چگونه PLCها کنترل دقیق رباتها را در تولید مدرن بازتعریف میکنند
نسل جدیدی از رباتهای دقیق در حال تغییر نحوهی رویکرد مهندسان به کنترل حرکت است. با ترکیب منطق متن ساختاریافته، ارتباط EtherNet/IP و رباتیک مبتنی بر PLC، سیستمهای جمعوجوری مانند Meca500 اتوماسیون...
کنترل رباتیک به PLC نزدیکتر میشود
برای دههها، رباتهای صنعتی بهصورت جزایر خودکار جداگانه عمل میکردند. مهندسان مسیرهای حرکتی را از طریق پنلهای آموزش اختصاصی برنامهریزی میکردند، در حالی که PLCها منطق ماشینهای اطراف را مدیریت میکردند. این جدایی اکنون در حال از بین رفتن است.
رباتهای کوچک و دقیق مانند Mecademic Meca500 اکنون امکان کنترل مستقیم حرکت از طریق پلتفرمهای PLC را فراهم میکنند و نحوه طراحی سلولهای اتوماسیون توسط تولیدکنندگان را تغییر میدهند. به جای ارسال فرمانهای ساده شروع و توقف، PLC اکنون میتواند هر حرکت ربات را به صورت بلادرنگ از طریق EtherNet/IP فرمان دهد.
این تغییر بهویژه برای مونتاژ الکترونیک، اتوماسیون آزمایشگاهی، جابجایی نیمههادیها و محیطهای تولید دقیق که در آنها فضای فشرده و حرکت قطعی اهمیت بیشتری نسبت به ظرفیت بارگذاری خام دارد، اهمیت دارد.
معماریهای ربات کوچک امکان ادغام نزدیکتر بین کنترل حرکت و سیستمهای اتوماسیون مبتنی بر PLC را فراهم میکنند.
چرا کنترل ساختاریافته PLC، ادغام ربات را تغییر میدهد
رباتهای شش محوره سنتی معمولاً به زبانهای ربات اختصاصی و کنترلکنندههای حرکتی مستقل متکی هستند. در مقابل، رباتیک مبتنی بر PLC بخش زیادی از آن منطق را به پلتفرم کنترلی منتقل میکند که در حال حاضر نقالهها، حسگرها، سیستمهای بینایی و قفلهای ایمنی را مدیریت میکند.
در این پیادهسازی، یک PLC Allen-Bradley CompactLogix از طریق EtherNet/IP مستقیماً با Meca500 ارتباط برقرار میکند. دستورهای حرکتی مانند MovePose و MoveJoints بخشی از محیط منطق نردبانی میشوند و دیگر در برنامه ربات جداگانه قرار ندارند.
این معماری پیچیدگی ادغام را برای سازندگان ماشین که قبلاً روی پلتفرمهای اتوماسیون Rockwell استاندارد شدهاند، به طور قابل توجهی کاهش میدهد. تأسیساتی که سیستمهای Allen-Bradley CompactLogix را اجرا میکنند، میتوانند حرکت رباتیک را بدون معرفی اکوسیستم برنامهنویسی اختصاصی دیگر، ادغام کنند.
EtherNet/IP به ستون فقرات حرکت تبدیل میشود
ابتدا باید ربات روی همان زیرشبکه PLC پیکربندی شود. پس از فعالسازی ارتباط EtherNet/IP از طریق رابط MecaPortal، PLC مسئول هماهنگی ربات میشود.
برخلاف معماریهای رباتیک قدیمی که فقط روتینهای از پیش بارگذاری شده را اجرا میکردند، این پیکربندی به PLC اجازه میدهد دستورات حرکتی زنده و پویا تولید کند. این تفاوت در کاربردهای تولید تطبیقی که مسیرهای حرکتی به بازخورد حسگر، سیستمهای بازرسی یا تغییرات دستورالعمل بستگی دارد، حیاتی است.
پیکربندی EtherNet/IP به کنترلکننده ربات اجازه میدهد از عملکرد مستقل به اجرای حرکت مدیریتشده توسط PLC منتقل شود.
EDS و AOI راهاندازی دستگاه را ساده میکنند
سیستمهای مبتنی بر Rockwell به شدت به فایلهای Electronic Data Sheet و Add-On Instructions برای تسهیل ادغام سختافزار متکی هستند. پس از نصب EDS، ربات به عنوان یک دستگاه بومی در Studio 5000 ظاهر میشود.
لایه AOI بخش زیادی از پیچیدگی ارتباطات سطح پایین را انتزاع میکند. مهندسان میتوانند روی منطق حرکت تمرکز کنند به جای ساخت دستی ساختارهای پیامرسانی اترنت.
این روند کاری بازتابی از تحول گستردهتر در اتوماسیون صنعتی است. فروشندگان به طور فزایندهای اشیاء نرمافزاری قابل استفاده مجدد ارائه میدهند به جای نیاز به کدنویسی سفارشی گسترده. استراتژیهای ادغام مشابه نیز در پلتفرمهای مدرن PLC و PAC که در تولید فرآیندی و ترکیبی استفاده میشوند، رایج شدهاند.
فایلهای تعریف دستگاه زمان راهاندازی را کاهش میدهند و اجازه میدهند رباتها به عنوان داراییهای بومی اتوماسیون در Studio 5000 ظاهر شوند.
دستورات حرکت به اشیاء منطق نردبانی تبدیل میشوند
پس از اتصال، ربات میتواند حرکات را مستقیماً از منطق نردبانی از طریق بلوکهای عملکرد از پیش تعریف شده اجرا کند. دستوراتی مانند Connect، MovePose و MoveJoints مسیر و رفتار موقعیتیابی ربات را تعریف میکنند.
