Erfolgreiche Intralogistik-Automation dank Hard- und Software von Sigmatek

Melkus Mechatronic entwickelt und produziert Transportroboter (Autonomous Guided Vehicles; AGV) mit konsequent modularem Aufbau für verschiedene Aufgaben der Intralogistik.

Die Entwicklung und Herstellung von fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTF), englisch AGV (Automated Guided Vehicles), ist alleiniger Geschäftszweck der Melkus Mechatronic GmbH. „Auf diesem heiß umkämpften Markt punkten wir mit besonders kompakten und zugleich industrietauglichen, konsequent modular aufgebauten und daher hoch verfügbaren AGV“, so Martin Lindner, Geschäftsführer von Melkus Mechatronic. „Damit ermöglichen wir unseren Kunden unterbrechungsfreie innerbetriebliche Transporte mit maximaler Flexibilität.“ Um diese Ziele zu erreichen, greift das Salzburger Unternehmen zu ungewöhnlichen Lösungen. So auch beim ersten Produkt, dem Palettentransporter Agumos G120. In den Abmessungen von Gabeln eines Staplers war die komplette Automatisierungstechnik für Ablauf-, Sicherheits- und Antriebssteuerung sowie Kameratechnik und Kommunikation über WLAN sowie Energieversorgung untergebracht. Ähnlich beengte Platzverhältnisse herrschen in allen AGV von Melkus Mechatronic, vor allem in solchen für Elektronik- und Kleinteiletransporte wie dem Transport-Würfel Melkus Q40 oder dem Melkus BLS4060 Rack Stacker.

Eine solche Funktionsdichte lässt sich nur mit hochgradiger Miniaturisierung verwirklichen. In den batteriebetriebenen Fahrzeugen ist auch ein geringer Energieverbrauch essenziell. Dennoch war Melkus Mechatronic von Beginn an wichtig, diese Problemstellung nicht mit speziell entwickelter Elektronik zu lösen.

Die kompakte Steuerungselektronik von Sigmatek ermöglichte Melkus Mechatronic 2014 die Entwicklung des autonomen Palettentransporter Agumos G120.

Ing. David Barth
Leiter Konstruktion und Entwicklung, Melkus Mechatronic GmbH

„Bei Sigmatek erhalten wir Standard- wie Sonderprodukte und somit die gesamte Automatisierungshardware aus einer Hand.“

Erfolg mit Standardsystem

Als Alternative kommen handelsübliche, modular aufgebaute Steuerungssysteme für den Maschinen- und Anlagenbau mit CPU und anreihbaren I/O-Baugruppen infrage. Diese haben einen höheren Stückpreis, weil sie für viele verschiedene Zwecke passen müssen und jedes Modul hat ein eigenes Gehäuse hat. Dafür sind sie bereits herstellerseitig getestet und in vielen Fällen auch zertifiziert. Allerdings waren die meisten dieser Systeme für die Anwendung in den AGV von Melkus Mechatronic zu groß, ihr Standard-Modulprogramm zu eingeschränkt und ihre Hersteller nicht ausreichend flexibel, um dieses mit kundenspezifischen Varianten zu ergänzen. Sigmateks 2012 erstmals vorgestelltes modulares Steuerungs- und I/O-System Steuerungs- und I/O-System S-Dias kombiniert hohe Performance, mechanische Stabilität und komfortable Handhabung mit höchster Packungsdichte. Es bietet im platzsparenden Formfaktor CPU-, Motion- und I/O-Module mit bis zu 20 Kanälen auf nur 12,5 mm Breite sowie TÜV-zertifizierte Safety-Module. Zusätzlich enthält das beinahe beliebig skalierbare System zahlreiche Module für Spezialaufgaben, beispielsweise ein Gyroskop-Sensormodul zur Bestimmung der Ausrichtung AGV.

