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Copilot für Maschinen und Roboter

Text: Juliane Witten, A&D Foto: Keba

Ein Rennwagen rast bei einer Offroad-Rallye auf eine Kurve zu, bremst zu spät ab, gerät ins Schleudern und landet abseits der Strecke im Sand. Der Copilot steigt aus und schiebt gemeinsam mit Zuschauern den Wagen mühsam zurück auf den Weg. Doch kaum ist das Auto wieder startklar, lässt der wohl verwirrte Fahrer seinen Copiloten einfach stehen und fährt davon. Eine denkbar schlechte Idee, kann doch nur der Copilot durch Tipps zum Streckenverlauf dafür sorgen, dass der Wagen überhaupt wettbewerbsfähig das Ziel erreicht. Was sich anhört, wie ein schlechter Scherz, ist wirklich passiert und als Internet-Video berühmt geworden.

Multitalent

Bei Bahnsteuerungen für Maschinen und Roboter verhält es sich so ähnlich wie bei der Rallye - auch hier ist der Copilot von höchster Wichtigkeit. Denn je vorausschauender ein System fahren kann, desto besser lassen sich Start- und Stopp-Vorgänge vermeiden. Das schont die Mechanik und reduziert den Energieverbrauch. Deshalb hat die Firma Keba in ihr neues Automatisierungssystem KeDrive for Motion das Feature Intelligent Motion integriert. Mit diesem softwarebasierten Copiloten fährt die Maschine sicher und präzise an ihren physikalischen Grenzen. "Der Anwender kann bis zu zehn Prozent Energie sparen und die Produktivität um bis zu 20 Prozent steigern", bringt es Walter Schimpelsberger, Leiter System Sales bei Keba, auf den Punkt. "Zudem verkürzen sich die Taktzeiten erheblich".

Das modulare System KeDrive for Motion umfasst neben Controller und Robotersicherheitssteuerung, auch Antriebs-, I/O-und Stromversorgungsmodule. Aus deren Kombination ergeben sich zahlreiche Einsatzmöglichkeiten für Steuerungs- und Antriebsaufgaben zum Beispiel in den Bereichen Robotik, Kunststoffverarbeitung, Verpackung, Handling oder Schleifen. Durch die kompakte Bauweise und das optionale Coldplate-Kühlsystem lassen sich außerdem bis zu 50 Prozent Platz im Schaltschrank sparen.

Die Antriebsmodule für eine, zwei oder drei Achsen eignen sich auch für dezentrale, bereits bestehende Steuerungssysteme. So benötigt beispielsweise ein Sechsachsroboter für seinen Betrieb neben dem Stromversorgungsmodul dann nur noch zwei Dreiachsmodule. Auch das Steuerungsmodul kann bei einem modularen Automatisierungssystem separat zum Einsatz kommen. Andere Systemkomponenen wie Software oder individuelle Baugruppen des Maschinenherstellers lassen sich ohne Probleme einbinden.

Mensch und Roboter

Wird ein Roboter eingerichtet, bewegen sich Mensch und Maschine auf engem Raum. Um diese Situation so ungefährlich wie möglich zu gestalten, sorgt die Robotik-Sicherheitssteuerung von KeDrive for Motion für sichere Bewegungen mit kartesischer Arbeitsraumüberwachung. Konkret bedeutet das: Die Geschwindigkeit und die Position des Tool Center Points (TCP) sowie die Geschwindigkeit und Position des Roboters kann eingestellt und überwacht werden, genauso wie auch die Werkzeugorientierung. Sie schützen den Menschen während des Teach Prozesses vor Verletzungen und die Maschine vor Schäden. Auf diese Weise können Zellen kompakter und damit kostensparender konzipiert werden. "In Zukunft können mechanische Barrieren vielleicht komplett entfallen", stellt Schimpelsberger in Ausblick.

