Компании по всему миру используют автоматизированные управляемые транспортные средства и автономных мобильных роботов.
Сегодня беспилотные транспортные средства (AGV) используются для автоматизации производственных и логистических процессов.
Помимо вполне устоявшегося логистического применения (например, на многоярусных складах), эти системы также все больше оптимизируют снабжение продукции. То же самое относится и к продукции Phoenix Contact. Там AGV транспортируют материал с автоматического склада мелких деталей на производственные машины и снова забирают оттуда готовую продукцию.
Весь процесс автоматизирован и полностью интегрирован в цифровые процессы и ИТ-системы. По мере необходимости материал автоматически извлекается из контейнеров с комплектующими изделиями, собирается автономными транспортными средствами и доставляется к машине, которая запросила его для следующего заказа.
Таким образом, AGV значительно сокращают сроки поставки материала и сокращают оборотные запасы на производстве. Это означает, например, что доступно больше полезной производственной площади. Кроме того, улучшается эргономика сотрудников, поскольку материал доставляется на перегрузочные станции на удобной для пользователя высоте, что исключает необходимость частого наклона и подъема.
Опыт показывает, что при планировании и внедрении системы автоматизированного управляемого транспортного средства особенно сложными являются три вопроса: планирование пути и навигация к конкретному пункту назначения, предотвращение столкновений и других происшествий, а также защита от кибератак.
В беспилотных транспортных системах все: управление, безопасность, охрана, навигация, электрификация, связь и энергетика.
Чтобы они могли выполнять свои задачи автономно, беспилотные транспортные системы были оснащены обширными интеллектуальными технологиями и датчиками.
Помимо управления функциями передачи нагрузки, основное внимание уделялось безопасности людей в производственной зоне. Кроме того, каждое транспортное средство должно иметь возможность перемещаться от источника к источнику с высокой точностью, а аккумулятор должен заряжаться в подходящее время.
Для всех этих функций Phoenix Contact использовала компоненты и системы из собственного портфолио, специально разработанные для этой области.
Любой, кто хочет получить целостное представление о технологии автоматизации AGV, должен включить семь областей: управление, безопасность, безопасность, навигация, электрификация, связь и энергетика. Благодаря этому подразделению проектная группа Phoenix Contact также разработала отдельные темы структурированным и совместимым образом – и все это на основе открытой экосистемы PLCnext Technology.
Управление: система удаленного ввода-вывода
С точки зрения классической системы управления, в AGV в режиме реального времени реализуются актуальные задачи. Поэтому к PLCnext Control необходимо подключить мощную систему удаленного ввода-вывода для передачи данных и сигналов.
Команда проекта остановила свой выбор на новых модулях ввода-вывода серии Axioline Smart Elements. Компактные, прочные и гибкие модули экономят до 75 процентов места в шкафу управления по сравнению с традиционными системами ввода-вывода. Вибрации, возникающие в любом AGV, не оказывают негативного влияния на аппаратную часть даже при длительной работе.
Модули ввода-вывода Axioline Smart Elements обеспечивают объединение сигналов ввода-вывода для управления транспортным средством. К системе также подключаются сигнальные и командные устройства (например, лампы и кнопки). Безопасные входные и выходные сигналы, такие как кнопки аварийной остановки или тормоза, были интегрированы в систему управления с помощью безопасных модулей ввода-вывода Axioline.
По протоколу Profisafe безопасные данные могут быть переданы в модуль расширения безопасности (AXC F XT SPLC 1000), подключенный слева от PLCnext Control, и обработаны там. Обширный ассортимент модулей ввода-вывода Axioline охватывает наиболее важные последовательные протоколы, например CAN, RS422 и RS485. Функциональные блоки, свободно доступные на цифровой торговой площадке PLCnext Store, упрощают интеграцию этих протоколов в проект приложения. CAN-модуль Axioline используется для связи с двумя сервоприводами постоянного тока колес. При движении к месту назначения PLCnext Control передает заданные значения, переданные навигационным блоком, на приводы по протоколу CAN-open.
Безопасность: надежная защита от несчастных случаев
Автоматизированные транспортные средства действуют вместе с сотрудниками, поэтому AGV должны соответствовать строгим требованиям безопасности, таким как надежное обнаружение (внезапных) препятствий с помощью датчиков. Эксперты по безопасности уже внедрили несколько приложений безопасности в своей компании в соответствии с недавно введенными стандартами ISO. Здесь контроллер безопасности (AXC F XT SPLC 1000), который можно добавить слева, дополняет PLCnext Control аспектами безопасности. Расширение безопасного ПЛК значительно снижает затраты на подключение между безопасным и небезопасным ПЛК. Поддержка протокола Profisafe также упрощает интеграцию датчиков безопасности.
Библиотека Safe-Motion-Monitoring открывает дальнейший потенциал оптимизации в будущем. Это позволяет пользователю технологии управления PLCnext Technology отслеживать движение приводов высокодинамичным образом и независимо от периферии датчика/исполнительного устройства. Универсально используемые функциональные блоки программного обеспечения были разработаны в соответствии со стандартом IEC 61508 и охватывают важные подфункции безопасности в соответствии с DIN EN 61800-5-2.
