Roboter-Palettiersysteme: Die Wahl zwischen SPS-, Roboter- und KI-Steuerung

Sobald ein Fertigungsprozess abgeschlossen und die Produkte für den Vertrieb bereit sind, müssen sie in der Regel auf Paletten gestapelt werden. Traditionell erforderte diese Aufgabe einen erheblichen manuellen Arbeitsaufwand, der häufig zu Verletzungen und ergonomischen Problemen bei den Mitarbeitern führte. Das automatisierte Palettieren beseitigt diese körperliche Belastung und ermöglicht erhebliche Arbeitseinsparungen am Montageband.

Die Auswahl der richtigen Steuerungsarchitektur ist jedoch entscheidend, um die Effizienz zu maximieren. Als Branchenexperte führe ich Sie durch den Entscheidungsprozess und vergleiche fest verdrahtete Automatisierung, SPS-Logik, Roboterberechnungen und die aufkommende Rolle der künstlichen Intelligenz.

Wann ist fest verdrahtete Automatisierung ausreichend?

Roboter sind beim Palettieren nicht immer zwingend erforderlich. Bestimmte Prozesse können statt Gelenkarmen eine „fest verdrahtete Automatisierung“ nutzen. Schwere Lasten wie Zement- oder Getreidesäcke werden beispielsweise häufig mithilfe horizontaler Schiebetüren und mobiler Förderrutschen bewegt.

Für diese einfachen Systeme ist eine Standard-SPS oder ein Relaissteuerungssystem ausreichend. Dieser Ansatz funktioniert effektiv bei einem gleichmäßigen Produktstrom, der weder in der Größe noch bei den Stapelmustern variiert. Allerdings fehlt dieser Lösung die Flexibilität; sie ist starr und kann sich ohne mechanische Umrüstung nicht an Änderungen anpassen.

Der Bedarf an robotischer Flexibilität

Die Komplexität nimmt erheblich zu, wenn unterschiedliche Stapelmuster oder gemischte Produkte verarbeitet werden. In diesen Szenarien wird robotergestützte Automatisierung erforderlich. Ein Roboter kann die Produktplatzierung dynamisch anhand programmierter Informationen oder externer Sensordaten ändern.

Darüber hinaus bieten Roboter durch ihre Werkzeuge Vielseitigkeit. Wird ein Roboter mit einem Greifer ausgestattet, der mehrere Produktkonfigurationen handhaben kann, können Hersteller verschiedene SKUs palettieren, ohne die Linie anzuhalten. Diese Flexibilität ist der wichtigste Vorteil von Robotern gegenüber herkömmlichen fest verdrahteten Automatisierungssystemen.

Abbildung 1. Eine mobile robotergestützte Palettierlösung für schnelle Änderungen in der Produktion. Bild mit freundlicher Genehmigung von Control.

Optimierung von Bewegung und Effizienz

Die Programmierung, die den Palettierprozess steuert, ist der entscheidende Faktor für die Effizienz. Ein gut optimiertes System minimiert Stillstandszeiten, indem es Leerlaufmomente für zusätzliche Aufgaben nutzt. Während ein Roboter beispielsweise auf die nächste Produktcharge wartet, kann er ein Zwischenlageblatt auf einer Palette platzieren.

Die Effizienz hängt auch vom Systemlayout ab. T-Wagen-Systeme ermöglichen es Robotern, mehrere Produktionslinien gleichzeitig zu stapeln. In diesen Aufbauten muss sich die Programmierung auf die Bereitstellung der Paletten und die Minimierung der Leerlaufzeit konzentrieren, um Engpässe im Arbeitsablauf zu verhindern. Jede beim Bewegungsplan eingesparte Millisekunde trägt zu einer kürzeren Zykluszeit bei.

Die Rolle von HMIs bei der Fehlerbehebung

Eine wichtige Weiterentwicklung moderner Palettiersysteme ist die Integration einer Platzierungszähler-Überschreibung über eine HMI (Mensch-Maschine-Schnittstelle). Mit dieser Funktion können Bediener die Zähler bestimmter Linien digital zurücksetzen.

