Louis Schierholz GmbH; Bremen (Deutschland)

Erschienen in: Hebezeuge Fördermittel 1-2/12 vom Feb., Autor Timo Mühlhausen

Bahn frei für iWLAN via Profinet

Funk statt Schleifringe bringt Geschwindigkeit, Sicherheit und Flexibilität für Elektrohängebahnen

Schnellere Elektrohängebahnen erreichte ein namhafter Hersteller durch einen Systemwechsel: Statt auf bewährte Profibus-Schleifringtechnik setzt er künftig auf Industrial Wireless LAN an Profinet – womit er von weiteren entscheidenden Vorteilen profitiert. Darunter: minimierten Wartungsaufwand, komfortable Inbetriebnahme und Diagnose, einfache Umsetzung von Sicherheitsfunktionen direkt im Antrieb sowie volle Offenheit für die Zukunft.

Im Technikum Bremen hat Fa. Schierholz das erste EHB-System auf der Basis von Industrial Wireless LAN, Profinet und Automatisierungstechnik von Siemens für die Lagervorzone realisiert
Die Louis Schierholz GmbH ist ein weltweit renommierter Bremer Hersteller für individuell zugeschnittene Fördersysteme in unterschiedlichen Branchen: Das Angebot der Hanseaten ist gegliedert in die vier Sparten „Power & Free“-Förderer, Elektrohängebahnsysteme (EHB), Kreisförderer und Bodenfördertechnik. Das Motto „Wir fördern alles“ sagt auch alles: die Bandbreite reicht von der Lebensmittel- über die Automobil- bis zur Luftfahrtindustrie und für Güter von wenigen Gramm bis zu etlichen Tonnen. Umfassend ist auch das Dienstleistungsangebot von Schierholz, das von der Planung über die Konstruktion, Fertigung und Montage bis zur Inbetriebnahme und Wartung alle Phasen des Anlagenlebens aus einer Hand abdeckt. Dabei bedient sich der Anlagenbauer bevorzugt durchgängiger Automatisierungstechnik von Siemens. Diese ist auch bei vielen Endanwendern ein zuverlässiger Standard, da dessen Produkte weltweit schnell verfügbar sind.
 
Die Alternative: Offen für Innovationen
Ein aktuelles EHB-Projekt für die Kommissionier-Vorzone im Zentrallager einer großen Einzelhandelskette sollte zunächst in bewährter Art und Weise umgesetzt werden: Die Fahrwagen sollten auf einer Transportstrecke von 140 Metern Länge über ein Profibus-Schleifringsystem (Power Rail Booster) mit einer überlagerten Steuerung kommunizieren. Bei Verfahrgeschwindigkeiten von bis zu 90 Metern pro Minute musste die Arbeitssicherheit auch für den Fall gewährleistet sein, dass Personen den Gefahrenbereich betreten.
Kernforderung war eine Durchsatzrate von bis zu 200 Gitterboxpaletten pro Stunde. Dieser Wert wird wesentlich vom Datenaustausch mit dem Lagerverwaltungsrechner bei der Übergabe der Gitterboxpaletten aus dem Hochregallager auf die Fahrwagen bestimmt. Je schneller dieser erfolgt, umso schneller ist die Bahn wieder frei, umso höher kann die Durchsatzrate sein. Rein rechnerisch war die dafür erforderliche Übertragungsgeschwindigkeit von 45 k Bit/s auch mit dem bisherigen System zu erreichen.
Deutlich höhere Performance versprach jedoch eine von Siemens vorgeschlagene Alternativlösung auf der Basis von Industrial Wireless LAN an Profinet. Dieser in anderen Anwendungen (unter anderem in der Automobilindustrie) bewährte Ansatz bietet mit einer Datenrate von bis zu 22 MBit/s (netto) ein Vielfaches der nötigen Übertragungsgeschwindigkeit, ergo reichlich Reserven für zukünftige Leistungssteigerungen. Diese Lösung bietet somit Leistungsreserven für die Erweiterbarkeit auf bis zu 400 Gitterboxpaletten pro Stunde und damit eine längerfristige Investitionssicherheit für den Endkunden.
Und bei annähernd vergleichbaren Kosten eine ganze Reihe zusätzlicher Vorteile: So macht die berührungslose Übertragungstechnik das System praktisch wartungsfrei und deutlich leiser, da korrosionsanfällige Schleifkontakte wegfallen. Es ist entschieden flexibler bezüglich der Anzahl und Erweiterung von Fahrwagen. Außerdem ist dank moderner Webserver-Technologie auf der zentralen Steuerung eine wesentlich einfachere, komfortablere Inbetriebnahme und Diagnose möglich. So können Diagnoseinformationen zugangsgesichert mit üblichen Internetbrowsern visualisiert werden. Schließlich hat auch die neue Funktionalität „I-Device“ an Profinet (Intelligente dezentrale Peripherie), die gleichzeitige und einfache Nutzung von Teilnehmern als Controller und Device ermöglicht, sowohl den Anlagenbauer als auch den Anwender überzeugt. Aufgrund dieser Vorteile wurde in kurzer Zeit das alternativ vorgeschlagene Automatisierungs- und Kommunikationskonzept gemeinsam mit Siemens erarbeitet und erfolgreich umgesetzt.
 
