Как PLC контролерите променят управлението на прецизни роботи в съвременното производство

Управлението на роботите се доближава до PLC системите

В продължение на десетилетия индустриалните роботи работеха като изолирани острови на автоматизацията. Инженерите програмираха траекториите на движение чрез специализирани програматори тип „teach pendant“, докато PLC системите управляваха логиката на машината. Това разделение започва да изчезва.

Компактните високопрецизни роботи като Mecademic Meca500 вече позволяват директно управление на движението чрез PLC платформи, променяйки начина, по който производителите проектират автоматизирани клетки. Вместо да изпраща само прости сигнали за стартиране и спиране, PLC системата вече може да управлява всяко движение на робота в реално време чрез EtherNet/IP.

Тази промяна е особено важна за сглобяване на електроника, лабораторна автоматизация, работа със semiconductor компоненти и среди за прецизно производство, където компактните размери и детерминистичното движение са по-важни от големия полезен товар.

Компактните архитектури на роботите позволяват по-тясна интеграция между управлението на движението и системите за автоматизация, базирани на PLC.

Защо структурираното PLC управление променя интеграцията на роботите

Традиционните роботи с шест оси обикновено разчитат на патентовани роботизирани езици и самостоятелни контролери за движение. За разлика от тях, роботиката, управлявана от PLC, прехвърля голяма част от тази логика към платформата за управление, която вече управлява конвейерите, сензорите, системите за машинно зрение и защитните блокировки.

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

Тази архитектура значително намалява сложността на интеграцията за конструкторите на машини, които вече са стандартизирали автоматизацията си върху платформи на Rockwell. Обектите, използващи съществуващи системи Allen-Bradley CompactLogix, могат да интегрират роботизирано движение, без да въвеждат допълнителна специализирана програмна екосистема.

EtherNet/IP се превръща в основа на управлението на движението

Първо роботът трябва да бъде конфигуриран в същата подмрежа като PLC системата. След като комуникацията чрез EtherNet/IP бъде активирана през интерфейса MecaPortal, PLC системата поема отговорността за координацията на робота.

За разлика от по-старите роботизирани архитектури, които просто изпълняват предварително заредени процедури, тази конфигурация позволява на PLC системата да генерира динамично команди за движение в реално време. Това различие е от решаващо значение при адаптивни производствени приложения, в които траекториите на движение зависят от обратната връзка от сензори, системи за инспекция или промени в производствената рецепта.

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

EDS и AOI улесняват въвеждането в експлоатация на устройствата

Системите, базирани на Rockwell, разчитат широко на файлове Electronic Data Sheet и Add-On Instructions за улесняване на хардуерната интеграция. След инсталирането на EDS файла роботът се появява като стандартно устройство в Studio 5000.

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

Този работен процес отразява по-широката еволюция в индустриалната автоматизация. Производителите все по-често предоставят многократно използваеми софтуерни обекти, вместо да изискват обширно персонализирано програмиране. Подобни стратегии за интеграция стават все по-разпространени и при съвременните PLC и PAC платформи, използвани в процесното и хибридното производство.

Файловете с дефиниции на устройствата съкращават времето за въвеждане в експлоатация, като позволяват на роботите да се появяват като стандартни активи за автоматизация в Studio 5000.

Командите за движение се превръщат в обекти на стълбовидната логика

След свързването роботът може да изпълнява движения директно от стълбовидната логика чрез предварително дефинирани функционални блокове. Команди като Connect, MovePose и MoveJoints определят траекторията и поведението при позициониране на робота.

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

MovePose за декартова прецизност

Инструкцията MovePose управлява робота до определена декартова координата чрез стойности X, Y, Z, W, P и R. Този метод е идеален за системи тип „pick-and-place“, инспекционни станции и компактни задачи по сглобяване, изискващи повтаряемо позициониране на инструмента.

Инструкциите за декартово движение позволяват на инженерите да управляват позиционирането на робота директно в PLC процедурите със стълбовидна логика.

Управление по стави за връщане в изходно положение и възстановяване

Командите MoveJoints осигуряват директно позициониране на ниво ос. Тези инструкции често се използват за процедури по връщане в изходно положение, операции по възстановяване и позициониране при поддръжка.

От инженерна гледна точка разделянето на декартовото движение от възстановяването по стави подобрява експлоатационната надеждност. То също така улеснява обработката на неизправности по време на процедурите за рестартиране на машината.

Блоковете за движение на ниво стави осигуряват детерминистично позициониране при стартиране и операции по поддръжка.

Съвместимостта на фърмуера все още е от значение

Един важен извод от това внедряване е, че съгласуването на версиите на фърмуера остава от решаващо значение. Фърмуерът на робота, EDS пакетът и версията на AOI трябва да бъдат напълно съвместими.

Несъответствията между версиите могат да създадат конфликти между типовете данни в Studio 5000, особено в структурите, дефинирани от модула. Макар опитните инженери по системи за управление да могат ръчно да заменят остарелите типове данни, проблемът подчертава по-широко предизвикателство пред индустрията: оперативната съвместимост все още зависи в голяма степен от управлението на жизнения цикъл на софтуера.

Това не е характерно само за роботиката. Подобни проблеми със съвместимостта се срещат при миграции на DCS системи, надстройки на системи за мониторинг на турбини и разширения на разпределени I/O системи, включващи платформи на ABB, Honeywell, Emerson и GE.

Внимателното управление на версиите остава от съществено значение при интегрирането на роботизирани системи с EtherNet/IP в индустриални контролери.

Къде тази архитектура е най-подходяща

Роботиката, управлявана от PLC, не е предназначена да замени всеки традиционен контролер на робот. Клетките за заваряване с голям полезен товар и сложните системи за координация на множество роботи все още печелят от специализирани роботизирани платформи.

За компактни приложения с висока прецизност обаче този модел е изключително привлекателен. Медицинското сглобяване, оптичното подравняване, производството на електроника и лабораторната автоматизация все по-често изискват роботи, които се държат като интелигентни оси на машината, а не като изолирани острови на автоматизацията.

Възможността роботиката да бъде интегрирана директно в последователностите на PLC системата също съкращава циклите на разработка за производителите на оригинално оборудване и машини. По-малки инженерни екипи могат да внедряват усъвършенствано роботизирано движение, без да поддържат отделни специалисти по програмиране на роботи.

По-широката посока на развитие на индустрията

Пазарът на индустриална роботика се движи към софтуерно дефинирани архитектури за управление на движението. Програмирането със структуриран текст, комуникациите чрез EtherNet/IP и координацията, базирана на PLC, се превръщат в стандартни очаквания, а не в усъвършенствани функции.

Това, което прави системи като Meca500 забележителни, не е само тяхната прецизност на микронно ниво, а и достъпността на интеграцията на роботите за инженерите по системи за управление от конвенционален тип.

В много фабрики бъдещият програмист на роботи може изобщо да не носи програматор тип „teach pendant“. Вместо това той 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 повече от 14 години опит в отразяването на индустриалната роботика, PLC архитектурите и системите за управление на движението. Професионалният му опит включва проекти за интеграция на автоматизация с участието на Rockwell Automation, ABB Robotics, системи за управление на движението на Siemens и високоскоростни опаковъчни системи в секторите на производството на полупроводници и прецизното производство.