این رویکرد نحوه تعامل تیمهای نگهداری با سیستمهای رباتیک را تغییر میدهد. به جای عیبیابی چندین محیط برنامهنویسی، تکنسینها میتوانند رفتار ربات را مستقیماً در داخل پلتفرم PLC که قبلاً میشناسند، تشخیص دهند.
MovePose برای دقت کارتزین
دستور MovePose ربات را به مختصات کارتزین خاصی با استفاده از مقادیر X، Y، Z، W، P و R فرمان میدهد. این روش برای سیستمهای برداشتن و قرار دادن، ایستگاههای بازرسی و وظایف مونتاژ فشرده که نیاز به موقعیتیابی تکرارپذیر ابزار دارند، ایدهآل است.
دستورات حرکت کارتزین به مهندسان اجازه میدهد موقعیتیابی ربات را مستقیماً در داخل روتینهای نردبانی PLC مدیریت کنند.
کنترل مبتنی بر مفصل برای بازیابی و خانهسازی
دستورات MoveJoints موقعیتیابی مستقیم در سطح محور را فراهم میکنند. این دستورها اغلب برای توالیهای خانهسازی، عملیات بازیابی و موقعیتیابی نگهداری استفاده میشوند.
از دید مهندسی، جدا کردن حرکت کارتزین از بازیابی مبتنی بر مفصل، قابلیت اطمینان عملیاتی را بهبود میبخشد. همچنین مدیریت خطا در طول مراحل راهاندازی مجدد ماشین را سادهتر میکند.
بلوکهای حرکت در سطح مفصل موقعیتیابی قطعی را در طول عملیات راهاندازی و نگهداری فراهم میکنند.
سازگاری فریمور هنوز اهمیت دارد
یکی از درسهای مهم این پیادهسازی این است که هماهنگی فریمور همچنان حیاتی است. فریمور ربات، بسته EDS و نسخه AOI باید همگی به درستی مطابقت داشته باشند.
عدم تطابق نسخهها میتواند باعث ایجاد تعارض نوع دادهها در Studio 5000 شود، بهویژه در ساختارهای تعریف شده توسط ماژول. در حالی که مهندسان کنترل باتجربه میتوانند به صورت دستی نوع دادههای قدیمی را جایگزین کنند، این مسئله چالش گستردهتری در صنعت را نشان میدهد: قابلیت همکاری هنوز به شدت به مدیریت چرخه عمر نرمافزار وابسته است.
این موضوع منحصر به رباتیک نیست. نگرانیهای مشابه سازگاری در مهاجرتهای DCS، ارتقاءهای نظارت توربین و گسترش I/O توزیعشده که شامل پلتفرمهایی از ABB، Honeywell، Emerson و GE هستند نیز دیده میشود.
مدیریت دقیق نسخهها هنگام ادغام سیستمهای رباتیک EtherNet/IP در کنترلکنندههای صنعتی ضروری است.
این معماری کجا بهترین کاربرد را دارد
رباتیک کنترلشده توسط PLC قرار نیست جایگزین همه کنترلکنندههای ربات سنتی شود. سلولهای جوشکاری با بارگذاری بالا و سیستمهای هماهنگی چند ربات پیچیده همچنان از پلتفرمهای رباتیک اختصاصی بهره میبرند.
با این حال، برای کاربردهای دقیق و فشرده، این مدل بسیار جذاب است. مونتاژ پزشکی، تراز نوری، تولید الکترونیک و اتوماسیون آزمایشگاهی به طور فزایندهای به رباتهایی نیاز دارند که مانند محورهای هوشمند ماشین رفتار کنند نه جزایر خودکار جداگانه.
توانایی ادغام رباتیک مستقیماً در توالیبندی PLC همچنین چرخههای توسعه را برای سازندگان ماشین OEM کوتاهتر میکند. تیمهای مهندسی کوچکتر میتوانند حرکت رباتیک پیشرفته را بدون نیاز به نگهداری متخصصان برنامهنویسی ربات جداگانه به کار گیرند.
جهتگیری بزرگتر صنعت
بازار رباتیک صنعتی به سمت معماریهای حرکت تعریفشده توسط نرمافزار حرکت میکند. برنامهنویسی متن ساختاریافته، ارتباطات EtherNet/IP و هماهنگی مبتنی بر PLC به جای ویژگیهای پیشرفته، به انتظارات استاندارد تبدیل شدهاند.
آنچه سیستمهایی مانند Meca500 را قابل توجه میکند، نه تنها دقت در سطح میکرون آنها، بلکه نحوه قابل دسترس کردن ادغام رباتیک برای مهندسان کنترل متعارف است.
در بسیاری از کارخانهها، برنامهنویس ربات آینده ممکن است اصلاً پنل آموزش همراه نداشته باشد. در عوض، آنها استراتژیهای حرکت را مستقیماً در محیط PLC که در حال حاضر بقیه ماشین را کنترل میکند، میسازند.
نویسنده: ناتانیل بروکس | گزارشگر ارشد سیستمهای صنعتی
ناتانیل بروکس بیش از ۱۴ سال تجربه در پوشش رباتیک صنعتی، معماری PLC و سیستمهای کنترل حرکت دارد. سابقه او شامل پروژههای ادغام اتوماسیون با Rockwell Automation، ABB Robotics، پلتفرمهای حرکت Siemens و سیستمهای بستهبندی با سرعت بالا در بخشهای نیمههادی و تولید دقیق است.