beiden Mulis sowie den vier Frequenzumrichtern erfolgt über CAN-Bus. Eine der beiden Antriebssteuerungen arbeitet als Master und kommuniziert zusätzlich über ein aufsteckbares Profibus-Modul mit einer übergeordneten Siemens S7-Steuerung. Die erhaltenen Positionssollwerte werden über CAN weitergeleitet. Die geforderte hohe Verfügbarkeit der beiden Logistikzentren im Zusammenspiel mit den eisigen Temperaturen macht Fernwartung unverzichtbar, zumal die Coop-Standorte Hinwil und Givisiez jeweils rund 100km von der Zentrale des Logistikspezialisten Salomon Automation entfernt liegen. Zur Fernwartung bietet Lenze zwei Lösungen an. Wählverbindung Die einfachste Form der Fernwartung stellen direkte Wählverbindungen dar. In diesen Fällen genügt es, eine analoge Telefonleitung an der Anlage zur Verfügung zu stellen. Die technische Installation ist übersichtlich und wenig komplex. Der Zugriffsschutz ist über Passwortmechanismen oder Rückruffunktion sichergestellt. Zusätzlich besteht noch die Möglichkeit, die Telefonverbindung nur im Bedarfsfall freizuschalten. Der Nachteil ist hier allerdings, dass es sich bei derartigen Konzeptionen um Insellösungen handelt, die nur für einige Komponenten zugeschnitten sind. Das kann dazu führen, dass zur Fernwartung von Geräten verschiedener Hersteller auch unterschiedliche Modems und entsprechend jeweils eine Telefonleitung erforderlich sind. Diese Nachteile lassen sich durch die Ankopplung der einzelnen fernzuwartenden Komponenten an ein übergeordnetes System ausgleichen, z.B. per Ethernet. Damit ist aber immer die Integration in IT-Systeme verbunden, sodass solche Lösungen häufig nicht mehr allein vom Maschinenbauer erstellt werden können, sondern mit den jeweils zuständigen IT-Abteilungen abzustimmen sind. Deshalb sind gerade die einfachen Wählverbindungen immer noch eine häufig anzutreffende und etablierte Lösung. CANopen-Lösung Für die klassischen Wählverbindungen bietet Lenze die Kommunikationsbaugruppe ModemCAN an. Es handelt sich dabei um ein ­CAN­open-Gerät für die Hutschienenmontage mit integriertem Analogmodem. Das ist aufgrund seiner Konfigurierbarkeit in allen weltweit relevanten Ländern einsetzbar. Für \’exotische\‘ Telefonnormen oder andere Telefonstandards wie ISDN und GSM besteht die Möglichkeit, ein solches Modem über RS232 mit dem ModemCAN zu verbinden. Der Gefahr, dass Daten durch Verbindungsabbrüche nur teilweise übertragen werden und daher das Gerät in einem undefinierten Zustand verbleibt, wird durch Zwischenspeicherung größerer Datenpakete begegnet. Erst nachdem die Daten vollständig im ModemCAN angekommen sind, werden sie über den CAN-Bus weitergeleitet. Diese einfache und überschaubare Lösung ist vorteilhaft für Anwendungen mit einer geringen Anzahl von Teilnehmern. Standard-Fernverbindungen Bei größeren Anlagen bedarf es einer umfassenden Lösung, die möglichst alle Komponenten über einen einheitlichen Zugriffspfad fernwarten lässt. Für den Fernzugriff auf Ethernet-Netzwerke existieren diverse Standardlösungen, die entsprechend der benötigten Anforderungen an Sicherheit, Verfügbarkeit und unterschiedliche Übertragungsmedien gewählt werden können. Der Standard Ethernet schafft zudem die Grundlage, um zur Fernwartung preiswerte Standardkomponenten einzusetzen. Für diesen Zweck bietet Lenze die Kommunikationsbaugruppe EthernetCAN an. Zugriff über Ethernet Das CAN­open-Gerät ermöglicht den Zugriff auf CAN-open-Geräte über Ethernet. In großen Anlagen wird Ethernet-CAN zur Strukturierung verwendet. Man kann so die Länge von CAN-Bussträngen kurz halten und auf einen Schaltschrank beschränken. Die Kopplung an übergeordnete ­Sys­teme erfolgt dann über Ethernet, wo die Länge eher unkritisch ist. Ferner lassen sich so mehrere CAN-Stränge physikalisch entkoppeln. Trotzdem ist der gleichzeitige Zugriff auf alle Geräte von einem angeschlossenen PC aus möglich. Ein weiteres Einsatzgebiet des Geräts ist die Fernwartung über Internet. Besteht erst einmal eine gesicherte Verbindung, etwa ein Virtual Private Network (VPN), so kann mit Hilfe des EthernetCAN auch jeder CANopen-Teilnehmer auf diese Weise erreicht werden. Gleiches gilt beim Einsatz von Router-Techniken, wie etwa bei ISDN-Routern. Der Schweizer Coop-Konzern verfügt über umfangreiche Infrastruktur zur Vernetzung der Standorte. Zwischen dem Standort der Firma Salomon Automation, die die Fernwartung der Tiefkühllager vornimmt, existiert zudem eine Standleitung zum Hauptsitz der Coop in Basel. Von dort werden Internet-Fernverbindungen zu den Standorten der beiden Tiefkühllager in Hinwil und Givisiez aufgebaut. Der Zugang zum Internet wird durch Swisscom als Provider bereitgestellt. Die Ankopplung erfolgt über normale Telefonleitungen mit Hilfe von Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL)-Modems mit Router-Funktionalität und Sicherheitsmechanismen wie Virtual Private Network (VPN). Auf dieser langen Strecke zwischen den Standorten­ und auch innerhalb der Standorte liegen eine Reihe von Routern, Firewalls, VPNs und andere Sicherheitsmechanismen. Durch dieses komplizierte Netzwerk werden die Nachrichten an die Kommunikationsbaugruppe EthernetCAN transparent durchgetunnelt. Hierbei wird nur ein einziger Ethernet-Port benötigt, der allerdings von sämtlichen Routern und Firewalls freigeschaltet sein muss. Fern-Parametrierung Die Kommunikationsbaugruppe EthernetCAN ermöglicht nicht nur, das Verhalten der Palettenfördergeräte beobachten zu können, sondern ermöglicht im Bedarfsfall auch die Parametrierung und den Programmdownload der Steuerung und der Frequenzumrichter. Dazu werden wie bei lokalen Verbindungen die Lenze-Programme Global Drive Control und Global Drive PLC Developer Studio eingesetzt. Da im weltweiten Web eine Verbindungsunterbrechung nicht vollständig auszuschließen ist, wird das Programm bei einem Programmdownload im EthernetCAN vollständig zwischengespeichert, bevor es dann über den CAN-Bus weiter übertragen wird. Undefinierte Zustände der Steuerung bei einer gestörten Fernverbindung und einem daraus resultierenden vorzeitigen Downloadabbruch lassen sich so erfolgreich vermeiden. Dabei ist das Gerät in der Lage, den vollständigen CAN-Bus fernzuwarten, der im vorliegenden Fall nur aus wenigen Teilnehmern besteht. Mit Hilfe der Kommunikationsbaugruppe EthernetCAN 2180 kann der Anwender somit die vollständige Parametrier- und Programmiersoftware von Lenze bequem von zu Hause aus nutzen, weltweit, zu jeder Zeit, und somit die Verfügbarkeit der Anlage zuverlässig sicherstellen. Hannover Messe 2007: Halle 14, Stand H36