Převzetí kontroly nad intralogistikou

Použití škálovatelných vestavných počítačů Beckhoff a vstupů/výstupů EtherCAT pro řídicí platformu Honeywell Intelligrated Momentum Machine Control (MC4) přineslo výkonnostní výhody a úsporu nákladů. Obrázky poskytla společnost Beckhoff Automation Použití škálovatelných vestavných počítačů Beckhoff a vstupů/výstupů EtherCAT pro řídicí platformu Honeywell Intelligrated Momentum Machine Control (MC4) přineslo výkonnostní výhody a úsporu nákladů. Obrázky poskytla společnost Beckhoff Automation

Případová studie: Distribuční centrum zvyšuje konektivitu zařízení a síťové schopnosti pomocí řízení na bázi PC a EtherCAT; náklady na hardware řídicí jednotky klesly o 50 %.

Podle společnosti Honeywell Intelligrated roste elektronický obchod tempem 25 % ročně. Má to ale háček: Na každých šest vytvořených pracovních míst připadá pouze jeden volný pracovník a pouze 20 % uchazečů má potřebnou kvalifikaci. Tyto statistiky podtrhují problémy s pracovní silou, kterým čelí maloobchodníci a distribuční centra (DC) na hyperkonkurenčním trhu. Z těchto důvodů mnoho intralogistických provozů využívá technologický pokrok k urychlení digitální transformace a k maximalizaci efektivity a produktivity distribučních center. Propojená platforma distribučního centra kombinuje software pro sledování výrobních prostředků, řízení skladu a řízení práce s pokročilou automatizací a robotickými řešeními, jež pomáhají řešit nedostatek kvalifikovaných pracovníků.

„Smyslem naší propojené sady je agregovat data v reálném čase za účelem optimalizace produktivity pracovníků, zlepšení provozní spolehlivosti a zefektivnění výkonu prostřednictvím automatizace. Tímto způsobem propojujeme lidi, zařízení a automatizační systémy s klíčovými ukazateli výkonnosti (KPI), jako je doba provozuschopnosti, objem výroby a ziskovost,“ vysvětlil Joe Joice, viceprezident pro rozvoj podnikání společnosti Honeywell Intelligrated, systémového integrátora a výrobce strojů.

Koncept propojeného distribučního centra je hnací silou vývoje všech řešení automatizace a manipulace s materiálem – od softwaru až po dopravníková a třídicí zařízení. Příkladem mohou být modulární pracovní stanice GTR (goods-to-robot) a GTO (goods-to-operator) a platforma pro řízení strojů na bázi PC čtvrté generace.

„V porovnání se staršími platformami nám nová architektura založená na PC umožňuje navrhnout funkce, které zákazníci chtějí, včetně cíleného a záměrného sběru dat,“ srovnal Jason Johnson, senior manažer vývoje řízení strojů ve společnosti Honeywell Intelligrated. Možnosti obou systémů využívají pokroku v robotice a mnohých řešení pro regálová vozítka, paletizaci a rozestupy. Zavedení propojené infrastruktury v rámci konglomerátu s mnoha rodinami produktů nebyl malý úkol. K posílení distribučních center, která čelí nedostatku pracovních sil a rostoucím požadavkům na technologie elektronického obchodování, se používá automatizace založená na sběrnici EtherCAT a počítači.

Roboty pomáhají v distribučních centrech

Pracovní stanice GTR zlepšují distribuční operace pro společnosti z různých odvětví. Jejich aplikace sahá od distribučních center pro poskytovatele logistických služeb třetích stran (3PL) přes centra pro distribuci e-commerce až po výrobu pro potravinářské a nápojové společnosti.

„Flexibilní pracovní stanice podporují vychystávání, doplňování nebo kontrolu kvality, stejně jako další služby s přidanou hodnotou, a to při zachování kompaktních rozměrů,“ zdůraznil Joice, který dohlížel na vývoj GTR. „Tradičně manipuloval s produkty přicházejícími v přepravkách pracovník, ale s tím, jak se na pracovištích stále častěji objevují roboty, které zvyšují efektivitu a kompenzují nedostatek pracovníků, je třeba, aby tyto úkoly mohly flexibilně vykonávat roboty. Náš systém tyto dva různé vstupy přesahuje.“

Současná iterace pracovní stanice využívá buňku s kloubovým robotem vybaveným chapači určenými pro efektivní a přesnou manipulaci s materiálem. Regálová vozítka v automatizovaném skladovacím a vychystávacím systému (Automated Storage and Retrieval Systems – AS/RS) dodávají položky buď robotu, nebo operátorovi. Aby roboty mohly provádět všechny činnosti, vyžadují pracovní stanice automatizační technologie, které se integrují se staršími technologiemi ve skladu.

