Neue Herausforderungen beim Einsatz fahrerloser Transportfahrzeuge

10. November 2017

Intelligent vorausgedacht

Fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) und fahrerlose Transportsysteme (FTS) spielen bei der Flexibilisierung von Produktions- und Logistikprozessen eine wichtige Rolle:  Die mobilen Helfer stellen einzeln oder im Verbund die technischen Vorläufer von cyber-physischen Produktionssystemen im Sinne von Industrie 4.0 und der Smart Factory dar – als FTF autonom fahrend und arbeitend, als FTS sich selbst organisierend und optimierend.

 

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Die Funktionlitäten der FTF und FTS müssen nach Durchführung entsprechender Gefahrenanalysen mithilfe sicherheitsgerichteter Komponenten umgesetzt werden. Nur so lassen sich der notwendige Unfallschutz im Einsatz gewährleisten und zugleich mögliche Haftungsrisiken für Hersteller und Betreiber weitestgehend ausschließen. Sicherheit ist in diesem Kontext zwar der wichtigste, aber nicht der einzige Aspekt: Die Schutzeinrichtungen sollen den Einsatz der Fahrzeuge nicht beeinträchtigen und intelligente Zusatzfunktionen können den Anwendern zusätzliche Vorteile bieten.

So überwachen z. B. die kompakten Sicherheits-Laserscanner S300 und S3000 nicht nur den Fahrweg des FTF, sondern liefern zugleich Messdaten. Mithilfe dieser Daten kann das Fahrzeug Paletten oder Behälter eigenständig lagegerecht aufnehmen oder absetzen. Des Weiteren können die Messdaten zur Lokalisierung bei der Navigationsunterstützung verwendet werden. Die große Reichweite eines S3000 Expert ermöglicht zudem, Positionsreflektoren in einer Anlage zu detektieren, dabei die Entfernung und den Winkel im Verhältnis zum Fahrzeug zu erfassen und diese Messdaten zur Lokalisierung zu nutzen. Sicherheitstechnik ergänzt um Messtechnik – die beiden genannten Beispiele zeigen, wie intelligente Funktionalität der Messdatenauswertung den Einsatz zusätzlicher Sensorik spart.

 

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S3000 in Aktion.

 

Localization on Contour: Navigation ohne Reflektormarken

Das Zusammenspiel unterschiedlichster Sensoren wird am Beispiel „Localization on Contour (LOC)“ auf Basis des NAV-LOC-Konzeptes deutlich: 2D-LiDAR-Sensoren und Sicherheits-Laserscanner liefern Messdaten. Die aktuellen Fahrzeugpositionen werden auf Basis dieser Umgebungsdaten und der zuvor erstellten Referenzkarte errechnet. Zusammen mit der intelligenten Hardware wie die Sensor Integration Machine (SIM) von SICK und dem Algorithmus der SICK Contour-Localization App wird die Fahrzeugposition ermittelt und an das FTF übergeben.

 

Sicherheits-Steuerung Flexi Soft: die mitfahrende Safety-Schaltzentrale

Flexi Soft ist eine leistungsfähige, modulare und einfach in Betrieb zu nehmende Sicherheitssteuerung. Durch ihre Skalierbarkeit und die anwendungsfreundliche Software lässt sie sich an die Anforderungen vielfältiger Sicherheitsapplikationen effizient anpassen. Hierfür bietet sie u. a. flexibel kombinierbare Funktionsmodule, softwareunterstützte Logikfunktionen und erweiterte Möglichkeiten zur Feldbusintegration über Gateways für alle gängigen Feldbusse. Beim Einsatz an einem FTF koordiniert Flexi Soft alle Sensoren und Funktionen, die der Fahrzeugsicherheit dienen. Über die EFI-Schnittstelle (Enhanced Function Interface) können bis zu vier Sicherheitssensoren angeschlossen werden. So lässt sich beispielsweise mit mehreren Sicherheits-Laserscannern ein FTF-Rundumschutz realisieren, der insbesondere bei großen Fahrzeugen wichtig ist. Außer in den Bereichen, die im Fahrweg liegen, erkennen die Laserscanner auch Objekte neben dem Fahrzeug, die bei Schwenkbewegungen oder Kurvenfahrten Gefahr bringend sind.

