In der Intralogistik erstrecken sich Förderanlagen oft über große Distanzen und verbinden zahlreiche Stationen. Mit jedem Segment, das hinzukommt, wachsen auch Verkabelung, Energieverteilung und Steuerungsaufwand. Dezentrale Automatisierung kann diese Strukturen vereinfachen – schrittweise und ohne die gesamte Anlage auf einmal umzubauen. Murrelektronik zeigt, wie sich dieser Weg digital planen und absichern lässt.
Förderanlagen sind häufig weitläufig. Kartons, Behälter oder Paletten durchlaufen lange Strecken, werden identifiziert, sortiert, gestaut, übergeben und verpackt. Entlang des Materialflusses arbeiten zahlreiche Komponenten zusammen: Sensoren erkennen Positionen und Belegungen, Antriebe bewegen Fördersegmente, Aktoren schalten Weichen oder Übergaben. Hinzu kommen Scanner, Bildverarbeitung, Greifer oder Robotik.
Das Kabelskelett bildet die tatsächlichen Leitungswege entlang der Anlage ab; so lassen sich Verbindungen frühzeitig auf Machbarkeit, Zugänglichkeit und Materialbedarf prüfen
In zentral aufgebauten Anlagen laufen Signale, Daten und Energie häufig bis zu einem oder mehreren Schaltschränken. Bei überschaubaren Anlagen ist das ein bewährter Ansatz. In langen Förderanlagen mit vielen Stationen nimmt die Komplexität jedoch zu. Jedes neue Segment benötigt Leitungen, Anschlüsse, Platz in Kabeltrassen und Anpassungen in der Dokumentation. Wird die Anlage erweitert, wächst damit oft auch die zentrale Installation weiter.
Dezentrale Automatisierung bietet hier Vorteile und setzt näher an den einzelnen Funktionen an. Komponenten für I/O, Netzwerk und Energieversorgung werden direkt an Fördersegmenten, Übergaben, Sortern oder Verpackungsstationen platziert. Sensoren, Aktoren und Antriebe werden dort angebunden, wo sie ihre Aufgabe erfüllen. Die elektrische Installation folgt damit stärker dem Materialfluss und den Funktionsbereichen der Anlage.
Der Wechsel auf dezentral muss nicht die gesamte Anlage auf einmal umfassen
Der Wechsel auf dezentral muss jedoch nicht die gesamte Anlage auf einmal umfassen. Gerade bei Erweiterungen oder Retrofit-Projekten können zunächst einzelne Bereiche dezentral aufgebaut werden – wie etwa eine Verpackungszelle. Weitere Segmente lassen sich später dezentralisieren. Murrelektronik begleitet diesen Umstieg mit einem durchgängigen Vorgehen: von der Analyse der Anwendung über die 2D- und 3D-Planung bis zur virtuellen Inbetriebnahme und digital unterstützten Montage.
Im digitalen Modell werden Kabelwege entlang der tatsächlichen Anlagenstruktur geplant; dadurch stehen die benötigten Leitungslängen bereits vor der Installation fest
Vom Materialfluss zur Topologie
Der Ausgangspunkt ist die Anwendung. Murrelektronik analysiert gemeinsam mit dem Kunden den Materialfluss, die Struktur der Anlage und die vorhandene Automatisierung. Das Projektteam erfasst beispielsweise Fördersegmente, Übergabestellen, Antriebe, Sensoren, Aktoren sowie Energieversorgung und Kommunikation. Hinzu kommen Bestandsunterlagen wie ePlan, CAD-Daten oder auch individuelle Informationen wie Verlegewege für Leitungen oder benötigte Bewegungsfreiräume.
Aus diesen Informationen entsteht eine dezentrale 2D-Topologie. Sie beschreibt, welche Komponenten welchem Funktionsbereich zugeordnet werden, wo Energie eingespeist wird und wie Daten sowie Signale verteilt werden. Förderabschnitte mit Sensorik, Antrieben und Anschlüssen werden so als überschaubare Einheiten geplant – ebenso Übergaben, Sorter oder Verpackungsbereiche.