Stellen Sie sich folgendes Szenario vor: Wenn ein Karton aus dem End-of-Arm-Tool (EoAT) fällt, kann der Bediener den Platzierungszähler über den Touchscreen anpassen. Dadurch ist kein manueller Eingriff innerhalb der Zelle erforderlich, um den physischen Stapel mit dem internen Zähler des Roboters abzugleichen. Das erleichtert nicht nur die Aufgabe, sondern erhöht auch die Sicherheit der Bediener erheblich, da der Bedarf an manuellen Rücksetzungen verringert wird.

Abbildung 2. Beim robotergestützten Palettieren werden kundenspezifische Greifer für einzelne Kartons und Verpackungen eingesetzt. Bild mit freundlicher Genehmigung von Control.

SPS- gegenüber Robotersteuerung: Der Unterschied bei der Verarbeitung

Für die Systemauslegung ist es entscheidend, den Unterschied zwischen SPS- und Robotersteuerungslogik zu verstehen. SPS führen die Kontaktplanlogik sequenziell Zeile für Zeile aus. Dadurch eignen sie sich hervorragend zur Steuerung des logischen Ablaufs der gesamten Produktionslinie, beispielsweise zur Anforderung weiterer Produkte für die Bereitstellung nach einem Palettierzyklus.

Roboter verwenden dagegen typischerweise Strukturierten Text. Während des Stapelvorgangs haben Roboter einen deutlichen Vorteil. Sie können gleichzeitig die Position der nächsten Lage berechnen, die Platzierung von Zwischenlageblättern verfolgen und Koordinaten im Hintergrund aufzeichnen, ohne auf einen strikt sequenziellen Prozess angewiesen zu sein. Diese Fähigkeit zur parallelen Verarbeitung führt häufig zu einem effizienteren Stapelvorgang.

Das Aufkommen von KI-Computersystemen

Einige fortschrittliche Anwendungen umgehen sowohl die Robotersteuerung als auch externe SPS. Stattdessen nutzen sie einen zentralen Computer, der Daten von Kameras und Scannern sammelt. Mithilfe effizienter, häufig auf KI basierender Algorithmen berechnen diese Systeme Bewegungsbahnen und Zielpunkte in Echtzeit.

Der wichtigste Vorteil ist die Anpassungsfähigkeit. Bei gemischten SKU-Ladungen oder unregelmäßigen Produkten kann ein KI-System kontinuierlich den schnellsten Weg berechnen. Dadurch bleibt die Zykluszeit auch bei häufig wechselnden Produktvariablen minimal, was ein Optimierungsniveau ermöglicht, mit dem herkömmliche Programmierung nur schwer mithalten kann.

Abbildung 3. Partnerschaften zwischen Roboter- und Softwareunternehmen können dazu beitragen, Bewegungsbahnen zu optimieren und die Zykluszeit zu verkürzen. Bild mit freundlicher Genehmigung von Control.

Geschwindigkeit, Sicherheit und die beste Lösung

Es ist wichtig zu bedenken, dass die besten Palettiersysteme nicht unbedingt isoliert betrachtet die schnellsten sind. Die optimale Lösung erledigt die Hauptaufgabe mit minimalen Stillstandszeiten, die vor- und nachgelagerte Prozesse beeinträchtigen. Die meisten modernen Anlagen setzen auf einen hybriden Ansatz und kombinieren Steuerungssysteme, um den besten Arbeitsablauf für ihre spezifische Produktmischung zu schaffen.

Einblick des Autors: Als Automatisierungsexperte beobachte ich häufig, dass Kunden die Systeme für maximale Geschwindigkeit überdimensionieren. Mein Rat lautet, Flexibilität und Sicherheit zu priorisieren. Ein System, das Produktänderungen bewältigen kann (über HMI oder KI) und die Bediener schützt (durch Fehlerübersteuerungen), bietet langfristig einen besseren ROI als ein System, das lediglich schnell läuft, aber ständig manuell angepasst werden muss.

Über den Autor

Zhang Qiao ist ein erfahrener Spezialist für industrielle Automatisierung mit mehr als 15 Jahren Erfahrung in den Bereichen SPS, DCS, TSI und Stromversorgungsschutzsysteme. Im Laufe seiner Karriere hat Zhang technische Dokumentationen und Nachrichtenartikel für führende globale Hersteller von Automatisierungstechnik verfasst und tiefgehende technische Einblicke in komplexe Herausforderungen der Steuerungstechnik vermittelt.