 

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Sicherheitssteuerung Flexi Soft.

 

Um die Schutzfelder von Sicherheits-Laserscannern in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit umzuschalten, nutzt Flexi Soft die Daten, die Sicherheits-Encoder wie der DFS60S von SICK liefern. Ebenso können sichere induktive Sensoren an Flexi Soft angeschlossen werden, wenn Informationen wie der Lenkwinkel oder die Höhe des Lastaufnahmemittels sicherheits- und steuerungstechnisch relevant sind. Neben sicheren Daten kann Flexi Soft auch Informationen nicht sicherheitsgerichteter Sensoren verarbeiten und so zusätzlichen Mehrwert generieren.

 

FTF-Fahrantriebe sicher überwachen und steuern

Das modulare Konzept von Flexi Soft erlaubt es zudem, mit entsprechenden Modulen eine sicherheitsgerichtete Überwachung der Fahrantriebe umzusetzen. SICK bietet hierzu zahlreiche Möglichkeiten, u. a. die Motion-Control-Sicherheits-Steuerung Flexi Soft Drive Monitor, mit der viele Funktionen der sicheren Antriebsüberwachung an FTF ausgeführt werden können. So lässt sich beispielsweise mithilfe der Sicherheitsfunktionen SSM (Safe Speed Monitor, sichere Geschwindigkeitsüberwachung) und SLS (Safely Limited Speed, sicher begrenzte Geschwindigkeit) die Geschwindigkeit bei einem FTF über Encoder an den Rädern sicher überwachen. Abhängig davon können die Warn- und Schutzfelder der an dem Fahrzeug angebrachten Sicherheits-Laserscanner umgeschaltet werden. Beim Verletzen von Warnfeldern ist es möglich, automatisch eine sichere Reduzierung der Geschwindigkeit einzuleiten. Beim Verletzen eines Schutzfelds greifen die Antriebsüberwachungsfunktionen SBC (Safe Brake Control, sichere Bremsenansteuerung) und SS1 (Safe Stop 1) bzw. SS2 (Safe Stop 2) ein, die eine sichere Stopp-Funktion des Fahrzeugs auslösen und überwachen. Hat die Steuerung eine Stopp-Funktion eines FTF ausgelöst, sperrt die sichere Bewegungsrichtung SDI (Safe Direction) die gerade verwendete Drehrichtung des Antriebs. Dadurch kann das Fahrzeug nur noch Bewegungen in die freigegebene Richtung ausführen und sich so sicher vom Hindernis entfernen. Die sicherheitsgerichtete Überwachung von Antrieben kann somit komplett integriert in der Motion-Control-Sicherheits-Steuerung Flexi Soft Drive Monitor gelöst werden.

 

Sicherheitstechnik für FTF als Datensammler für Industrie 4.0

Sichere Sensoren und Sicherheitssteuerungen liefern – insbesondere in ihrer Vernetzung zu kompletten Sicherheitslösungen – eine Vielzahl zusätzlicher Daten, die die Verfügbarkeit von einzelnen FTF wie auch eines gesamten FTS optimieren können. Daten zu Stromaufnahme, Betriebsstunden, einsetzender Verschmutzung oder Betriebstemperaturen sind Beispiele für Informationen, die im Rahmen eines Condition Monitoring unmittelbare Relevanz für die vorbeugende oder betriebsbegleitende Instandhaltung haben können. Sie werden von den Sensoren bereitgestellt, von der Steuerung ausgewertet und aufbereitet und über das Gateway zur Fahrzeugsteuerung weitergeleitet. Von dort werden sie per Datenfunk, Bluetooth oder NFC in übergeordneten oder auch cloud-basierten Applikationen verfügbar gemacht.

 

 

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