IEC 61499 basierende Basisautomation für ein verteilt gesteuertes Hochregallager

Abstract

Logistiksysteme müssen heutzutage sehr wandlungsfähig sein, um sich schnell an neue Gegebenheiten anpassen zu können. Dies ist jedoch mit herkömmlichen Lösungsansätzen kaum möglich. Durch den Einsatz von verteilten Steuerungskonzepten erhofft man sich diesen Anforderung gerecht zu werden. Die Evaluierung verteilter Steuerungskonzepte erfolgt zu meist mittels Simulation. Damit kann bereits ein Großteil des Funktionsumfangs evaluiert werden, jedoch können sie die Evaluierung auf industriellen Anlagen bzw. Testanlagen nicht vollständig ersetzen. Aus diesem Grund beschäftigt sich diese Arbeit mit der Erweiterung des bestehenden Palettentransportsystems, welches sich im Odo Struger Labor der TU Wien befindet, um ein Hochregallager. Das entwickelte Hochregallager soll in weiterer Folge als Testplattform für intelligente verteilte Steuerungskonzepte dienen. Die Integration des neuen Anlageteils erfolgt dabei so, dass möglichst alle Anforderungen eines modernen Hochregallagers erfüllt werden. Das entwickelte Hochregallager besteht aus drei Lagergassen und besitzt insgesamt 108 Lagerplätze.<br />Die entwickelte Steuerung des Hochregallagers basiert auf den Standard IEC 61499 und stellt die Basisfunktionen für den Betrieb des Lagers zur Verfügung. Auf diese Funktionen kann eine übergelagerte Steuerung über eine definierte Schnittstelle zugreifen. Um die übergelagerte Steuerung zu entlasten, wurde versucht möglichst viel an Funktionalität in die entwickelte Basissteuerung zu integrieren. Dazu wurde eine Analyse eines verteilten Steuerungskonzepts durchgeführt. Basierend auf dieser Analyse wurde anschließend der Funktionsumfang der Basissteuerung festgelegt.<br />Die Umsetzung der Basissteuerung erfolgte mit Hilfe des "Framework for Distributed Industrial Automation and Control" (4DIAC). Auf Grund der verwendeten Komponenten musste ein CAN Interface entwickelt werden, da in 4DIAC noch keine dementsprechenden Funktionsblöcke zur Verfügung standen. Das CAN Interface ermöglicht die Kommunikation zwischen Steuerung und Motorcontroller. Die notwendigen Anforderungen an das zu entwickelnde CAN Interface wurde aus dem CANopen Standard abgeleitet, da dieser als Kommunikationsprotokoll verwendet wurde. Bei der Analyse des verteilten Steuerungskonzepts wurde festgestellt, dass für die Abarbeitung der Bewegungsabläufe für das Ein-, Aus- und Umlagern keine weiteren Information bis auf Quell- und Zieladresse notwendig sind.<br />Diese Bewegungsabläufe konnten in der Basissteuerung umgesetzt und mit Hilfe des entwickelten mechanischen Aufbaus erfolgreich getestet werden.<br />Obwohl das entwickelte Hochregallager noch Potential zur Optimierung besitzt, ist in Verbindung mit dem bestehenden Transportsystem ein komplexes Logistiksystem entstanden, mit dem neu entwickelte verteilte Steuerungskonzepte praxisnahe getestet werden können.<br />

Today logistic systems must be very versatile to adapt quickly to new requirements. However, this is hardly possible with conventional approaches. The use of distributed control concepts allow to fullfill these requirements. The evaluation of distributed control concepts is usually done by simulation. Thereby the majority of the functionality could be evaluated, but simulation could not completely replace the evaluation with industrial plants and test plants. For this reason this study deals with the enlargement of the existing palette transport system, which is located in the Odo Struger Labatory of the Vienna Technical University, by an automatic storage and retrieval system. The integration of the new system should be done in a way, that all requirements of a modern automatic storage and retrieval system are fullfilled. The requirements of the automatic storage and retrieval system results on one side from the requirements of the coworkers of the Automation and Control Institute and results on the other side from the requirements by the state of the art. Based on these requirements a CAD model is developed, which can be easily implemented. The developed model has a total number of 108 bins.<br />The developed automatic storage and retrieval system will serve as a test platform for intelligent distributed control concepts. The developed control of the automatic storage and retrieval system is based on the standard IEC 61499 and provides the basic functions for the operation of an storage system. The functions are available to an higher level intelligent control system, which have access to these functions via a defined interface. The goal is to relieve the higher level control by integrate as much functionality in the base control as possible.<br />Therefor an analysis of a distributed control concept for an automatic storage and retrieval system was made. Based on this analysis, the functions of the base control were defined. The implementation of the base control was performed using the Framework for Distributed Industrial Automation and Control (4DIAC). Because of the used components and the fact that in 4DIAC are no function blocks for CAN communication are available, a CAN interface had to be develop. The developed interface allows the basic control to communicate with the motor control. With the help of the analysis of the distributed control concept there has been established, that for the execution of the movements for import, export and repositioning no other information necessary than source and destination address. These movements has been implemented in the base control and has been successfully tested with the help of the developed aisle. Although the developed automatic storage and retrieval system can be further optimized, in combination with the existing transport system a complex logistics system has been formed