Leistungs- und Flexibilitätsschub bei der Lagerlogistik

Das Materialtransportanlagen-Portfolio von United Sortation Solutions umfasst eine Reihe von Modulen, die für jede Anwendung individuell zusammengestellt werden, sodass der Kunde eine maßgeschneiderte Lösung erhält. (Bild: United Sortation Solutions, USA)

Viele namhafte Unternehmen aus den verschiedensten Branchen, von der Einzelhandels- über die Pharma- bis hin zur Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie, stehen auf der Kundenliste von USS. „Einer unserer größten Kunden ist die nordamerikanische Einzelhandelskette für Damen- und Mädchenbekleidung, die Ascena Retail Group, Inc., die in den USA und Kanada über 3.800 Ladengeschäfte mit einen Jahresumsatz von mehr als 3,6 Mrd. Euro betreibt“, berichtet Howard Eisenberg, Geschäftsführer von United Sortation Solutions.

Das Portfolio an Materialtransport- und Sortieranlagen von USS umfasst eine Reihe an Standardmodulen, wie Vertikalförderer, Stapler bzw. Entstapler, Stückgutsorter zum Sortieren von Flachmaterial und eine Sortieranlage für Kleinteile. Je nach Applikationsanforderung werden die einzelnen Module so zusammengestellt, dass ein maßgeschneidertes Materialtransportsystem entsteht. Die flexible und kompakte Auslegung der Systeme erlaubt ihre Implementierung auch in Gebäuden mit begrenzten Platzverhältnissen.

Als Bedienerschnittstelle ist ein kompaktes Einbau-Control-Panel CP2907 mit 7-Zoll-Display im Einsatz. (Bild: United Sortation Solutions, USA)

Steuerungsretrofit sorgt für höhere Leistung und mehr Flexibilität

USS hat über ein Jahrzehnt Erfahrung in der Entwicklung modernster Materialtransporttechnologien. „Da wir mit unserem ursprünglichen Steuerungskonzept zunehmend an Grenzen stießen, entschieden wir uns für ein Retrofit“, erklärt Jeff Zerr, Director of Engineering von United Sortation Solutions. „Die vorhandene Systemarchitektur war übermäßig komplex und nicht so flexibel, wie von uns benötigt.“ Nun setzt USS als Steuerungsplattform auf die Beckhoff Embedded-PCs mit der Automatisierungssoftware TwinCAT 3 und EtherCAT als Kommunikationssystem. Als HMI dient das kompakte Control Panel CP2907 mit einem 7-Zoll-Display.

Im Zuge der Erneuerung seiner I/O-Technologie prüfte USS auch die führenden Industrial-Ethernet-Systeme. „Dabei stellten wir fest, dass EtherCAT eine weitaus höhere Geschwindigkeit bot, als unsere Anwendungen verlangten. Außerdem ist die Anzahl der I/O-Punkte, die wir in einem EtherCAT-Netzwerk implementieren können, quasi unbegrenzt“, erläutert Howard Eisenberg. Inzwischen nutzt USS in allen Maschinenlinien EtherCAT als durchgängiges Bussystem für I/Os, Antriebe und Safety. Als I/O-System sind die EtherCAT-Klemmen, die EtherCAT-Box-Module und – zur Integration der Sicherheitstechnik – die TwinSAFE-Klemmen im Einsatz. Als großen Vorteil sieht Howard Eisenberg, dass die EtherCAT-Klemmen direkt an den Embedded-PC angereiht werden können. „Jetzt ist nur noch ein Standard-Ethernet-Kabel im Einsatz und die Adressierung erfolgt automatisch, sodass sich der Arbeitsaufwand deutlich reduziert“, betont er.

USS nutzt die kompakten Embedded-PCs für alle Automatisierungs- und Steuerungsfunktionen seiner Sortier- und Lagersysteme. (Bild: United Sortation Solutions, USA)

Modularität und kompakte Bauformen sparen Platz und Kosten

Die Modularität der EtherCAT-I/O-Klemmen von 1- bis 16-Kanal kommt dem Spezialisten für Materialtransportanlagen sehr gelegen: „Die kompakten High-Density-Klemmen, mit 16 Kanälen im 12-mm-Gehäuse, sorgen für eine deutliche Platzersparnis im Schaltschrank“, erklärt Jeff Zerr. „Abhängig von der Anzahl der benötigten I/Os können wir zwischen 2-, 4- oder 8-kanaligen Modulen wählen. Das verschafft uns zusätzliche Flexibilität und macht unsere Ersatzteilverwaltung einfacher.“

Auch die robusten IP-67-EtherCAT-Box-Module, die für raue Industrieumgebungen ausgelegt sind, wurden über die gesamte Länge der Maschinen von USS verbaut. „Hier profitieren wir besonders von den frei konfigurierbaren digitalen Ein- oder Ausgängen in einem Gerät. Die EP2338-Module beispielsweise verfügen über acht, die EP2349-Module sogar über 16 konfigurierbare Kanäle.“