Drahtlos schnelle, störungssichere Kommunikation
Kopf der neuen Lösung ist eine Profinet-fähige Steuerung Simatic S7-300 (mit CPU 317-2 PN/DP) in einem zentralen Schaltschrank. An deren Profinet-/Ethernet-Schnittstelle angeschlossen ist ein  „iWLAN Access Point“ Scalance W788-2 RR mit Rapid Roaming zum schnellen Funkzellenwechsel. Das Dual-iWLAN-Gerät hat zwei voneinander unabhängige Funkmodule, wovon eines die rund 140 Meter lange Fahrstrecke versorgt. Dazu sind über einen Antennensplitter zwei jeweils 70 Meter lange RCoax-Kabel angeschlossen. Diese sogenannten Leckwellenleiter sind direkt entlang der Fahrschiene verlegt und ermöglichen mit ihrer speziellen Strahlungscharakteristik ein exakt ausgerichtetes, in der Ausdehnung begrenztes Funkfeld, was mögliche Störeinflüsse auf ein Minimum reduziert. Außerdem wurden anstelle der üblichen 2,4 GHz die weitaus weniger genutzte Frequenzband von 5 GHz gewählt und so zusätzliche mögliche Störeinflüsse reduziert. Das zweite Funkmodul nutzt Schierholz ausschließlich für die drahtlose Programmierung während der Inbetriebnahme und später für die Diagnose vor Ort. So wird der Datenverkehr auf der Strecke nicht beeinflusst.
Funktechnisches Gegenstück auf jedem der zunächst zehn Fahrwagen ist ein „Client Modul“ Scalance W747-1 RR, das über eine omnidirektional wirkende Rundstrahlantenne die vom Leckwellenleiter übertragenen Signale erfasst und an die mitfahrende Steuerung überträgt. Prädestiniert für diese Anwendung ist das Profinet-fähige Interfacemodul IM151-8 PN/DP CPU aus dem Programm ET 200S von Siemens. Die dezentralen CPUs auf den Fahrwagen sind als sogenannte „Profinet I-Devices“ projektiert, wodurch sie ganz ohne aufwändige Programmierung als Profinet-Device zur überlagerten Steuerung und über ein Zusatzmodul als DP-Master für die unterlagerten Profibus-Komponenten fungieren. Die Kommunikation erfolgt dabei wie das Lesen und Schreiben eines I/O-Abbildes in einer dezentralen Station. Schierholz hat alle dezentral unterlagerten Komponenten über Profibus angebunden. Auf diese Weise konnten auch zur Zeit der Inbetriebnahme Codelesesysteme für die Positionsbestimmung über Barcode (an den EHB-Schienen) problemlos in die Profinet-Installation eingebunden werden. Zum Ablesen der Position sowie die Anschaltung des Fahrantriebes wird ein kostengünstiges Simatic Operator Panel OP73 und ein Sinamics S110 eingesetzt. Das zeigt: Ein gemischter Betrieb und somit ein stufenweiser Übergang von Profibus zu Profinet ist jederzeit möglich.
 
