KEM Konstruktion Connected mobile Machines & Mobility (CMM) 2020

SPEZIALAUFGABEN
AUTOMATISIERUNG & SYSTEMMANAGEMENT
Bild: Phoenix Contact
Ein vorne an einem Waggon angebrachter Sensor erkennt das Unkraut und leitet die Information
an die Steuerung weiter, die das Ventil des Heißwasserwagens punktgenau öffnet
Bild: Phoenix Contact
Die PLCnext-Steuerung AXC F 2152 verfügt über
zwei Prozessorkerne, von denen einer nur die
echtzeitkritischen Berechnungen vornimmt
verarbeiten kann. So könnte das komplette 7600 km umfassende
Schienennetz der SBB bezüglich Unkrautbewuchs abgebildet werden.
„Denn den Heißwasserzug nur auf gut Glück irgendwo fahren
zu lassen, ist natürlich nicht sehr effizient. Besser wäre es, bereits
zu wissen, wo ein Einsatz notwendig ist“, erklärt Kowe. Bisher haben
Mitarbeiter zu Fuß die Gleise unkrautfrei gehalten, was einerseits
anstrengend und andererseits sehr zeitaufwändig ist: Die Gesamtlänge
der Schweizer Schienen entspricht der Entfernung zwischen
Berlin nach Peking.
Der Zug jedoch kann mit bis zu 40 km/h fahren, was etwa 11 m/s
entspricht. Daher müssen die Berechnungen in Echtzeit erfolgen
und auf Millisekunden genau sein. Ein Fehler um ein bis zehn Millisekunden
würde schon dafür sorgen, dass die Pflanze nicht getroffen
wird. Zudem sollen die insgesamt 130.000 l Wasser in den beiden
Tankwagen für möglichst lange Strecken reichen: Würden alle
Ventile dauerhaft öffnen, wären die Vorräte nach rund 1,5 km geleert.
Direkt an der Lok hängt der Wagen für die Technik, auf dem
Frequenzumrichter, Pumpe und Wasserheizung in einem Container
installiert sind, die Sensorik arbeitet an dessen Vorderseite. Bedingt
durch die Ventilöffnungszeit müssen zwischen Sensorik und der ersten
Düse mindestens 3,5 m liegen. Deshalb können die Ventile erst
ab etwa der Mitte des Wagens sitzen. Den perfekten Zeitpunkt berechnet
die Steuerung aus der Geschwindigkeit des Zuges sowie
der Größe und der Position des Unkrautes.
Daten in bestehende Infrastruktur einbinden
Die Entscheidung für PLCnext als Plattform war vor allem der Möglichkeit
geschuldet, den Zug sehr einfach in die bestehende datentechnische
Infrastruktur einzubinden: „SPS-Programmierung können
wir ja alle, aber die Serveranbindung über Hochsprachen lösen
zu können, macht es uns hier sehr komfortabel und flexibel“, so Kowe.
Derzeit ist der Zug datentechnisch noch autark, er soll jedoch
ins Geoinformationssystem der SBB integriert werden. Die Daten
über Unkrautpositionen sollen also in der vorhandenen Infrastruktur
abgelegt werden. Welche Cloud dafür zum Einsatz kommt, ist noch
nicht final geklärt: „Wir schauen gerade, ob wir das mit der unternehmenseigenen
Proficloud realisieren, prinzipiell sind natürlich
auch andere Cloudlösungen wie AWS, Google oder Azure möglich“,
so Kowe. Die Kopplung ist aber nicht nur für die Einsatzplanung des
Zuges notwendig, sondern ebenso für die Erfolgskontrolle: Denn
die Wirksamkeit – die schlagartige Hitze lässt die Zellen platzen – ist
immer erst nach einigen Tagen zu sehen, wenn die Pflanzen zu welken
beginnen. Daher sollen später auch andere Züge oder Systeme
mit Sensorik erkennen, wo noch was in welchem Zustand wächst.
Vorteilhaft seien zudem die zwei Prozessorkerne, wodurch eine
Lastenverteilung etabliert wurde: Ein Kern übernimmt lediglich die
echtzeitkritischen Berechnungen, wodurch beispielsweise die Erkennung
und Ventilsteuerung in etwa zwei Millisekunden erfolgen
kann. Der andere Kern ist für alle weniger auf penible Reaktionszeiten
ausgelegten Prozesse zuständig, beispielsweise das Heizen
und die Temperaturüberwachung der Wasserwagen.
Derzeit fahren auf dem Zug neben dem Lokführer noch ein Verantwortlicher
und einen Techniker, der auch manuell eingreifen und
so für den reibungslosen Betrieb der Wassersteuerung sorgen
kann. „Es gibt aber bereits Überlegungen, ob man so einen Zug
auch völlig autonom betreiben kann, denn auf der relativ kontrollierten
Umgebung der Schiene ist das natürlich einfacher umzusetzen,
als im Straßenverkehr“, sagt Kowe. Nach seiner Einschätzung habe
der Spritzwasserzug im Vergleich zu anderen getesteten Verfahren
wohl die höchsten Chancen, über den Prototyp hinaus realisiert zu
werden. Verlaufen die Tests erfolgreich, geht das entwickelte Fahrzeug
von der SBB meist an einen Dienstleister, der daraus dann eine
marktreife Variante macht und auch den Betrieb übernimmt. Anfängliche
Bedenken hinsichtlich der Gefahr für Tiere wie Eidechsen
durch das heiße Wasser konnten inzwischen übrigens entkräftet
werden: Die Vibrationen des Zuges eilen diesem voraus und verscheuchen
die Fauna, bevor es der unerwünschten Flora an den
Kragen geht.
Mehr zum PLCnext-System von Phoenix Contact:
hier.pro/sJ4lL
K|E|M Konstruktion Sonderausgabe Connected mobile Machines & Mobility (CMM) 2020 27