Autonome Transportshuttles sicher und flexibel steuern

Das aktuell starke Wachstum im E-Commerce verstärkt insbesondere in der Intralogistik den brancheninternen Fachkräftemangel, weshalb sichere automatisierte Lösungen, wie zum Beispiel autonome Transportshuttles, vermehrt in den Fokus rücken. Um die Abläufe im Lager aufrechtzuerhalten, übernehmen bereits heute immer häufiger autonome Routenzüge und automatisierte Hochregallager Aufgaben, die vor einigen Jahren noch von Logistikfacharbeitern übernommen wurden. Begünstigt wird dieser Trend durch digitalisierte Infrastruktur innerhalb der Lagerhäuser sowie leistungsfähige Steuerungen und Sensorik in den autonomen Fahrzeugen und Maschinen des innerbetrieblichen Materialflusses.

Die BHS Intralogistics GmbH, ein in Ende 2018 gegründetes Joint Venture zwischen dem Maschinen- und Anlagenbauer BHS Corrugated GmbH im bayerischen Weiherhammer und der KS Control GmbH, Automatisierungs- und Steuerungsspezialist in Mintraching bei Regensburg, trägt dieser Entwicklung Rechnung und hat sich auf die Entwicklung von Maschinen und Anlagen für automatisierte Prozesse des innerbetrieblichen Materialflusses und der Ladungsverfolgung spezialisiert. Zu diesen Maschinen gehört auch das I-Shuttle, eine autonome, mobile Transportplattform mit bis zu 4,5 t Tragkraft für zukunftsfähige Fabriken und Lagerhäuser.

Das I-Shuttle ist nur 285 mm hoch und lässt sich mit 2D-Lasernavigation oder kameragestützter Leitlinienführung in den innerbetrieblichen Transportfluss integrieren, unabhängig von den räumlichen Gegebenheiten.

Weitere I-Shuttles können zudem als Flottenlösung und in unterschiedlichen Größen integriert werden, wodurch die fahrerlosen Transportsysteme (FTS) an die Anforderungen des Kunden individuell anpassbar sind. Mit unterschiedlichen Plattformaufbauten wie Hubtisch, Push & Pull-Funktion für Warenüberschub, Band- oder Kettenförderer sowie variablen Fahrgeschwindigkeiten ist das I-Shuttle für eine Vielzahl intralogistischer Aufgaben geeignet.

Einen wesentlichen Anteil zum sicheren Betrieb der autonomen Transportshuttles leisten Steuerungen von STW aus Kaufbeuren. Die Automatisierungsspezialisten liefern seit über 35 Jahren Steuerungskomponenten für mobile Arbeitsmaschinen, von der Landtechnik über Baumaschinen bis hin zu Materialflussmaschinen, wie in diesem Fall. Als sich BHS Intralogistics nach einem Steuerungshersteller umsah, der funktional sichere Controller für diese Branchen anbietet, fiel die Wahl schnell auf die ESX-Steuerungsfamilie des Kaufbeurer Traditionsunternehmens.

„Mit der Entwicklung unseres I-Shuttles betraten wir neue Wege. Es stellt das erste autonome fahrerlose Transportsystem unseres Portfolios dar. Dementsprechend suchten wir einen Steuerungsexperten, der bereits viel Erfahrung hat, insbesondere hinsichtlich der funktional sicheren Auslegung von mobilen Arbeitsmaschinen. Auf diesem Gebiet ist STW außergewöhnlich erfolgreich“, erklärt Tristan Warias, Software Programmierer bei BHS Intralogistics.

Die ESX.4CS-GW verfügt über einen Prozessor mit drei Kernen (Infineon Aurix, 3 x 300 MHz), sechs CAN-bus- und fünf Ethernet-Schnittstellen. Mit Hilfe eines gemanagten vierfach 100 Mbit/s Ethernet-Switch können große Datenmengen ohne Nutzung von Prozessorleistung gezielt im System weitergeleitet werden. „Mit unserer neuen Steuerungsgeneration steht Maschinenherstellern noch mehr Leistung zur Verfügung. Dazu trägt der leistungsfähige Prozessor aber auch die programmierbaren Versorgungsspannungen für die Sensorik bei“, erläutert Stefan Hohn, Projektleiter STW die Vorteile der Mastersteuerung.

Im I-Shuttle sind über CAN zudem zwei weitere ESX.3IOS-Controller an die Mastersteuerung angebunden, die den Funktionsumfang und die Connectivity-Optionen, z.B. für die umfangreiche Sensorik des FTS, erweitern. Damit kein Sicherheitsrisiko entsteht, regeln die ESX-Steuerungen die Fahrantriebe des I-Shuttle gemäß Safety Integraty Level 2 bzw. Performance Level d. Dies war die Anforderung an die funktionale Sicherheit des I-Shuttles im Umfeld industrieller Anlagen.

Für die Entwicklung der Applikationssoftware stehen Nutzern der ESX.4CS-GW verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung: Das offene und frei verfügbare Open Source Entwicklungs- und Life-Cycle-Management-Tool Opensyde von STW bietet sowohl die Möglichkeit in „C“, als auch gemäß IEC 61131 (Logi.CAD3) in Structured Text (ST) Funktionalitäten abzubilden und zu testen. Auch ältere, bereits bestehende Systeme lassen sich mit Hilfe von Opensyde konfigurieren, verwalten und aktualisieren.

Über die zahlreichen vorinstallierten Widgets in Opensyde können Datenpools, die über CAN oder Ethernet zur Verfügung stehen, einfach grafisch und übersichtlich dargestellt und in HMIs oder Cloud-Lösungen genutzt werden. Zahlreiche Komfortfunktionen wie Stromregler und Rampenfunktionen für Ausgänge oder Frequenzmittelung für Eingänge sind bereits integriert. Zusatzbibliotheken vereinfachen die Systemintegration. Für die Kundenapplikation steht ein 8 MB Flash-Speicher, 2 MB RAM und ein 32 KB EEPROM bereit.

BHS Intralogistics nutzte im Rahmen der Entwicklung des I-Shuttle den STW-Support, um das Optimum aus der Programmierumgebung herauszuholen und eine normkonforme Sicherheitsarchitektur aufzubauen. „Trotz Corona und Kontaktsperren stand uns der STW-Service mit Rat und Tat in diversen Online-Schulungen zur Seite. Das hat uns sehr bei der Systemauslegung geholfen,“ erinnert sich Tristan Warias.  

Das I-Shuttle von BHS Intralogistics ist eine High-Tech-Lösung für eine der sich am schnellsten wandelnden Branchen unserer Zeit. Wer schon mal live erleben durfte, wie solche fahrerlosen Transportsysteme im Schwarm wie von Geisterhand arbeiten, weiß, dass dies ein Anblick mit Wow-Faktor ist. Und zu diesem Eindruck tragen auch die flexiblen und sicheren Steuerungslösungen von STW bei. Das I-Shuttle ist ein weiteres Beispiel für eine gelungene partnerschaftliche Zusammenarbeit der Automatisierungsexperten aus Kaufbeuren und einem innovativen Maschinenhersteller. 

Peter Becker