Как PLC променят прецизното управление на роботи в съвременното производство

Управлението на роботиката се приближава към PLC

Десетилетия наред индустриалните роботи работеха като изолирани автоматизационни острови. Инженерите програмираха пътеките на движение чрез специализирани teach pendants, докато PLC управляваха логиката на околните машини. Тази разделеност започва да изчезва.

Компактни високопрецизни роботи като Mecademic Meca500 вече позволяват директно управление на движението чрез PLC платформи, променяйки начина, по който производителите проектират автоматизационни клетки. Вместо да изпраща прости сигнали за старт и стоп, PLC сега може да командва всяко движение на робота в реално време през EtherNet/IP.

Тази промяна е особено важна за електронния монтаж, лабораторната автоматизация, обработката на полупроводници и среди за прецизно производство, където компактният размер и детерминистичното движение са по-важни от суровата товароносимост.

Компактните роботни архитектури позволяват по-тясна интеграция между управлението на движението и автоматизационните системи базирани на PLC.

Защо структурираното PLC управление променя интеграцията на роботите

Традиционните шестосеви роботи обикновено разчитат на собствени езици за програмиране и самостоятелни контролери за движение. За разлика от тях, роботиката, управлявана от PLC, прехвърля голяма част от тази логика в контролната платформа, която вече управлява конвейери, сензори, визуални системи и защитни заключвания.

В тази реализация Allen-Bradley CompactLogix PLC комуникира директно с Meca500 чрез EtherNet/IP. Инструкции за движение като MovePose и MoveJoints стават част от средата за ladder логика, вместо да се намират в отделна роботна програма.

Тази архитектура значително намалява сложността на интеграцията за производителите на машини, които вече са стандартизирани на Rockwell автоматизационни платформи. Фабрики, използващи съществуващи Allen-Bradley CompactLogix системи, могат да интегрират роботизирано движение без да въвеждат друга специализирана програмна екосистема.

EtherNet/IP става гръбнакът на движението

Роботът първо трябва да бъде конфигуриран в същата подсистема като PLC. След като EtherNet/IP комуникацията бъде активирана чрез интерфейса MecaPortal, PLC поема отговорността за координацията на робота.

За разлика от по-старите роботни архитектури, които просто изпълняват предварително заредени рутини, тази конфигурация позволява на PLC да генерира динамични команди за движение в реално време. Тази разлика е критична при адаптивни производствени приложения, където пътеките на движение зависят от обратна връзка от сензори, инспекционни системи или промени в рецептите.

Конфигурацията на EtherNet/IP позволява на контролера на робота да премине от самостоятелна работа към изпълнение на движение, управлявано от PLC.

EDS и AOI опростяват пускането в експлоатация на устройствата

Системите на Rockwell силно разчитат на файлове Electronic Data Sheet (EDS) и Add-On Instructions (AOI), за да улеснят хардуерната интеграция. След инсталиране на EDS, роботът се появява като нативно устройство в Studio 5000.

Слоят AOI абстрахира голяма част от ниско ниво комуникационната сложност. Инженерите могат да се съсредоточат върху логиката на движението, вместо ръчно да изграждат Ethernet съобщения.

Този работен процес отразява по-широката еволюция в индустриалната автоматизация. Доставчиците все по-често предоставят повторно използваеми софтуерни обекти, вместо да изискват обширно персонализирано кодиране. Подобни интеграционни стратегии стават често срещани и при модерни PLC и PAC платформи, използвани в процесно и хибридно производство.

Файловете за дефиниция на устройства намаляват времето за пускане в експлоатация, като позволяват роботите да се появяват като нативни автоматизационни активи в Studio 5000.

Командите за движение стават обекти в ladder логиката

След свързване роботът може да изпълнява движения директно от ladder логиката чрез предварително дефинирани функционални блокове. Команди като Connect, MovePose и MoveJoints определят траекторията и поведението на позициониране на робота.