Eine funktional gegliederte Topologie erleichtert Erweiterungen. Kommt ein Fördersegment hinzu, wird dessen Feldperipherie gezielt in die bestehende Struktur eingefügt. Die elektrische Architektur wächst entlang des Materialflusses. Murrelektronik hält die Architektur dabei auch bewusst offen und bindet je nach Anwendung Sensorik, Aktorik, Antriebstechnik, Greifer oder Bildverarbeitung verschiedener Hersteller ein.
Feldmodule, Anschlusspunkte und Leitungswege werden im digitalen Zwilling positionsgenau geplant;
Änderungen an Komponentenpositionen lassen sich so vor der Montage bewerten
Die 2D-Topologie zeigt die Verbindungen. Ob die Planung im Feld funktioniert, entscheidet die reale Geometrie. Ein Feldmodul kann mit einer Stütze kollidieren, hinter einer Schutzumhausung liegen oder schlecht erreichbar sein. Deshalb wird die Topologie ins 3D-Modell überführt.
Planen in der realen Geometrie
Murrelektronik erstellt auf Basis der vorhandenen CAD-Daten einen digitalen Maschinenzwilling. Dieser bildet Fördersegmente, Feldmodule, Anschlusspunkte und Leitungswege an ihren vorgesehenen Positionen ab. Damit entsteht ein Bild der geplanten Anlage als Bewertungsgrundlage. Im 3D-Modell lassen sich Erreichbarkeit, Abstände zu bewegten Teilen, Schutzgitter, Wartungsflächen und nötige Halterungen prüfen. Montagepositionen werden verglichen und Anpassungen können umgesetzt werden, noch bevor Material bestellt wird. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Leitungsführung. Gerade in weitläufigen Intralogistikanlagen ist der Weg zwischen zwei Komponenten selten direkt. Leitungen müssen bestehenden Trassen folgen, Schutzbereiche umgehen und Verkehrs- oder Wartungsflächen freihalten. Das Kabelskelett des 3D-Modells kann hier aushelfen: Es bildet die vorgesehenen Wege entlang der realen Anlage ab und erlaubt, Leitungslängen zu ermitteln, statt sie nur zu schätzen. Eine Änderung des Montageorts eines Moduls zeigt beispielsweise unmittelbar, wie sie Leitungsweg, Länge und Materialbedarf beeinflusst.
Eine Zelle als Teil der Gesamtanlage
Wie dieser Ansatz in einem konkreten Anlagenbereich aussieht, lässt sich beispielhaft an einer Verpackungszelle zeigen. Ein Delta-Roboter nimmt Produkte oder Behälter von einem Zuführförderer auf und legt sie in Trays, Kartons oder Versandbehälter ab. Diese Pick-and-Place-Zelle bündelt typische Abhängigkeiten. Das Produkt muss im richtigen Takt bereitstehen. Sensoren melden Anwesenheit und Position. Der Roboter benötigt die Freigabe für den Pick, und die nachgelagerte Station muss die Ablage übernehmen können.
In der dezentralen Topologie wird die Zelle als Funktionsbereich mit eigener Feldperipherie betrachtet. Komponenten für Zuführung, Greifer, Sensorik und Bildverarbeitung sitzen nahe am Prozess. Das 3D-Modell prüft Arbeitsraum, Erreichbarkeit und sichere Leitungsführung. Auch Übergaben, Sorter, Palettierbereiche oder Qualitätsstationen lassen sich so planen.
Virtuell in Betrieb nehmen
Mit der räumlichen Planung ist noch nicht entschieden, ob die Anlage mit der neuen Topologie im Betrieb wie vorgesehen funktioniert. Deshalb wird der digitale Maschinenzwilling um ein Funktionsmodell erweitert. Das Funktionsmodell verknüpft Bewegungen, Kinematiken, I/O-Strukturen und Gerätekonfigurationen mit dem Steuerungsprojekt. So entsteht ein virtuelles Abbild, das nicht nur die Geometrie, sondern auch das Verhalten der Anlage widerspiegelt.
