Eine Plattform, viele Funktionen, weniger Komplexität und Kosten

Mit dem offenen Ecosystem PLCnext Technology von Phoenix Contact ist es möglich, AGVs einfach und effizient zu automatisieren. 

Die Automatisierung von Automated Guided Vehicles (AGV) erfordert die Integration mehrerer Steuerungsfunktionalitäten. Dazu zählen die Antriebs- und Werkzeugansteuerung, Safety- und Navigationsfunktionen sowie die Kommunikation zu überlagerten Flottenmanagementsystemen. Dies bedingt eine flexible und offene Steuerungsplattform. Mit dem Ecosystem PLCnext Technology lassen sich die Herausforderungen hinsichtlich der Automatisierung von AGVs in einem System vereinen und effizient lösen.  

PLCnext Technology besteht aus der offenen Steuerungsplattform PLCnext Control mit ergänzenden Funktionalitäten. Im Kontext von AGVs ist die Erweiterbarkeit der Plattform um sicherheitsgerichtete Steuerungsfunktionen sehr wichtig. Die Vorteile dieser Kombination gegenüber getrennten Standard- und Safety-Systemen ergeben sich aus dem Entfallen der Hardware-Verdrahtung zwischen den unterschiedlichen Systemen sowie der Verwendung einer einzigen Programmierlösung. Denn das Engineering-Tool PLCnext Engineer des Ecosystems fasst die Programmierung von Standard- und Safety-Anwendungen in einem Werkzeug zusammen. Dadurch lassen sich die verschiedenen Funktionen eines AGV in einem System kombinieren. 

Integration per Funktions­baustein oder Containerlösung 

Der Antrieb erweist sich als essenzielle Komponente, die in das AGV eingebaut werden muss. Häufig kommen Antriebe mit einer CAN-Schnittstelle zum Einsatz. Ihre Integration in das System erfolgt mit den in PLCnext Engineer zur Verfügung stehenden CAN-Funktionsbausteinen. 

Außerdem ist die Einbindung von Profinet-/Profisafe-Antrieben möglich. Ab Frühjahr 2026 wird das Ecosystem auch Ethercat-/FSoE-Geräte unterstützen. Auf diese Weise lassen sich AGVs, die mit dem Ethercat-/FSoE-System betrieben werden, via Profinet-/Profisafe-Protokoll systemisch an Maschinen und Anlagen ankoppeln. Die Nutzung von integrierten Safety-Antrieben reduziert den Montage- und Verdrahtungsaufwand erheblich, da sie lediglich eine Energie- und Ethernet-Anbindung benötigen.  

Abhängig von der AGV-Applikation sind unterschiedliche Lokalisierungs- und Navigationsverfahren umsetzbar. Die Herausforderung besteht in ihrer Verbindung mit dem im AGV installierten Controller. Hier erleichtert die offene PLCnext Technology die Ankopplung der Navigationssysteme von Drittherstellern. Dazu werden Containerlösungen verwendet. Als Beispiel sei das ROS-Framework (Robot Operating System) angeführt.  

Die im PLCnext Store als digitalem Marktplatz der PLCnext Technology erhältliche ROS-Bridge erlaubt eine einfache Integration des ROS-Frameworks in das Ecosystem. So lassen sich beispielsweise Odometry- und Target-/Velocity-Daten problemlos zwischen den beiden Systemen austauschen. Die Umrechnung der Target-/Velocity-Daten zu den Antriebssollwerten findet in der Steuerung PLCnext Control statt. AGV-Hersteller, die ihre Steuer-/Navigationsalgorithmen in Hochsprache wie C oder C++ erstellen, können diese im PLCnext-System nutzen. Damit entfallen Portierungsaufwände beim Systemwechsel. Die Algorithmen in C++ werden unter Berücksichtigung der Echtzeitfähigkeit in der PLCnext Control aufgerufen. Die Datenübertragung geschieht über Ports, was eine tasksynchrone Datenkonsistenz ermöglicht. 

Integrierte Safety-Steuerung 

AGVs unterliegen der Norm ISO 3691-4. Sie schreibt die Sicherheitsanforderungen und deren Mittel zur Verifizierung für AGVs vor. Die Sicherheitsanforderungen lassen sich durch geeignete Sensorik und Aktorik in Kombination mit der Safety-Steuerung SPLC 1000 von Phoenix Contact realisieren. Der Einsatz der Motion-Monitoring-Bibliothek vereinfacht dabei die Umsetzung der Vorgaben der ISO 3691-4. Zu diesem Zweck umfasst die Bibliothek TÜV-zertifizierte Bausteine für die sichere Bewegungs-, Stopp- und Positionsüberwachung. Die ISO 3691-4 definiert ebenfalls die Ansteuerung des Electro-Sensitive Protective Equipments (ESPE). Die ESPEs werden oftmals in der Safety-LIDAR-Variante (Light Detection and Ranging) verwendet. Sie lassen sich per Profisafe, OSSD-Signal und zukünftig mit Ethercat/FSoE an das PLCnext-System anbinden.  

