Anwendungsmöglichkeiten des Projektes PENTA Hiersemann Prozessautomation GmbH Neefestr.88 09116 Chemnitz Tel./FAX: 0371 / 400 40-0 / -40 www.hiersemann-chemnitz.de Agenda 1. Anliegen und Initiatoren des PENTA 2. Systemstruktur und Komponenten 3. Software- und Schnittstellenkonzept 4. Nutzungsmöglichkeiten
1. Anliegen und Initiatoren des PENTA PENTA bedeutet portables Entwicklungs- und Transfersystem der Automationstechnik. Durch modularen Aufbau ist PENTA für die Entwicklung von Automationsanlagen vielfältig einsetzbar, unterschiedlichste Anlagenstrukturen werden ermöglicht. PENTA integriert die neuesten technischen Komponenten der Automationstechnik und dient als F+E-Plattform für Aus- und Weiterbildung von Automationsingenieuren auf einem neuen Niveau.
Initiatoren und Technologieträger des Projektes: - BIC Zwickau: Ansprechpartner: Hr. Uhlmann, Fr. Pfeiffer - GIZeF Freiberg: Ansprechpartner: Hr. Dr. Kutzsche - TPM Mittweida: Ansprechpartner: Hr. Dr. Opitz, Hr. Strienitz. Folgende Firmen sind in die Realisierung einbezogen worden: - Mechanik inkl. WT-Bandsystem: FMT und USK Kändler - Leitstand und Elektrotechnik: SITEC Automation Chemnitz - Koordination und Präsentation: NIKA e.v. Chemnitz - Roboter-Einsatzplanung: FEITEC Chemnitz - Visionsystem: ITW e.v. Chemnitz - Projektierung, Programmierung und Systemintegration: Hiersemann Prozessautomation Chemnitz Das Projekt wurde vom SMWA gefördert.
2. Systemstruktur und Komponenten PENTA baut auf einem Modularkonzept auf, das folgende Komponenten enthält: - Grundmodul mit Pneumatik u. Elektrik - Kickarm-Roboter inkl. Steuerung - Transport- und Speichersystem - Handarbeitsplatz - Steuerung und Diagnose-Leitstand Abb. Prototyp einer Roboter-integrierten Montagezelle (RIM) auf Basis modularer Kinematik mit hochintegrierten Servo-Achsen.
Design-Vorbild für PENTA: Montage-Musterzelle der Fa. USK unter Integration eines Transportund Technikmoduls sowie eines Roboters BOSCH SCARA SR6.
Komplett-System PENTA im Versuchsfeld des ITW im SOLARIS- Turm
Erweiterte Steuerungs-Hardwarestruktur des PENTA - Diagnose-Leitstand Siemens Panel-PC mit integrierter SOFT-SPS - Vernetzung der Komponenten durch PROFIBUS-DP - Knickarmroboter KR6 mit Steuerung KRC 2 - WT-Transport-Band FMT-Varioflow und Speichermodul - Vision-System Siemens VS 710 - Transpondertechnik System Bosch ID 10 - Datamatrix-Code-Identsystem Leuze VR2300 - Zellensteuerung auf Basis Siemens SIMATIC S7-315
Die Steuerung des PENTA besteht aus dem Diagnose-Leitstand, einer Speicherprogrammierbaren Steuerung SPS und der zugehörigen dezentralen Peripherie. Als Diagnose-Leitstand wird ein SIEMENS Panel-PC eingesetzt, auf dem das Betriebssystem WINDOWS XP läuft. In den Panel-PC integriert ist eine SIEMENS Soft-SPS mit ihren Bestandteilen (WIN LC, WIN AC für Softwareentwicklungen) sowie als Visualisierungssoftware WIN CC. Als Bussystem wird Profibus DP verwendet. Am Feldbus sind Panel-PC,PC-Direkttastenmodul, SPS, Vision System, Ident-System und die KUKA-Steuerung mit nachgestelltem Roboter angeschlossen.
Diagnose Leitstand Soft SPS WIN CC WIN LC WIN AC DP Master Profibus DP WT - Band Vision System Ident System DP Koppler KUKA Steuerung KRC2 Geplanter Steuerungsaufbau mit dezentraler Peripherie auf Basis PROFIBUS DP KUKA Roboter KR 6
Diagnose Leitstand WIN CC WIN LC Soft SPS WIN AC nutzerspezifisch Fa. HPC Profibus-DP Direkttastenmodul WT - Band Vision System RS 232 Ident System KUKA Steuerung KRC2 Realisierter Steuerungsaufbau mit SPS und dezentraler Peripherie auf Basis PROFIBUS DP KUKA Roboter KR 6
Realisierungsphasen des PENTA Grundmodul WT-Umlauf und Roboter- Gestell im Montagestatus bei USK
Grundmodul und Roboter sowie Pneumatik im Montagestatus im ITW-Labor im SOLARIS-Turm.
Knickarm-Roboter KUKA KR 6 im Montagestatus im ITW- Labor.
Fügehilfe Doppelsauger am Roboter-Tool-Centre-Point
Identifikation mittels Schreib- Lese-Kopf Bosch ID 40 und Datamatrix- Code-Leser Leuze VRS 2300.