Musejí podporovat technologie průmyslového internetu věcí (IIoT) a zvýšený objem shromažďování dat, což jsou základy propojené infrastruktury. Zavedení automatizovaných procesů, jako je GTR, může zákazníkům pomoci zvýšit spolehlivost, zlepšit využití zařízení a maximalizovat produktivitu.

Řídicí platforma vyžadovala flexibilní software, hardware a síťové technologie. Řešení na bázi PC zahrnuje řízení strojů a sběr dat s podporou IIoT, které poskytuje klíčové informace pro mnoho nabídek platformy propojeného distribučního centra. Většina technologií sběrnic fieldbus a průmyslového Ethernetu má při odesílání velkého množství dat problémy s výkonem a nefunguje dobře v prostředí se smíšenou architekturou.

„Modernizace tvoří velkou část našeho podnikání,“ připomněl Johnson. „Ať už jsme systém instalovali my, nebo jiná firma, musíme podporovat širokou škálu protokolů s otevřenou komunikací.“

Přestože jsme již používali řešení na bázi PC od předchozího dodavatele pro starší řídicí platformy, hardwarová omezení bránila širší implementaci nové architektury na bázi PC. Tato nabízená hardwarová řešení nepodporovala distribuované řídicí architektury a byla nákladově neúnosná. Jedno řešení serverové třídy nebylo možné nainstalovat ve skladu a bylo spravováno IT odděleními zákazníků, což zvyšovalo náklady na údržbu. Další počítač by mohl být instalován v blízkosti zařízení, ale vyžadoval by drahé klimatizované skříně, izolované od ostatních komponent.

Johnson a jeho tým hodnotili vysokorychlostní deterministický systém průmyslového Ethernetu EtherCAT a související automatizační technologie. EtherCAT umožňuje připojit systémy k zařízením distribučního centra postaveným na jiných sítích, včetně EtherNet/IP, Profinet, Profibus, DeviceNet a dalších, přidáním vhodných vazebních prvků EtherCAT a bran.

Johnson uvedl: „Můžeme získat podstatně více informací z provozních zařízení, aniž by to mělo vliv na výkon sítě, což nám pomáhá dosáhnout cílů propojeného distribučního centra.“

EtherCAT umožnil modulárnější konstrukci pracovních stanic GTR. „EtherCAT nám pomáhá udržet nízké náklady na stanici a implementovat budoucí možnosti rozšíření s nižšími náklady pro koncového uživatele,“ doplnil Joice.

Kromě modulů EtherCAT I/O nabízejí distribuované moduly EtherCAT Box stejnou vysokorychlostní komunikaci v provedení s krytím IP67, takže jsou vhodné pro GTR a pro dopravníkové systémy, které se rozprostírají napříč sklady. Pracovní stanice rovněž integrují certifikovanou komunikaci funkční bezpečnosti přes EtherCAT (FSoE) prostřednictvím standardní sítě.

„Společnost Honeywell klade velký důraz na bezpečnost – bezpečnost zaměstnanců, bezpečnost zařízení a bezpečnost životního prostředí. Schopnost přidávat bezpečnostní prvky v rámci stejné sítě, která je v provozu, bude stále důležitější,“ prohlásil Joice.

CTL2105 MAG2 F1 Resiliency Honeywell Intelligrated Beckhoff Fig3Vícedotykové ovládací panely od společnosti Beckhoff poskytují hardware HMI pro různé intralogistické aplikace

Hardware na bázi PC, aktualizace softwaru

Tým techniků standardizoval použití řady vestavných počítačů se čtyřjádrovými procesory. „Výkonnostní kapacita za vynaložené peníze je optimální a nemusíme se obávat, že by nám došla šířka pásma,“ řekl Johnson a pokračoval, „IPC na lištu DIN jsou vhodné do náročných skladových podmínek a jsou umístěny ve stejné řídicí skříni jako I/O, pohony a další komponenty. Díky tomu již nemusíme instalovat řídicí prvky na bázi PC v prostoru IT a odpadají nám také další náklady na samostatné skříně.“

Pracovní stanice GTR mají menší vestavěné počítače a verze GTO obsahují vícedotykové ovládací panely pro rozhraní obsluhy. Podle Joice mohou IPC a otevřená konektivita EtherCAT zvýšit možnosti intralogistiky posílat zpětnou vazbu ze senzorů do cloudu nebo jiných systémů vyšší úrovně a zobrazovat údaje o výkonu a výrobě v reálném čase.

