Panel-PC koordiniert Fertigungszelle mit 21 Kuka-Robotern

"Unser Kerngeschäft sind derzeit schlüsselfertige, roboterbasierte Schweißzellen”, sagt Brent Lekx-Toniolo, Konzeptentwickler Steuerungssysteme bei Sodecia GTAC. „Das bisher größte, im Frühjahr 2015 realisierte Projekt umfasst 21 Kuka-Roboter unterschiedlicher Größe, die bei der Montage der Karosserie- und Fahrgestellbaugruppen (Body in White, kurz: BIW) zum Schweißen, zur Materialmanipulation und zum Dichtmittelauftrag eingesetzt werden“, fügt Jon Bysma, Steuerungsspezialist bei Sodecia GTAC, hinzu.

„Zunächst werden die kleinen Stanzteile von den Robotern zu Unterbaugruppen verschweißt. Diese werden automatisch entnommen und in die folgenden Produktionsstufen übergeben, wo die Montage der verschiedenen Bauteile zum BIW erfolgt. Anschließend teilt sich der Prozess in zwei identische Fertigungslinien – was zum einen für Redundanz und zum anderen für einen höheren Produktionsdurchsatz sorgt. Verschiedene Sensoren führen umfangreiche Analysen durch, beispielsweise ob alle Halterungen korrekt an den Baugruppen angebracht sind, und senden die Daten an die Steuerung. Nach weiteren Montageschritten kommen die zwei Linien wieder zusammen und die Baugruppen werden bis zur letzten Vorrichtung transportiert."

Sodecia GTAC rüstet seine BIW-Montagelinien seit 2008 mit PC-basierten Steuerungen von Beckhoff aus. „Bis heute hat Sodecia GTAC 49 Fertigungslinien mit PC-basierter Steuerung von Beckhoff gebaut. Das reicht von Maschinen mit einem Roboter bis zu Linien mit mehr als zwanzig Knickarmrobotern“, sagt Jon Bysma. Bei der aktuell realisierten Schweißzelle mit 21 Robotern ist ein Panel-PC CP6202 mit 15-Zoll-Bildschirm und Intel-Celeron-ULV-Prozessor im Einsatz. Der PC ist auch für das Erkennen von Interferenzen zwischen den Robotern zuständig und übernimmt das OEE (Overall Equipment Effectivness)-Tracking; ganz nebenbei managt er als HMI die gesamte Fehlererkennung und -anzeige und integriert alle Sicherheitsvorrichtungen der Maschine. Die Steuerung der Roboter erfolgt über die KR-C4-Controller von Kuka.

„Auf Basis der Twincat-Entwicklungsumgebung und durch den Einsatz verschiedener Softwarebibliotheken konnten wir die Programmierung der Roboterzellen erheblich verkürzen“, betont Rob Remillard, Leitender Steuerungstechniker bei Sodecia GTAC. „In Twincat können wir Codeabschnitte in einer beliebigen IEC-61131-3-Sprache entwickeln und den Code dann in mehreren Instanzen verwenden. Das ist mit anderen Plattformen nicht so einfach möglich.“

Auch Ethercat spielt bei der Anwendung eine wesentliche Rolle. Das schnelle Kommunikationssystem ist für die Roboterkommunikation, die I/Os und die Sicherheitsfunktionen über die Twinsafe-I/O-Klemmen zuständig. „Insgesamt sind in dieser Linie 228 Sicherheitsgeräte über Twinsafe eingebunden“, erläutert Calvin Wallace, Regionaler Vertriebsleiter, Beckhoff Kanada. „Die Modularität und Skalierbarkeit des Sicherheitskonzepts sind für Sodecia GTAC von großem Vorteil“, fügt Brent Lekx-Toniolo hinzu. „Unsere Sicherheitskonfiguration bleibt im Grundsatz immer dieselbe, ganz gleich, ob wir nun eine Maschine mit einem oder mit 21 Robotern projektieren, wie in diesem Fall. Wir entfernen einfach die nicht benötigten Abschnitte oder fügen neue aus dem vorgefertigten Rahmen hinzu – während die grundlegende Funktionalität erhalten bleibt.“

Sodecia nutzt die Twinsafe-Technologie sogar zur Roboterprogrammierung. „Beim Teachen und bei der Programmverifikation sorgt Twinsafe für das sichere Abschalten der Roboter“, erläutert Steuerungsspezialist Jon Bysma. „Wenn ein Techniker einen Roboter teacht, werden alle anderen Roboter, die potentiell in dessen Aktionsraum eingreifen könnten, durch ein Not-Aus-Signal verriegelt. Die entsprechenden Aktivierungsschalter werden in Twinsafe überwacht.“
Jede wichtige Automatisierungskomponente der Robotermontagelinie ist mit einer Twinsafe-Logic EL6900 und mehreren digitalen Ein- und Ausgangsklemmen EL1904 und EL2904 ausgestattet, um die Sicherheits-I/Os und die Kommunikation mit sonstigen Sicherheitseinrichtungen zu gewährleisten. Die EL6900 fungiert dabei als Master für die sichere Kommunikation und wertet die Daten der sicheren I/Os aus. Zu den integrierten Sicherheitsfunktionen gehören unter anderem: Not-Aus, Maschinenüberwachung, „Und“- und „Oder“-Funktionen sowie Entkoppler. Die in den Ethercat-Servoantrieben AX5103 integrierte Twinsafe-Optionskarte sorgt mit Motion-Sicherheitsfunktionen wie STO (Safe Torque Off) und SS2 (Safe Stopp 2) für den sicheren Betrieb der Schweißgeräte. Zusätzliche Sicherheit bietet die Zweihandbedienung zum Starten der Maschine.