Безопасность: защита от кибератак
Поскольку было ясно, что в будущем агрегаты AGV будут играть все более важную роль в производственной среде, команда проекта уделила особое внимание вопросу безопасности. Ведь выход из строя системы автоматизированного управления транспортными средствами в результате кибератак может серьезно нарушить логистические процессы. PLCnext Control, сертифицированный TÜV против кибератак в соответствии с IEC 62443-4-1 ML3 и IEC 62443-4-2 SL2, защищает AGV. Кроме того, в системе управления отключаются ненужные службы – например, сервер OPC UA. Кроме того, брандмауэр в контроллере активирован для удаленного доступа.
Навигация: система управления роботом
Возможно, самой сложной задачей автоматизированной системы управляемого транспортного средства является планирование пути и навигация к конкретному пункту назначения. Это требует точной локализации перемещения материалов – даже в динамичной рабочей среде. Собственные решения оказались простыми, но дорогими для интеграции в автомобиль. Технология PLCnext является альтернативой, поскольку включает в себя различные интерфейсы данных (MQTT, REST, OPC UA) для связи с системами. Другой вариант — интеграция сторонних решений по локализации в центральный блок управления — здесь открытость экосистемы вновь вступает в свои права.
С PLCnext Control пользователь получает контроллер с реализованным контейнерным механизмом и широким набором опций, таких как запуск системы управления роботом (ROS) на PLCnext Control. ROS (с открытым исходным кодом) предоставляет многочисленные инструменты и функции для разработки навигационных решений, позволяя разработчикам работать независимо от проприетарных решений. Идея открытого исходного кода неуклонно набирает популярность в отрасли, поэтому Phoenix Contact делает эти концепции доступными.
В этом случае модифицируемый интерфейс берет на себя взаимодействие между обычным IEC61131 и средой ROS и делает данные доступными с обеих сторон. Этот интерфейс был разработан совместно с Институтом машиностроения и автоматизации имени Фраунгофера в Штутгарте. Мост PLCnext Technology ROS(2) упрощает обмен данными. Кроме того, предлагаются варианты конфигурации для различных вариантов использования. Помимо классического подхода, состоящего из контроллера и промышленного ПК, мощный PLCnext Control может использоваться как единое компактное решение. Это уменьшает усилия по интеграции дополнительных систем.
Электрификация: максимальная надежность как цель
В AGV энергия, данные и сигналы должны быть надежно распределены. Ограниченное пространство также требует применения концепции компактной проводки. Собственный скоординированный портфель продуктов Phoenix Contact позволил решить именно эти задачи: от клеммных колодок до предварительно собранных кабелей, промышленных разъемов и реле до переключателей — можно было получить доступ к материалам собственного производства.
Связь: интеграция в инфраструктуру WLAN.
Радиомодуль FL WLAN 1010 установлен для связи с системой управления автопарком более высокого уровня. Устройство предназначено для надежного использования в беспилотной транспортной системе. Поскольку FL WLAN 1010 поддерживает стандарт WLAN 802.11 a, b, g и n, радиомодуль можно легко интегрировать в существующую инфраструктуру WLAN. Устройство включает в себя интерфейс REST, который подключается через функциональные блоки контроллера. Таким образом, информация о параметрировании сети WLAN находится в PLCnext Control и при необходимости передается на радиомодуль через REST, например, при первом вводе в эксплуатацию. Во время работы AGV контроллер циклически считывает индикатор мощности полученного сигнала (RSSI), отслеживает и регистрирует его. Таким образом, потери радиосвязи могут быть обнаружены заблаговременно до того, как потери передачи нарушат работу AGV.
Энергия: мониторинг заряда батареи и состояния
Решающим фактором доступности и эффективности автомобиля является управление аккумулятором. В проекте AGV используется технология индуктивной зарядки, которая обеспечивает простую интеграцию и управление зарядкой. Преобразователи постоянного тока в постоянный ток собственного производства надежно обеспечивают напряжение 24 В для электронных компонентов. Как и в случае с приводами, ввод в эксплуатацию, а также обработка данных управляются PLCnext по протоколу CAN. Благодаря веб-серверу, интегрированному в PLCnext Control, пользователи взаимодействуют с AGV через смартфон или планшетный ПК. Там они могут увидеть информацию от системы управления, такую как состояние аккумулятора, сообщения об ошибках, время работы и другие данные автомобиля. Страницы HTML5 для этого были созданы с помощью программного инструмента PLCnext Engineer. В инженерной системе пользователь проектирует как программу управления, так и программу безопасности для контроллера безопасности. Данные также доступны для визуализации через веб-сервер.
Заключение
Компания Phoenix Contact накопила ценный и, прежде всего, положительный опыт установки и использования системы автоматизированного управления транспортными средствами на производственном предприятии Blomberg. Это ноу-хау проекта добавляет в портфель решений еще одну инновацию: эффективные и безопасные автоматические транспортные средства для снабжения производства. Необходимые компоненты и системы доступны внутри компании, как аппаратное, так и программное обеспечение на основе открытой платформы управления PLCnext Technology.
Широкий ассортимент продукции в области распределения энергии, сигналов и данных позволяет разрабатывать новые специализированные и инновационные компоненты и системы для автоматизированных управляемых транспортных средств.
Предлагаем ознакомиться с «умными решениями» для автоматизированных систем управления транспортными средствами.