Erstellen und Ausführen von Roboterprogrammen auf dem Meca500 über eine SPS-Steuerung
Der Meca500 von Mecademic verfolgt bei der Programmierung von Industrierobotern einen anderen Ansatz, indem Logik und I/O-Verarbeitung auf die SPS verlagert werden. Dieser Artikel zeigt, wie Ingeni...
Eine andere Philosophie für die Steuerung von Industrierobotern
Der Mecademic Meca500 stellt die herkömmliche Architektur von Industrierobotern weiterhin infrage, indem er die Roboterbewegung von der Maschinenlogik trennt. Statt auf eine herkömmliche Robotersteuerung zu setzen, die mit Kontaktplanlogik, Signalverarbeitung und Bewegungsabläufen ausgestattet ist, überträgt der Meca500 diese Aufgaben an die SPS und die externe Steuerungsebene.
Dieses Konzept verändert die Art und Weise, wie Ingenieure den Robotereinsatz planen. Anstatt umfangreiche monolithische Roboterprogramme zu erstellen, werden Bewegungsprogramme leichtgewichtig, modular und einfacher von externen Automatisierungssystemen auszulösen.
Die kompakte Plattform Meca500 ist für hochpräzise Automatisierungsumgebungen ausgelegt, in denen Platzersparnis und flexible Steuerung entscheidend sind.
Warum der Meca500 anders arbeitet
Herkömmliche Industrieroboter verwalten ihre I/O-Vorgänge in der Regel intern. Sie überwachen Sensoren, warten auf Feldeingaben, führen Berechnungen durch und steuern Peripheriegeräte direkt über die Robotersteuerung.
Der Meca500 entlastet den Roboter von einem großen Teil dieser Aufgaben. Die SPS wird zur primären Entscheidungsinstanz, während sich der Roboter nahezu vollständig auf die Ausführung von Bewegungsbefehlen konzentriert.
Diese Architektur bietet erhebliche Vorteile in verteilten Automatisierungssystemen. Integratoren können die Maschinenkoordination in SPS-Plattformen wie Allen Bradley ControlLogix oder in fortschrittlichen Bewegungsumgebungen innerhalb von Siemens SIMATIC S7-Systemen zentralisieren.
Der Meca500 minimiert die Verarbeitung über die integrierten I/Os, sodass die meisten Entscheidungen zur Ablaufsteuerung und Regelung auf der SPS-Ebene getroffen werden.
Zwei unterschiedliche Bewegungsstrategien
Dynamische, von der SPS erzeugte Bewegungen
Wenn Anwendungen laufende Positionsanpassungen, Sensorfeedback oder adaptive Bewegungen erfordern, berechnet die SPS die Koordinaten und sendet sie über die Ethernet-Kommunikation direkt an den Roboter.
Diese Methode eignet sich besonders gut für Anwendungen in der Maschinenbeschickung, Inspektion und bildgeführten Automatisierung, bei denen sich die Positionen ständig ändern. Außerdem vereinfacht sie die Integration externer Messsysteme und intelligenter Sensoren.
Gespeicherte Bewegungsprogramme für sich wiederholende Aufgaben
Für stabile und wiederholbare Anwendungen können Ingenieure Bewegungsroutinen direkt in MecaPortal schreiben und intern auf dem Roboter speichern.
Anstatt jede Bewegungskoordinate einzeln zu übertragen, weist die SPS den Roboter einfach an, eine vordefinierte Programmnummer auszuführen. Dadurch wird der Kommunikationsaufwand reduziert und die zyklischen Produktionsabläufe werden vereinfacht.
Erstellen eines Bewegungsprogramms in MecaPortal
Die Programmierung beginnt mit der Verbindung von Roboter, SPS und Engineering-Workstation über ein gemeinsames Ethernet-Netzwerk. Nach der Verbindung können Ingenieure über einen Standard-Webbrowser auf die MecaPortal-Umgebung zugreifen.
Der Editor unterstützt eine strukturierte Bewegungsprogrammierung mit funktionsartigen Befehlen. Dieser Ansatz ähnelt eher einer vereinfachten Skriptsprache als der herkömmlichen Programmierung über ein Teach-Pendant.
MecaPortal bietet eine schlanke browserbasierte Programmierumgebung zum Erstellen wiederverwendbarer Roboterbewegungsprogramme.
Bewegungsparameter verstehen
Die Konfiguration der Geschwindigkeit ist entscheidend
Bevor eine Bewegung beginnt, benötigt der Roboter Geschwindigkeitsdefinitionen für lineare, Winkel- und Gelenkbewegungen. Diese Parameter wirken sich direkt auf Zykluszeit, Positionierungsstabilität und mechanische Belastung aus.
Befehle wie SetCartLinVel(), SetCartAngVel() und SetJointVel() ermöglichen es Ingenieuren, sichere und reproduzierbare Betriebsbedingungen festzulegen, bevor Bewegungssequenzen ausgeführt werden.
Konservative Bewegungseinstellungen bleiben bei den ersten Tests unerlässlich. Hochgeschwindigkeitsbewegungen können schnell Kollisionsrisiken verursachen, insbesondere bei der anfänglichen Validierung der Koordinaten.
