Automatisierte Transportsysteme müssen ein hohes Maß an Zuverlässigkeit bieten, um Logistikprozesse zu unterstützen, ohne Waren zu beschädigen oder – noch schlimmer – Menschen zu verletzen. Eine weitere, heute und in Zukunft entscheidende Anforderung sind energieeffiziente, schlanke Lösungen. Energie- und Materialeffizienz sind bei der mobilen Robotik zentrale Entwicklungsziele. Das gilt insbesondere für FTS, weil der Antrieb seine Energie aus Akkus bezieht. Eine möglichst lange Betriebszeit, wenige Ladezyklen und kurze Ladezeiten sind dabei sehr wichtig.
Weniger Komponenten und Elektronik
Wegweisend ist hier eine schlanke Bauweise, die mit weniger Komponenten auskommt als frühere Konstruktionen und auf besonders energieeffizienten Motion-Control-Komponenten basiert. Bei einem FTS dieser Art lassen sich längere Betriebszeiten erzielen, da mehr Platz für Akkus vorhanden ist. Es sind weniger Komponenten an Bord, die zudem weniger Strom verbrauchen, auch im Standby-Modus. So ist bei einem FTS mehr als die doppelte Reichweite gegenüber der herkömmlichen Bauweise realisierbar. Die Akkus werden zudem weniger beansprucht.
Beim Integrated-Motion-Ansatz sind Servoantrieb, Encoder, Safety-Encoder, Bremse und Funktionen der Safety-SPS in einem Device integriert. Die nach diesem Prinzip konzipierten Produkte der Somanet-Circulo-Serie von Synapticon basieren auf den Somanet Core genannten System-on-Chips des Unternehmens, die über zwischen 8 bis 32 Risc-Kerne pro Chip mit bis zu 500MHz, Echtzeit-Scheduler, 2ns IO-Abtastrate, KI-Erweiterungen sowie einen Echtzeit-Prozessorbus verfügen. Eine parallele Echtzeitarchitektur dieser Art ist die Grundlage für Hochleistungsservoantriebe.
Effiziente Regeltechnik
Gerade beim FTS-Design kommt es darauf an, dass die Regelungstechnik besonders effizient ist. Synapticon setzt hier auf seine proprietäre Model-Predictive-Deadbeat (MPD)-Field-Oriented-Control-Lösung und eine Reihe von Algorithmen für die Störgrößen-Unterdrückung. Die MPD-Control-Lösung hilft, den Wirkungsgrad zu erhöhen und somit die Wärmeabgabe der Servoantriebe erheblich zu reduzieren. Hierbei kommt ein erweitertes Modell von Leistungselektronik, Motor, Untersetzung und Last zum Einsatz, um das Steuerungsziel innerhalb von 1,X Schaltzyklen zu erreichen. Herkömmliche Stromregler benötigen hingegen mehrere Schaltzyklen, um ein gewünschtes Ziel zu erreichen oder führen bei gleicher Regelgüte wesentlich mehr Wärme ab.
Mit einem hochentwickelten Leistungsstufen-Design kombiniert, realisiert Synapticon kompakte Servoantriebe, die die Wärmeableitung intelligent steuern und dennoch eine gehäuselose EMV-Zertifizierung ermöglichen. Eine tatsächlich hohe Leistungsdichte bietet eine Komponente, die die gesamte erforderliche Funktionalität und hohe Leistungsdaten in einer realistischen thermischen Integrationssituation vereint.
Effizient auch hinsichtlich Kosten
Basierend auf expliziten und klassischen statistischen Methoden sowie KI-Ansätzen helfen Algorithmen zur Störungsunterdrückung in Sensoren, Motoren und Getrieben, qualitätsbeeinflussende physikalische Eigenschaften, wie Rastmoment, Stick-Slip-Charakteristik und Spiel, zu überwinden. Als Ergebnis können Systeme eine höhere Leistung mit kostengünstigeren Komponenten erreichen – ermöglicht durch Software.
Separate Komponenten, wie Servoantriebe, Positions-Feedback-Sensoren, Sicherheitsfunktionen und Bremsen, sind automatisch mit einem Overhead an Größe und Kosten verbunden. So müssen bei dieser herkömmlichen Bauweise mechanische und elektrische Schnittstellen die Kompatibilität zwischen einer breiten Palette von Geräten sicherstellen. Hinzu kommt, dass die Interaktion zwischen den Geräten begrenzt ist. In den Servoantrieb integrierte Positionsgeber sparen Platz und Kosten. Zudem ermöglicht der Zugriff auf mehr Daten – durch die direkte Kopplung von Sensorlesekopf und Servoantriebs-CPU – neue Optionen bei der Kalibrierung. Somit gelingt es, mit kostengünstiger Encoder-Technik Highend-Performance zu liefern.
Funktionale Sicherheit als Teil des Gesamtpakets
Zertifizierte Komponenten der funktionalen Sicherheit erhöhen üblicherweise die Systemkosten. Durch Dezentralisierung, Integration und Digitalisierung lässt sich dieses Problem lösen. Eine integrierte Software- und Hardwarearchitektur ermöglicht modulare Sicherheitsfunktionen und einen Zertifizierungsprozess, der unabhängig von Firmware-Modifikationen ist. Vom sicheren Positionssensor über die Drehmomenterfassung bis zur Antriebswelle selbst ist ein schnellerer Prozess von der Definition neuer Funktionen bis zur Zertifizierung möglich.
Integrierte Motion Devices für den dezentralen Einsatz enthalten die erforderlichen Sicherheitsfunktionen, die sonst nur in Sicherheits-SPSen zu finden sind, wodurch sich die Komplexität vieler Sicherheitssysteme konsolidieren lässt. So enthalten z.B. die Räder eines FTS sämtliche Funktionen, die das mobile System zum sicheren Antrieb des Fahrzeugs benötigt. Ein vollständig konform zertifiziertes AGV bzw. AMR ist mit dieser Architektur einfacher und schneller realisierbar.
Synapticon bietet mit Somanet Safe Motion eine Safety-Lösung, die physisch zwischen dem Prozessormodul und dem Antriebsmodul montiert ist. Eine breite Palette von SIL3-PLe-zertifizierten Sicherheits- und Safe Motion-Funktionen steht über FSoE zur Verfügung. Damit können FTS-Hersteller auf eine Servoantriebsplattform im Kleinspannungsbereich zurückgreifen, die ein breites Spektrum an Funktionen auf einem hohen Safety-Leistungsniveau abdeckt. So kann die Safety-Erweiterung sicherheitskritische Signale überwachen, generieren und empfangen, ohne Änderungen an der vorhandenen Hardware oder komplexe Verkabelung. Die schlanke Einbindung der funktionalen Sicherheit trägt zur Gesamteffizienz bei, da weniger Komponenten und Kabel erforderlich sind. Das führt dazu, dass das Gesamtgewicht eines FTS niedrig bleibt, was ebenfalls der Energieeffizienz zugutekommt.