Murrelektronik nutzt dafür u.a. eine Simulationsplattform und -modelle. Das virtuelle Modell liefert Prozessdaten, Gerätezustände, Diagnosen und typische Fehlerfälle. Das später auf der realen Anlage eingesetzte SPS-Programm kann bereits im virtuellen Umfeld mit vorgesehener Applikationslogik, Task-Struktur und relevanten Zykluszeiten laufen. Für die Fördertechnik lassen sich so typische Situationen vorab durchspielen: Was passiert, wenn ein Sensor einen Behälter nicht meldet? Wie reagiert die Steuerung, wenn eine Übergabe blockiert ist? Was geschieht, wenn die nachgelagerte Station keine Freigabe erteilt? In der beispielhaften Roboterzelle lässt sich zusätzlich prüfen, ob Produkterkennung, Zuführung, Pick-Vorgang und Ablage zeitlich abgestimmt sind und welche Reaktion ein nicht bestätigter Greifvorgang auslöst.
Fehler in Steuerungslogik, Parametrierung oder Topologie können damit früh erkannt werden. Nach Erfahrungen aus Kundenprojekten kann die virtuelle Vorbereitung die Dauer der realen Inbetriebnahme um bis zu 70 Prozent reduzieren, abhängig von Projektgröße und Simulationstiefe. Die virtuelle Inbetriebnahme ersetzt jedoch keine sicherheitstechnische Abnahme. Sicherheitsrelevante Signale, Zustände und Abschaltbedingungen können funktional vorbereitet werden. Die Bewertung und Validierung erfolgen weiterhin an der realen Anlage.
Über die Intralogistik hinaus: Murrelektronik bringt IPC, Energieversorgung und I/O-Technik in einer IP65-Lösung ins Feld – wie hier an die Verpackungsmaschine
Engineering-Daten für die Montage nutzen
Ist die Topologie festgelegt und die Steuerungslogik geprüft, folgt die Umsetzung im Feld. In großen Intralogistikanlagen wiederholen sich Feldmodule, Steckplätze und Leitungen. Eine falsch gesteckte Verbindung kann dann zu aufwendiger Fehlersuche führen. Die Daten aus Planung und digitalem Zwilling sollen deshalb ohne Medienbruch in die Montage gelangen.
Murrelektronik übernimmt die Daten aus dem Engineering mit der digitalen Installationslösung uKonn-X. Die Anwendung führt Stücklisten, Artikelnummern, Schaltpläne, Verbindungsdaten sowie 2D- oder 3D-Modelle zusammen. So entsteht eine digitale Arbeitsanweisung, die den Monteur schrittweise durch die Installation führt. Er scannt zunächst die einzubauende Komponente oder die Leitung. uKonn-X ordnet das Bauteil dem vorgesehenen Einbauort bzw. Steckplatz zu und zeigt dies grafisch im Modell sowie durch Aufleuchten der LED des Steckplatzes am I/O-Modul übersichtlich an. Das System erfasst Fortschritt und relevante Informationen. Die Daten lassen sich digital nachverfolgen oder als PDF ausgeben. So entsteht schon während der Montage eine Dokumentation für Übergabe, Service und spätere Erweiterungen.
Mit der Inbetriebnahme endet der Nutzen des digitalen Modells nicht. Wenn eine Förderstrecke verlängert, ein Sortierziel ergänzt oder eine weitere Roboterzelle integriert wird, dient die bestehende Planung als Ausgangspunkt. Neue Komponenten, Leitungswege und Steuerungsänderungen lassen sich zunächst im Modell bewerten. Der digitale Maschinenzwilling kann zudem für Schulungen, Fernservice oder zustandsorientierte Instandhaltung dienen.
WELTWEIT VERNETZTE APPLIKATIONSEXPERTISE
Für Dezentralisierungsprojekte stehen bei Murrelektronik weltweit Applikations- und Engineeringexperten bereit. Sie verbinden Erfahrungen aus vergleichbaren Anwendungen mit den Anforderungen des Kunden und unterstützen dabei, ein passendes Konzept für Neubau, Erweiterung oder Retrofit zu entwickeln.
Fazit
Dezentrale Automatisierung ist in der Intralogistik damit mehr als das Verlegen von Komponenten aus dem Schaltschrank ins Feld. Sie verbindet die Struktur des Materialflusses mit einer passenden elektrischen und automatisierungstechnischen Architektur. Mit Anwendungsanalyse, 2D- und 3D-Topologie, virtueller Inbetriebnahme und digital geführter Installation begleitet Murrelektronik diesen Weg von der ersten Planung bis zur Erweiterung und Wartung im laufenden Anlagenleben.
Autor: Christian Knoop, Produktmanager Control Systems, Murrelektronik GmbH
Bilder: Murrelektronik