Auswahl zwischen MovePose und MoveLin
Der Meca500 bietet mehrere Bewegungsbefehle für unterschiedliche betriebliche Anforderungen.
MovePose legt den Schwerpunkt auf Effizienz und Geschwindigkeit. Die Steuerung berechnet die Gelenkbewegung automatisch anhand kartesischer Koordinaten. Dies eignet sich gut für lange Verfahrwege, bei denen die exakte Form der Bahn weniger wichtig ist.
MoveLin gewährleistet eine geradlinige TCP-Bewegung. Ingenieure verwenden diesen Befehl in der Regel für Annäherungs- und Rückzugsbewegungen an Vorrichtungen, Werkzeugen oder bei Präzisionsplatzierungen.
Jogging-Funktionen helfen Ingenieuren, Koordinatenrichtungen zu überprüfen und Positionierungsfehler vor der Ausführung automatisierter Bewegungen zu vermeiden.
Programmierung einer Pick-and-Place-Sequenz
Die vorgestellte Anwendung folgt einem klassischen industriellen Pick-and-Place-Ablauf. Schnelle Positionierbefehle bewegen den Roboter in die Nähe des Zielbereichs, während langsamere lineare Bewegungen das Greifen und Ablegen des Objekts übernehmen.
Diese Trennung zwischen schnellem Transport und kontrollierter Annäherungsbewegung entspricht den bewährten Standardverfahren der industriellen Robotik. Sie verbessert die Zykluseffizienz und verringert gleichzeitig das Kollisionsrisiko bei kritischen Handhabungsvorgängen.
Auch das Timing des Greifers spielt eine wichtige Rolle. Verzögerungsbefehle stellen sicher, dass der Endeffektor vollständig schließt oder öffnet, bevor der Roboter zum nächsten Bewegungsschritt übergeht.
Die fertige Roboterroutine kombiniert lineare Bewegungen, Positionierbefehle und Greifersteuerung zu einer wiederverwendbaren Automatisierungssequenz.
Programme aus der SPS speichern und ausführen
Nach der Validierung kann das Programm direkt mit einem numerischen Bezeichner im Roboter gespeichert werden. Die rein numerische Benennung vereinfacht die Programmauswahl über SPS-Funktionsbausteine.
Auf SPS-Seite erfordert die Ausführung nur wenige Befehle. Zunächst stellt die SPS über den Connect-Funktionsbaustein die Steuerungsberechtigung her. Anschließend startet die StartOfflineProgram-Anweisung die ausgewählte Routine.
Die numerische Programmspeicherung vereinfacht die Auswahl und Ausführungsverwaltung von Programmen auf SPS-Basis.
SPS-Funktionsbausteine ermöglichen es externen Automatisierungssystemen, gespeicherte Roboterroutinen über Ethernet auszulösen.
Was dies für zukünftige Automatisierungssysteme bedeutet
Der Meca500 spiegelt einen größeren Wandel in der industriellen Automatisierung wider. Moderne Roboterplattformen sind zunehmend auf Ethernet-Kommunikation, verteilte Logik und softwaredefinierte Bewegungssteuerung angewiesen und nicht auf isolierte Robotersteuerungen.
Da Hersteller modulare Produktionssysteme anstreben, werden dezentrale Roboterarchitekturen attraktiver. SPS koordinieren bereits Förderanlagen, Antriebe, Bildverarbeitungssysteme und Sicherheitseinrichtungen. Wird diese Koordination auf die Robotersequenzierung ausgeweitet, entsteht eine einheitlichere Automatisierungsumgebung.
Integratoren, die mit verteilter I/O und Ethernet-basierten Bewegungsnetzwerken arbeiten, können ebenfalls davon profitieren, umfassendere industrielle Kommunikations- und Netzwerklösungen für skalierbare Maschinenarchitekturen zu erkunden.
Meinung des Autors
Der Meca500 ist nicht einfach nur ein kleinerer Industrieroboter. Seine Architektur stellt eine bewusste Entwicklung hin zu einem softwarezentrierten Automatisierungsdesign dar.
Aus ingenieurtechnischer Sicht ist die Trennung der Roboterbewegung von der Maschinenlogik für viele moderne Anwendungen äußerst sinnvoll. Sie verringert die Komplexität der Steuerung, verbessert die Flexibilität und ermöglicht es der SPS, die tatsächliche Orchestrierungsebene der Maschine zu bleiben.
Für erfahrene Automatisierungsingenieure fühlt sich dieser Ansatz eher nach der Zukunft der Robotik an als das von steuerungszentrierten Altmodellen, die jahrzehntelang die Fabriken dominiert haben.
Daniel Mercer | Reporter für Robotiksysteme
Daniel Mercer verfügt über 14 Jahre Erfahrung in der Industrierobotik, der SPS-Integration und verteilten Bewegungssystemen. Sein Hintergrund umfasst Automatisierungsprojekte mit Plattformen von Siemens, Beckhoff Automation, FANUC, Rockwell Automation und Emerson in der Automobilindustrie und der Präzisionsmontage.