Neben einer Arbeitsraumüberwachung, verfügt die Sicherheitssteuerung auch über eine Achsbereichsüberwachung, die einfach zu parametrieren und zu handhaben ist. Für viele Automatisierungsaufgaben ist diese Sicherheitsmaßnahme vollkommen ausreichend. Außerdem sind sichere Werkstück- und Werkzeugwechsel möglich. Die Lösung ist für alle seriellen Kinematiken von zwei bis elf Achsen verfügbar. "Das ist gerade bei komplexen Arbeitszellen, in denen mehrere Roboter zusammenarbeiten eine Funktion, die es bislang in dieser Form nicht gibt", betont Schimpelsberger.

Die integrierte Robotersicherheitssteuerung erfüllt als einzige auf dem Markt bei jeder Kinematik die Sicherheitsanforderungen nach EN 10218-1. Darüber hinaus bietet KeDrive for Motion den hohen Sicherheits-Integritätslevel SIL3 nach DIN EN 61508 und PLe nach ISO 13849-1. Durch einen integrierten Fast Channel sind Reaktionszeiten bis zu 2 m/s möglich; zahlreiche Sicherheitsbusse werden unterstützt. "Ein wesentlicher Vorteil ist, dass der Weg zur zertifizierten Maschinensicherheit bei uns sehr schnell geht", sagt Schimpelsberger. "Wir bieten den Kunden zukünftig unterzeichnungsfertige Sicherheitsvalidierungen für unsere Komponenten und Safety-Bausteine."

Offenes System

Viele Maschinenbauer haben eigene Entwicklungsteams für Steuerungs- und Antriebstechnik - die eigene Software-Kompetenz und deren Erhalt ist dann eine existenzielle Voraussetzung. Daher umfasst KeDrive for Motion eine offene Entwicklungsplattform, die Betriebssystem und betriebssystemnahe Dienste zur Verfügung stellt und zusätzliche Optionen wie standardisierte SPS-Programmierung, zertifizierte Sicherheitsbausteine oder ein Visualisierungs-Framework ermöglicht. Auf dieser Basis kann der Kunde dann seine eigene Software aufbauen. "Insbesondere Posix-basierte Software-Architekturen lassen sich schnell portieren und der Entwickler findet eine vertraute Umgebung mit leistungsfähigen Echtzeitfunktionen vor", sagt Schimpelsberger.

Energiemanagement

Das Mehrachssystem KeDrive for Motion verfügt über ein integriertes, intelligentes Energiemanagement. Dabei wird die gewonnene Bremsenergie eines Antriebs in Bewegungsenergie für andere Antriebe umgewandelt. Ist kein unmittelbarer Bedarf vorhanden, werden Energieüberschüsse gespeichert oder über einen Bremswiderstand abgebaut. Optional kann ein rückspeisefähiges Stromversorgungsmodul angeschlossen werden, das Energieüberschüsse in das Netz zurückführt. So wird die gesamte Bremsenergie genutzt und die Abwärme bleibt gering. "Energiemanagement und -effizienz sind heute in aller Munde", stellt Schimpelsberger fest. Für den Endkunden sei es von großem Interesse, den Energieverbrauch nachhaltig zu senken - nicht zuletzt wegen der durch die Regierungen geschaffenen Anreize.

Ebenfalls integriert ist ein Energie-Monitoring für die Antriebe, das eine Analyse der Bewegungsabläufe und einhergehender Kosten ermöglicht. Der Energieverbrauch bleibt transparent und der Bediener hat vielfältige Möglichkeiten, die Energieeffizienz des Systems zu maximieren. Neben dem direkten Energieverbrauch spielt aber auch die Baugröße der Maschine oder Anlage eine große Rolle. "Eine Produktionshalle will beheizt und beleuchtet werden. Das bedeutet, dass der Footprint von Maschinen und Anlagen kleiner werden muss", gibt Schimpelsberger zu bedenken. Die Kompaktheit des Systems KeDrive for Motion führe zu kompakten Schaltschränken und trage somit zur Miniaturisierung bei.

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