Die einsatzbereiten Komplettmodule des zehntausendfach in Industrieanwendungen bewährten Steuerungssystems sind mit wenig Aufwand zu verarbeiten. „Die Module werden mit Standardsteckern im Push-in-Verfahren verdrahtet und verfügen über Signal-LED direkt an den einzelnen Kanälen“, präzisiert Ing. David Barth, Leiter Konstruktion und Entwicklung bei Melkus Mechatronic. „Das ermöglicht auch den schnellen Baugruppentausch im Fehlerfall.“ Eine clevere mechanische Querverriegelung sorgt für eine hohe mechanische Stabilität und Vibrationsfestigkeit.

Für die Erstellung der objektorientiert programmierten und damit modularen Fahrzeugsoftware nutzt Melkus Mechatronic die Sigmatek-Entwicklungsumgebung Lasal.

Alles aus einer Hand

Die Automatisierungslösung der wendigen Flur-Flitzer kommt zur Gänze von Sigmatek. Das liegt nicht nur an der kompakten Bauform der Produktreihe S-Dias. Ein weiterer Grund ist die disziplinübergreifende Kompetenz des Automatisierungstechnik-Gesamtanbieters. Diese führt dazu, dass neue Anforderungen oft in Weiterentwicklungen von Standardprodukten einfließen. So entstand etwa aufgrund der Anforderungen von Melkus Mechatronic das S-Dias-Gyroskopmodul BC031. Ebenfalls sehr nützlich ist für Melkus Mechatronic die Erfahrung von Sigmatek in der Entwicklung kundenspezifischer Produktvarianten. „Im Marktsegment der Komplettlösungsanbieter gehören wir zu den kleineren Playern und entwickeln die Hard- und Software ausschließlich im Haus“, sagt Alexander Melkus, Geschäftsführer Sigmatek. „So können wir schnell und wirtschaftlich auch Sonderprodukte realisieren.“

Meist handelt es sich bei den Custom-Produkten für Melkus Mechatronic um Abwandlungen von Elektronikbaugruppen, die auch in S-Dias-Modulen verbaut sind. So verpassten die Sigmatek-Entwicklungsingenieure der Servomotor-Endstufe DC 062 einen kundenspezifischen Formfaktor. Diese verfügt über einen Inkrementalgeber-Eingang für Positionsrückmeldungen sowie über die integrierte Safety-Funktion „Safe Torque off“ bis SIL 3/PL e, Kat 4. Zusätzlich zu S-Dias-CPU-Modulen arbeitet in allen AGV von Melkus Mechatronic auch eine kundenspezifische Steuerungsplatine, auf der parallel zur funktionsgerichteten SPS eine Sicherheits-CPU integriert ist. „Wir können beim Bau unserer mechatronischen Einheiten nicht ganz auf Sonderentwicklungen verzichten“, so Barth. „Bei Sigmatek erhalten wir Standard- wie Sonderprodukte und somit die gesamte Automatisierungshardware aus einer Hand.“

Das Traffic Control System von Sigmatek ermöglicht die Steuerung gemischter Fahrzeugflotten auch in beengten Umgebungen und komplexen Szenarien.

Alexander Melkus
Geschäftsführender Gesellschafter, Sigmatek GmbH & Co KG

„Wir verstehen uns als Komplettanbieter für die industrielle Automatisierung, zu dieser gehört für uns auch die Intralogistik.“