Този подход променя начина, по който екипите за поддръжка взаимодействат с роботизираните системи. Вместо да отстраняват проблеми в множество програмни среди, техниците могат да диагностицират поведението на робота директно в PLC платформата, която вече познават.

MovePose за картезианска прецизност

Инструкцията MovePose командва робота към конкретна картезианска координата, използвайки стойности X, Y, Z, W, P и R. Този метод е идеален за системи за вземане и поставяне, инспекционни станции и компактни монтажни задачи, изискващи повторяемо позициониране на инструмента.

Картезианските инструкции за движение позволяват на инженерите да управляват позиционирането на робота директно в ladder рутините на PLC.

Управление на базата на оси за възстановяване и хоминг

Командите MoveJoints осигуряват директно позициониране на ниво оси. Тези инструкции често се използват за хоминг последователности, операции по възстановяване и позициониране при поддръжка.

От инженерна гледна точка, разделянето на картезианското движение от възстановяването на базата на оси подобрява оперативната надеждност. Също така опростява обработката на грешки при процедури за рестартиране на машината.

Блоковете за движение на ниво оси осигуряват детерминистично позициониране по време на стартиране и операции по поддръжка.

Съвместимостта на фърмуера остава важна

Един важен урок от тази реализация е, че съвпадението на версиите на фърмуера остава критично. Фърмуерът на робота, EDS пакетът и версията на AOI трябва да съвпадат правилно.

Несъответствията във версиите могат да създадат конфликти в типовете данни в Studio 5000, особено в структури, дефинирани от модули. Докато опитни инженери по управление могат ръчно да заменят остарели типове данни, този проблем подчертава по-широкото предизвикателство в индустрията: съвместимостта все още зависи силно от управлението на жизнения цикъл на софтуера.

Това не е уникално за роботиката. Подобни проблеми със съвместимостта се появяват при миграции на DCS, ъпгрейди на мониторинг на турбини и разширения на разпределени I/O системи, включващи платформи от ABB, Honeywell, Emerson и GE.

Внимателното управление на версиите остава съществено при интегриране на EtherNet/IP роботизирани системи в индустриални контролери.

Къде тази архитектура е най-подходяща

Роботиката, управлявана от PLC, не е предназначена да замени всеки традиционен роботен контролер. Големи клетки за заваряване с голям товар и сложни системи за координация на множество роботи все още се възползват от специализирани роботни платформи.

Въпреки това, за компактни прецизни приложения моделът е изключително привлекателен. Медицински монтаж, оптична калибрация, производство на електроника и лабораторна автоматизация все повече изискват роботи, които се държат като интелигентни машинни оси, а не като изолирани автоматизационни острови.

Възможността за интегриране на роботиката директно в PLC последователността също съкращава цикъла на разработка за OEM производителите на машини. По-малки инженерни екипи могат да внедрят усъвършенствано роботизирано движение без да поддържат отделни специалисти по роботно програмиране.

По-голямата посока в индустрията

Пазарът на индустриална роботика се движи към софтуерно дефинирани архитектури за движение. Програмирането със структурен текст, EtherNet/IP комуникациите и координацията, центрирана около PLC, стават стандартни очаквания, а не напреднали функции.

Това, което прави системи като Meca500 забележителни, е не само тяхната прецизност на микрони, но и колко достъпна правят интеграцията на роботиката за конвенционалните инженери по управление.

В много фабрики бъдещият програмист на роботи може вече да не носи teach pendant изобщо. Вместо това ще изгражда стратегии за движение директно в PLC средата, която вече управлява останалата част от машината.

Автор: Nathaniel Brooks | Старши репортер за индустриални системи

Nathaniel Brooks има над 14 години опит в отразяването на индустриална роботика, PLC архитектура и системи за управление на движение. Неговият опит включва проекти за интеграция на автоматизация, включващи Rockwell Automation, ABB Robotics, Siemens motion платформи и високоскоростни опаковъчни системи в сектори на полупроводници и прецизно производство.