Zur Anpassung der Feldgrößen der LIDAR-Scanner muss die Safety-Steuerung die Bewegungsrichtung des AGV ermitteln. Je nach Kinematik des AGV sind dafür trigonometrische Rechenfunktionen in der Safety-Steuerung erforderlich. Das PLCnext-System mit der SPLC 1000 ist in der Lage, C-Funktionen auszuführen. Somit können trigonometrische Funktionen für die Berechnung der Bewegungsrichtung angewendet werden.  

Zur Realisierung der Lasthandhabung und der vorgeschriebenen Nothaltfunktionen im AGV steht in PLCnext Engineer neben der Motion-Monitoring- auch eine PLC-open-Bibliothek zur Verfügung, die die Umsetzung mit vorzertifizierten Funktionen erleichtert.  

Die Validierung der Safety-Funktionen des AGV bedingt einen Dokumentationsaufwand, der bei Änderungen im Safety-Programm teilweise wiederholt werden muss. PLCnext Engineer bietet daher Funktionen, um die Nachverifikation auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Im Tool sind das komplette Safety-Programm, die Programmvariablen sowie die Programmarbeitsblätter inklusive der jeweils integrierten Netzwerke mit Prüfsummen abgesichert.  

Werden in einem Teil des Safety-Programms Anpassungen durchgeführt, verändern sich nur die Prüfsumme des betroffenen Netzwerks und die Gesamtprüfsumme des Safety-Projekts. Die unveränderten Programmteile behalten ihre Prüfsummen bei. Das vereinfacht die Nachvollziehbarkeit der Anpassungen im Safety-Programm sowie die Dokumentation.  

WLAN-basierter Austausch 

Zur Lastübergabe müssen die AGVs an Fördereinrichtungen oder Maschinen andocken. Für den maschinellen Ablauf werden Signale zwischen dem AGV und der entsprechenden Fördereinrichtung oder Maschine ausgetauscht. Darüber hinaus erfolgt die Weiterleitung von Safety-Signalen zur Einhaltung der Maschinensicherheit. Als eine Variante steht hierfür die in die PLCnext Control eingebaute Profinet-/Profisafe-Device-Funktion zur Verfügung. Über dieses Interface können die AGVs die Safety-Signale aus der Sicherheitssteuerung und die für den Maschinenablauf benötigten Signale aus der Standard-SPS via WLAN ohne weitere Hardware oder Verdrahtung im AGV austauschen.  

Die Profinet-/Profisafe-Übertragung setzt die Verfügbarkeit der WLAN-Strecke voraus. Trotz guter WLAN-Kanalplanung und Funkausleuchtung erweist es sich als vorteilhaft, die WLAN-Verbindung zu überwachen. So lassen sich temporäre Störungen rechtzeitig erkennen und Abhilfemaßnahmen ergreifen. Für die Ankopplung der WLAN-Devices von Phoenix Contact an das PLCnext-System beinhaltet die FL-WLAN-Basic-Bibliothek die jeweiligen Funktionen. Diese ermöglichen das Abfragen der Statusinformationen der WLAN-Devices per REST-Schnittstelle. 

Einfache Erstellung von Bedienoberflächen 

Im Gegensatz zu getrennten Systemen ohne Verbindung zwischen Standard- und Safety-Steuerung zeigt sich die Erstellung der HMI-Oberflächen, die der Bereitstellung von Statusinformationen und Bedienung der Systeme durch den AGV-Operator dienen, als aufwendig. Im PLCnext-System verfügen die Safety-, Standard- und Hochsprachenprogramme über einen gemeinsamen Datenraum, den Global Data Space (GDS).  

Deshalb kann der in die PLCnext Control integrierte Webserver auf die Daten zugreifen. Mit den in PLCnext Engineer verfügbaren Funktionen lassen sich Webseiten auf HTML5-Basis intuitiv erstellen. Auf den Webseiten sind alle Statusinformationen, Meldungstexte und Bedienfunktionen zur Steuerung des AGV abgebildet. Sie werden von PLCnext Engineer auf den Webserver der PLCnext Control geladen und lassen sich von jedem HTML5-fähigen Browser visualisieren und bedienen.  

Das PLCnext-System vereint die Standard- und Safety-Kommunikation sowie die technologische Offenheit, um Herstellern und Betreibern von AGVs mehr Flexibilität zu bieten. Mit der zukünftigen Ergänzung um das Ethercat-/FSoE-Protokoll entstehen zusätzliche Antriebsoptionen, die weitere Vorteile mit sich bringen. 

Autor: Özkan Öztürk, Manager System Design AGV, Vertical Market Management Factory Automation, Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Bad Pyrmont 

Bilder: Phoenix Contact GmbH & Co. KG