Per Objektklasse zum Klasse-Objekt

Modular aufgebaut ist bei Melkus Mechatronic auch die Software für die Ablauf-, Bewegungs- und Sicherheitstechnik sowie die Visualisierung in den Fahrzeugen. Diese erstellen die Ingenieure des AGV-Herstellers mit dem Engineering-System Lasal von Sigmatek. Dabei werden alle Funktionen der AGV und das generelle Fahrzeugverhalten objektorientiert programmiert. Die klar definierten Module – Objektklassen – lassen sich durch Parametrierung flexibel an unterschiedliche Aufgaben anpassen, ihre Eigenschaften können vererbt und auf andere Module übertragen werden. Für viele Aufgaben konnten die Techniker zudem auf ausgereifte, getestete Technologiemodule aus den umfangreichen Sigmatek-Bibliotheken zurückgreifen. Aufgrund der Verwendung der Sigmatek-Softwareumgebung ohne Abweichung vom Standard muss sich das Entwicklungsteam nicht um die Anbindung von Fremdsystemen oder von Fernwartungsmechanismen über das Internet kümmern. All dies vereinfacht und beschleunigt die Erstellung der Zielsoftware für das individuelle Fahrzeug und ermöglicht eine dynamische, skalierbare Systemlogik, die mit den Anforderungen der Kunden wachsen kann. Zudem erleichtert die objektorientierte Programmierung auch Fehlersuche, Softwarewartung und kontinuierliche Verbesserung sowie Test und Inbetriebnahme.

Sigmatek SlamLoc wird von Sigmatek auch als Bundle einschließlich der Hardware mit WLAN-Anschluss (unten) angeboten.

Marktspezifische Softwareprodukte

Die Softwareentwickler erhalten nicht nur tatkräftige Unterstützung durch das Applikations-Team bei Sigmatek, sie greifen auch auf speziell für diesen Markt entwickelte Softwareprodukte dieses Herstellers zurück. „Wir verstehen uns als Komplettanbieter für die industrielle Automatisierung, zu dieser gehört für uns auch die Intralogistik“, erklärt Melkus. „Deshalb bieten wir für dieses Segment das Flottenmanagementsystem TCS und die Echtzeit-Navigationssoftware SlamLoc sowie ein installationsfertiges Softwaremodul für die 3D-Überwachung des Fahrwegs per ToF-Kamera zur Integration in AGV an.“

Sigmatek SlamLoc nutzt die auch für die Sicherheit der Fahrzeuge erforderlichen 360° Laserscanner, um damit die Umgebung abzutasten und mit dem Navigationsverfahren Slam (für simultaneous localization and mapping) die eigene Position zu bestimmen. Dabei nehmen AGV im Zuge der Navigation die Umgebungsmerkmale auf und erstellen die Landkarte dynamisch. So können die AGV auch dann noch kompromisslos präzise konturbasiert navigieren, wenn z. B. volle Regale oder Paletten die Konturen der Halle verdecken. SlamLoc ist als reine Softwarelösung oder vorinstalliert auf einem industrietauglichen und für den Einsatz in Fahrzeugen geeigneten, robusten Box-PC erhältlich, was die Integration weiter vereinfacht. Dieser kommuniziert per WLAN über offene Standards wie die Schnittstelle VDA 5050 mit beliebigen Leitsystemen unabhängig von deren Hersteller.

Effiziente, dynamische Verkehrsplanung

Melkus Mechatronic ist kein reiner Fahrzeughersteller, sondern realisiert für seine Kunden meist FTS-Gesamtsysteme. Dazu nutzen die Anwendungstechniker des Unternehmens das offene FTS-Flottenmanagementsystem TCS (Traffic Control System) von Sigmatek. Es nutzt für die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Leitsteuerung die standardisierte Schnittstelle VDA 5050 und ermöglicht auch die Anbindung an umgebende IT- und Automatisierungssysteme. Sigmatek TCS bietet eine effiziente und dynamische Verkehrsplanung einschließlich der Möglichkeit, Hindernissen auszuweichen. Die Definition der befahrbaren Bereiche erfolgt mit einem anwenderfreundlichen grafischen Landkarten-Editor. „In den Hard- und Softwareprodukte von Sigmatek steckt die geballte Kompetenz und Erfahrung dieses Herstellers in allen Aspekten der Automatisierung“, sagt Lindner abschließend. „Sie ermöglichen uns Entwicklung und Bau besonders kompakter, hoch verfügbarer autonomer Transportsysteme, mit denen unsere Kunden die Effizienz ihrer intralogistischen Abläufe steigern können.“