Tato flexibilita se vztahuje i na automatizační software. Technické a běhové softwarové balíčky umožňují technikům vytvářet v softwaru aplikace, které zpracovávají velká data, zajišťují rozpoznávání vzorů a monitorování stavu nebo výkonu, programovatelné automaty (PLC) a polohovací úlohy. Software nabízí bezplatné programovací jazyky podle normy IEC 61131-3 a objektově orientovaná rozšíření, jazyky informatiky obsažené v aplikaci Microsoft Visual Studio, vestavěné funkční bloky a další možnosti v grafickém editoru. Pracovní stanice GTR se při řízení v reálném čase opírají o automatizační software. Při konfiguraci mohou návrhy využívat výhod specifikace automatizačních zařízení (ADS), rozhraní pro zařízení a sběrnici, které umožňuje automatickou detekci a adresování zařízení, což technikům šetří čas.

CTL2105 MAG2 F1 Resiliency Honeywell Intelligrated Beckhoff Fig6Pracovní stanice GTO podporují operace vychystávání, doplňování nebo kontroly kvality pomocí flexibilního řízení na bázi PC a technologií EtherCAT. Současná iterace pracovní stanice využívá buňku dodanou společností Soft Robotics, která je vybavena kloubovým robotem s chapači určenými pro efektivní a přesnou manipulaci s materiálem

Efektivní elektronické obchodování a výsledky

Zavedení automatizačních technologií na bázi PC přineslo několik výhod, jako je vyšší flexibilita, škálovatelnost a konektivita. To společnosti umožnilo poskytnout větší funkčnost a data, která její zákazníci potřebují, aby jim pomohla vyřešit problémy s pracovní silou a snížit požadavky na technické práce. Tyto výhody podle Joice umožňují řešení GTR rozšiřovat v závislosti na poptávce.

„Díky rozšiřitelné řídicí platformě a sběrnici EtherCAT můžeme nainstalovat centrální stanici a poté přidat několik distribuovaných míst pro přidružené roboty nebo více robotů a zvýšit tak kapacitu. To poskytuje našim zákazníkům flexibilitu, ať už se jedná o multimiliardovou společnost v oblasti elektronického obchodování, nebo o začínající firmu, která se snaží zvýšit výkon v oblasti elektronického obchodování, vyřizování objednávek nebo výroby,“ uvedl Joice.

Podle Johnsona, který za posledních více než pět let nainstaloval přes 80 IPC tohoto dodavatele, se tato automatizační řešení pro nový systém založený na PC ukázala jako nejspolehlivější a nákladově nejefektivnější... s výjimkou jednoho případu, kdy celou skříň zničil zbloudilý vysokozdvižný vozík. „Vzhledem k tomu, že nemusíme používat klimatizované skříně ani instalovat počítače v prostoru IT, ušetřila nám tato technologie IPC až 50 % nákladů na hardware, a to i ve srovnání s PLC. Naši zákazníci si tyto vestavné počítače oblíbili, protože vypadají podobně jako PLC. Přestože si někteří nejsou jisti přechodem ze starší technologie PLC, záleží jim především na výkonu a době provozuschopnosti. V obou případech se jedná o průmyslové řídicí jednotky strojů s operačním systémem, ale na rozdíl od hardwarových PLC je řízení na bázi PC cenově výhodné, flexibilní a transparentní.“

Systémový integrátor spolupracuje s techniky dodavatele automatizace, což má klíčový význam – od výzkumu a vývoje přes uvedení do provozu až po řešení problémů.

Autorem článku je James Figy, hlavní obsahový specialista, Beckhoff Automation LLC. Upravil Chris Vavra, ředitel pro webový obsah časopisu Control Engineering, CFE Media and Technology, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..

Control Engineering Česko

Control Engineering Česko je přední časopis o průmyslové automatizaci. Je vydáván v licenci amerického Control Engineering, které poskytuje novinky z této oblasti více než 60 let.

www.controlengcesko.com