Je nach Anlagentyp und Leistungsanforderung nutzt USS alternativ den Embedded-PC CX2030 mit Intel®-Core™-i7-Dual-Core-CPU, 1,5 GHz Taktfrequenz, den CX5010 mit Intel®-Atom™-Prozessor Z510, 1,1 GHz, oder den CX9020 mit ARM-Cortex™-A8-Prozessor, 1 GHz, als Steuerungsplattformen. „Mit dem CX2030 und dem CX5010 können wir die komplette Windows-Betriebssystemumgebung nutzen, was je nach Anwendung, z. B. bei bestimmten Dateiverwaltungsanforderungen, erforderlich ist“, erläutert Jeff Zerr und fährt fort: „Für weniger komplexe Aufgaben bietet der CX9020 mit Windows CE Embedded Standard eine hohe Leistung bei niedrigen Hardwarekosten. Wir führen alle unsere SPS-, HMI- und Motion-Control-Aufgaben auf diesen Embedded-PCs aus.“

Der Embedded-PC CX5010 ist direkt mit dem TwinSAFE-I/O-System verbunden, sodass USS eine Reihe von Sicherheitsfunktionen entlang der Sortierstraßen implementieren kann. (Bild: United Sortation Solutions, USA)

TwinCAT 3 als durchgängige Softwareplattform

„In der Vergangenheit verwendete USS eine Vielzahl von SPS-Programmierumgebungen und wechselte häufig die Plattformen, weil es keine Einzelsoftware gab, die alle erforderlichen Aufgaben übernehmen konnte“, erläutert Jeff Zerr. „TwinCAT 3 bietet uns nun eine durchgängige Programmierumgebung von der kleinsten bis zur größten Anlage. Als Programmiersprachen nutzen wir Strukturierter Text und Kontaktplan, sowie verschiedene IT-orientierte Programmiersprachen und -tools, inclusive Microsoft Visual Studio®. Mit TwinCAT 3 haben wir auch begonnen, die Quellcodeverwaltung zu implementieren, und sind dabei, umfassende Softwarebibliotheken für unsere verschiedenen Materialtransportlösungen aufzubauen. In Zukunft werden wir dadurch viel Zeit bei der Programmierung und Konfiguration einsparen können“, setzt Jeff Zerr hinzu.

Die EtherCAT-Box-Module in Schutzart IP 67 sind über die gesamte Maschinenlänge verteilt. Ausgelegt für den Einsatz außerhalb des Schaltschranks direkt an der Maschine können Staub und Feuchtigkeit den robusten I/O-Modulen nichts anhaben. (Bild: United Sortation Solutions, USA)

Integrierte Sicherheitslösung mit TwinSAFE

Da in Logistik- und Lagerzentren sehr viele Menschen beschäftigt sind, ist ein zuverlässiges Sicherheitssystem unabdingbar. Die hartverdrahteten Relaisschaltungen wurden durch die integrierte Sicherheitslösung TwinSAFE in Schutzart IP 20 und IP 67 ersetzt. „Die meisten der von uns hergestellten Sortieranlagen sind sehr ausgedehnt, und es sind Sicherheitsgeräte über die gesamte Länge installiert, so dass sich die I/O-Lösung mit verteilter Sicherheit schnell auszahlt“, erklärt Jeff Zerr. „Sie gewährt uns eine ausgezeichnete Flexibilität: Wenn wir heute Sicherheitseinrichtungen hinzufügen wollen, erweitern wir einfach die TwinSAFE-I/O-Lösung.“

Durchgängige Optimierung bis hin zur Antriebstechnik

Für das Antriebssystem seiner Maschinenlinien nutzt das Unternehmen die EtherCAT-Servoverstärker AX5000, wahlweise in Ein- und Zweikanalausführung, die über One Cable Technology (OCT) mit den Synchron-Servomotoren der Serie AM8000 verbunden werden. USS implementiert häufig elektronische Getriebe in TwinCAT 3, um zwei über einen Verstärker betriebene Servomotoren zu koordinieren, was die mechanische Konstruktion der Anlagen vereinfacht und die Materialkosten senkt.

USS erhebt PC- und EtherCAT-based Control zum Steuerungsstandard

Nach gründlichen Tests und einer erfolgreichen ersten Implementierung entschied USS, die PC- und EtherCAT-basierte Steuerungsplattform als Standard einzuführen. „Ganz gleich, ob wir eine Stapel- oder Fördervorrichtung oder auch eine Sortiermaschine einer beliebigen Größe implementieren: Die PC-basierte Steuerungstechnik und EtherCAT von Beckhoff sind jetzt bei uns Standard“, berichtet Howard Eisenberg. „Das EtherCAT-Netzwerk bietet nicht nur unbegrenzte Vorteile hinsichtlich Leistung und Geschwindigkeit, sondern hat unsere Logistiksysteme, dank der einfachen Erweiterbarkeit, erheblich wettbewerbsfähiger gemacht“, ergänzt Jeff Zerr. „Wir haben nicht nur eine deutliche Leistungssteigerung zu verzeichnen, sondern konnten die Kosten für die Hardware und Installation entscheidend senken.“

Auch der Einsatz von TwinCAT 3 hat aus der Sicht von Howard Eisenberg eine Reihe von Vorteilen für USS gebracht: „Da unsere Software immer ausgereifter wird, und wir die Vielseitigkeit bei der Programmierung in TwinCAT 3 nutzen, werden wir neue Projekte künftig im Wochenmaßstab statt wie bisher über Monate hinweg planen können. Entsprechend kürzer wird auch die Inbetriebnahme von Maschinen ausfallen“, fügt Howard Eisenberg hinzu: „Wir haben mit EtherCAT die perfekte Lösung für uns gefunden. Die Konsolidierung aller unserer Maschinenprogramme in einer einzigen Softwareumgebung mit zahlreichen Funktionen stellt für uns einen wichtigen technologischen Schritt nach vorne dar.“