Einfache Inbetriebnahme und Diagnose
Ganz neue Möglichkeiten bei Inbetriebnahme, Diagnose und Wartung eröffnet der Webserver auf der zentralen Simatic-Steuerung im Schaltschrank. Dieser stellt (alternativ zum fest installierten Simatic Multi Panel MP277) quasi an jeder Stelle des Anlagen-iWLAN-Netzes vorgefertigte oder vom Anwender frei konfigurierbare HTML-Webseiten zum Abruf bereit. Damit lassen sich wichtige Betriebszustände (wie Systemmeldungen) aus den Steuerungen aller Fahrwagen sehr einfach abrufen und zwar mit jedem autorisierten PC im Netzwerk über einen herkömmlichen Internet-Browser. Das funktioniert auch zugangsgesichert aus der Ferne, wahlweise via Teleservice-Adapter oder verschlüsselt per „Virtual Private Network (VPN)“-Tunnel, sofern vom Anlagenbetreiber zukünftig gewünscht. So sind eventuelle Störungen schneller denn je zu beheben, was die Verfügbarkeit und damit die Umschlagsrate der Gitterboxen hoch hält.
 
Sicherheit im Antrieb inklusive – geberlos
Zu einer weiteren Vereinfachung und damit Kostensenkung an den Fahrwagen hat auch der Einsatz des neuen Einachs-Umrichters Sinamics S110 von Siemens geführt. Das kompakte Gerät bietet eine Reihe in dieser Geräteklasse nicht-alltäglicher Funktionen. Darunter: integrierte Basis-Sicherheitsfunktionen wie SS1 (Safe Stop 1/Sicheres Stillsetzen) und STO (Safe Torque Off/Sicherer Halt) sowie erweiterte Sicherheitsfunktionen wie SLS (Safely Limited Speed/Sicher begrenzte Geschwindigkeit). „Wir nutzen diese Funktionen dazu, die sicherheitstechnisch zulässigen Geschwindigkeiten der Fahrwagen von maximal 90 bzw. 45 Metern pro Minute über die Frequenzumrichter sicher zu begrenzen“, so Ralf Sadowski, Elektrokonstrukteur von Schierholz. Die Halbierung der Geschwindigkeit erfolgt über Sicherheitsscanner an den Fahrwagen, wenn der Sicherheitsabstand von 4 Metern durch einen nachfolgenden Fahrwagen oder eine Person unterschritten wird. Wird die Nahgrenze von 1,40 Meter unterschritten, bringt der Frequenzumrichter den betroffenen Fahrwagen über eine Geschwindigkeitsrampe sofort sicher zum Stillstand. Das Ganze funktioniert ohne Geberrückführung, also mit reduziertem Hardware-Aufwand, was derzeit in dieser Klasse nur der Sinamics S110 kann.
 
Unterstützung nach Maß
Weil der Zeitrahmen aufgrund der relativ kurzfristigen Entscheidung sehr knapp war und sowohl das Antriebssystem als auch die iWLAN-Technik neu für den Anlagenbauer waren, hat Siemens bei der Funkfeldplanung und Inbetriebnahme des ersten Fahrwagens im Technikum von Schierholz und bei der Konfiguration der WLAN-Komponenten unterstützt.
 
Offen für weitere Innovationen
„Mit der Entscheidung für Profinet stehen uns in Zukunft alle Möglichkeiten offen und wir können in absehbarer Zeit ein durchgängig auf dem Ethernet-basierten Kommunikationsstandard aufsetzendes Gesamtsystem realisieren. Von den vielen neuen Funktionalitäten von Profinet werden sowohl wir als Hersteller aber auch die Anwender unserer Fördertechniksysteme profitieren“, ist Dipl.-Ing. Markus A. Elbrecht, Leiter Materialflusskonzepte bei Schierholz, überzeugt.
Das Siemens-Spektrum Profinet-fähiger Automatisierungstechnik wächst ständig und bietet moderne leistungsfähige Alternativen für alle Aufgaben der Fördertechnik. Darunter: eine Profinet-Anschaltung für das Antriebssystem Sinamics S110, das Codelesesystem MV420 für die Positionsbestimmung und das kompakte Basic Panel KTP400 für die Vor-Ort-Visualisierung – oder eine fehlersichere Steuerung Simatic S7-300F als kosteneffiziente zentrale Einheit in einem Automatisierungskonzept.

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21.03.2012