Vision-System VS 710 zur Konturund Lagededektion der Werkstücke, in PENTA-Zelle via PROFIBUS-DP integriert.
Komplett montierte PENTA-Zelle im ITW-Labor im SOLARIS-Turm. Diagnose-Leitstand in Inbetriebnahme.
Blick in das ITW- Labor: Inbetriebnahme mit Diagnose- Leitstand und zusätzlichem Operator-Panel
3. Software- und Schnittstellenkonzept Die Funktionen des Steuerungssystems basieren auf Funktionsund Datenbausteinen, die ebenso in der herkömmlichen SPS- Technik eingesetzt werden. Das Prinzip beruht auf einem Baustein-Pool, aus dem die speziellen Anlagen konfiguriert und zusammengesetzt werden. Damit sind die Funktionen lauffähig auf den Strukturtypen - Hardware-SPS mit separater Visualisierung (PC oder OP) - Steckkarten-SPS im Visualisierungs-PC - Soft-SPS innerhalb des Visualisierungs-PC (Diagnose- Leitstandes)
SPS- Software- Konzept
Schnittstellenkonzept Die Schnittstelle zwischen Roboter und SPS ist frei definierbar und somit für zukünftige Erweiterungen bzw. Anwendungsanpassungen geeignet. Besonderer Wert wird bei der Konzeption auf eine Standardisierung bzw. universelle Einsetzbarkeit gelegt. Kernstück der Schnittstelle ist neben den allgemeinen Funktionen wie Status, Prozesssignalen, Auftragsbearbeitung und Störmeldungen vor allem die Übermittlung von Lagekorrektur-Daten der zu bearbeitenden Werkstücke an den Roboter. Die Lagedatenermittlung geschieht mittels Vision-System, welches den Versatz zu einer festgelegten Grundposition ermittelt und dem Roboter über die Steuerung SPS mitteilt.
SPS Roboter Roboter SPS Status Auftragsbearbeitung Status Präzisierung Auftragsbearbeitung PHG Funktionen Einrichtbewegungen Prozesssignale Status Auftragsbearbeitung Einrichtbewegungen Prozesssignale Störmeldungen Taktzeitfehler Endschalterpaarfehler allgemeine Fehler Schnittstellen-Konzept
Bedienkonzept Der Diagnose-Leitstand wurde mit standardisierten Bedienfunktionen für eine komplette Montageanlage ausgerüstet. Es sind bei Anwendung der Standardfunktionen insgesamt 10 Stationen (z.b. eine PENTA-Zelle) parametrierbar. Die Funktionen werden in globale und lokale Funktionen unterteilt. Dazu wurde eine Zuordnung der Funktionstasten festgelegt, die auf Anlagen und Stationen übertragen werden kann. Bedien-, Anzeige- und Protokollierfunktionen wurden so entwickelt, dass diese auch auf graphikfähige Bedien-Panele übertragen werden können.
Anlagenstrukturierung, Grundlage für Bedienungskonzept und Visualisierung
Rechteck (weiß gefüllt) Grafik Hintergrund Ausgabefeld Symbolisches Ausgabefeld Symbol Library Softkey Bedienung einer Station: Bildobjekte, genereller Aufbau am OP 270
Gesamtanlagenübersicht, PENTA als Station1 integriert.
Visualisierte Stationsübersicht auf Basis Siemens WinCC V. 6.0
Visualisierte Produktübersicht auf Basis Siemens WinCC V. 6.0
Visualisierte Roboterkopplung auf Basis Siemens WinCC V. 6.0
Visualisierte Auftragsverwaltung auf Basis Siemens WinCC V. 6.0
Visualisierte Diagnostik auf Basis Siemens WinCC V. 6.0
4. Nutzungsmöglichkeiten Das PENTA dient als Entwicklungssystem ohne direkten Produktionseinsatz. Ziel ist die Erprobung und Entwicklung unter Einbindung von: unterschiedlichen Robotern (z.b. SCARA BOSCH SR4/6, Modulare Roboter AMTEC Power Cube und Knickarmroboter wie KUKA u. ABB). Bilderkennung und -auswertung (Vision System) unter neuartigen Bedingungen (z.b. Klarglaserkennung) Transpondertechnik - verschiedene Identsystemen (z.b. Siemens MOBY, Balluff, Bosch ID40, Euchner CIS3). Simulation von Roboter-Abläufen und Offline-Erstellung von Applikationsprogrammen.
Kooperations-Arbeitsplatz: Knickarm-Roboter KUKA KR6 in Kooperation mit manueller Montagezelle
Transporttechnik Werker Technikmodul Roboter mit Greiftechnik Kooperations- Arbeitsplatz: Überlagerung von Bewegungszonen bei der Mensch-Roboter- Integration in der Fertigung
PENTA im Dauertest: Ablauf des sequentiellen Montageprozess
Identifikations- und Montageprozess im geschlossenen Ablauf.
PENTA bei Tests für kooperative Montageprozesse: Ablauf einer Bedienerhandlung simultan zum Montageablauf
Kooperativer Montageprozess aus Sicht einer Überwachungskamera
Simulationsmodell des PENTA.