A robotvezérlés egyre közelebb kerül a PLC-hez

Évtizedeken át az ipari robotok elszigetelt automatizálási szigetekként működtek. A mérnökök különálló betanítóvezérlőkkel programozták a mozgáspályákat, miközben a PLC-k a gép környező logikáját kezelték. Ez a szétválasztás kezd eltűnni.

Az olyan kompakt, nagy pontosságú robotok, mint a Mecademic Meca500, már lehetővé teszik a közvetlen mozgásvezérlést PLC-platformokon keresztül, megváltoztatva ezzel azt, ahogyan a gyártók az automatizálási cellákat tervezik. Egyszerű indítási és leállítási jelek küldése helyett a PLC mostantól valós időben, EtherNet/IP-n keresztül vezérelheti a robot minden mozgását.

Ez az átalakulás különösen fontos az elektronikai összeszerelésben, a laborautomatizálásban, a félvezetők kezelésében és azokban a precíziós gyártási környezetekben, ahol a kompakt kialakítás és a determinisztikus mozgás fontosabb a nagy teherbírásnál.

A kompakt robotarchitektúrák szorosabb integrációt tesznek lehetővé a mozgásvezérlés és a PLC-alapú automatizálási rendszerek között.

Miért változtatja meg a strukturált PLC-vezérlés a robotintegrációt?

A hagyományos, hat tengelyes robotok jellemzően saját fejlesztésű robotnyelvekre és önálló mozgásvezérlőkre támaszkodnak. Ezzel szemben a PLC-vezérelt robotika a logika jelentős részét abba a vezérlőrendszerbe helyezi át, amely már egyébként is kezeli a szállítószalagokat, az érzékelőket, a látórendszereket és a biztonsági reteszeléseket.

Ebben a megvalósításban egy Allen-Bradley CompactLogix PLC közvetlenül, EtherNet/IP-n keresztül kommunikál a Meca500 robottal. Az olyan mozgásutasítások, mint a MovePose és a MoveJoints, a létradiagram-logika környezetének részévé válnak, ahelyett hogy egy különálló robotprogramban kapnának helyet.

Ez az architektúra jelentősen csökkenti az integráció összetettségét azoknál a gépgyártóknál, amelyek már a Rockwell automatizálási platformjaira szabványosítottak. A meglévő Allen-Bradley CompactLogix rendszereket működtető üzemek egy új, különálló programozási ökoszisztéma bevezetése nélkül integrálhatják a robotmozgást.

Az EtherNet/IP válik a mozgás gerinchálózatává

A robotot először ugyanazon az alhálózaton kell konfigurálni, mint a PLC-t. Miután a MecaPortal felületén engedélyezték az EtherNet/IP-kommunikációt, a PLC veszi át a robot koordinációjának feladatát.

A régebbi robotikai architektúrákkal ellentétben, amelyek egyszerűen előre betöltött rutinokat hajtanak végre, ez a konfiguráció lehetővé teszi, hogy a PLC dinamikusan, valós időben generáljon mozgásparancsokat. Ez a különbség kritikus fontosságúvá válik az adaptív gyártási alkalmazásokban, ahol a mozgáspályák az érzékelők visszajelzéseitől, az ellenőrzőrendszerektől vagy a receptúrák módosításaitól függenek.

Az EtherNet/IP-konfiguráció lehetővé teszi, hogy a robotvezérlő az önálló működésről áttérjen a PLC által kezelt mozgásvégrehajtásra.

Az EDS és az AOI leegyszerűsíti az eszközök üzembe helyezését

A Rockwell-alapú rendszerek nagymértékben támaszkodnak az elektronikus adatlapfájlokra és a bővítményutasításokra a hardverintegráció egyszerűsítése érdekében. Az EDS telepítése után a robot natív eszközként jelenik meg a Studio 5000-ben.

Az AOI-réteg elrejti az alacsony szintű kommunikáció összetettségének jelentős részét. A mérnökök így a mozgáslogikára összpontosíthatnak, ahelyett hogy kézzel építenék fel az Ethernet-üzenetküldési struktúrákat.

Ez a munkafolyamat az ipari automatizálás szélesebb körű fejlődését tükrözi. A gyártók egyre gyakrabban biztosítanak újrahasznosítható szoftverobjektumokat ahelyett, hogy kiterjedt egyedi kódolást követelnének meg. Hasonló integrációs stratégiák válnak általánossá a folyamat- és hibridgyártásban használt modern PLC- és PAC-platformokon is.

Az eszközdefiníciós fájlok csökkentik az üzembe helyezés idejét, mivel lehetővé teszik, hogy a robotok natív automatizálási eszközként jelenjenek meg a Studio 5000-ben.

A mozgásparancsok létradiagram-logikai objektumokká válnak

A csatlakoztatás után a robot előre definiált funkcióblokkokon keresztül, közvetlenül a létradiagram-logikából hajthat végre mozgásokat. Az olyan parancsok, mint a Connect, a MovePose és a MoveJoints, határozzák meg a robot pályáját és pozicionálási viselkedését.

Ez a megközelítés megváltoztatja azt, ahogyan a karbantartó csapatok a robotikai rendszerekkel dolgoznak. Több programozási környezet hibakeresése helyett a technikusok közvetlenül abban a PLC-platformban diagnosztizálhatják a robot működését, amelyet már ismernek.

MovePose a derékszögű koordinátarendszerben végzett precíziós mozgáshoz

A MovePose utasítás X, Y, Z, W, P és R értékek használatával egy meghatározott derékszögű koordinátára vezérli a robotot. Ez a módszer ideális a pick-and-place rendszerekhez, az ellenőrzőállomásokhoz és a kompakt összeszerelési feladatokhoz, amelyek ismételhető szerszámpozicionálást igényelnek.

A derékszögű mozgásutasítások lehetővé teszik a mérnökök számára, hogy a robot pozicionálását közvetlenül a PLC létradiagram-rutinjaiban kezeljék.

Tengelyalapú vezérlés a visszaállításhoz és a referenciapozíció felvételéhez

A MoveJoints parancsok közvetlen tengelyszintű pozicionálást biztosítanak. Ezeket az utasításokat gyakran használják referenciapozíció-felvételi sorozatokhoz, helyreállítási műveletekhez és karbantartási pozicionáláshoz.

Mérnöki szempontból a derékszögű mozgás és a tengelyalapú helyreállítás szétválasztása javítja az üzembiztonságot. Emellett egyszerűsíti a hibakezelést a gép újraindítási eljárásai során.

A tengelyszintű mozgásblokkok determinisztikus pozicionálást biztosítanak az indítási és karbantartási műveletek során.

A firmware-kompatibilitás továbbra is fontos

Ennek a telepítésnek az egyik fontos tanulsága, hogy a firmware-ek összehangolása továbbra is kritikus jelentőségű. A robot firmware-ének, az EDS-csomagnak és az AOI-verziónak megfelelően egyeznie kell.

A verzióeltérések adattípus-konfliktusokat okozhatnak a Studio 5000-ben, különösen a modul által definiált struktúrákban. Bár a tapasztalt vezérléstechnikai mérnökök manuálisan lecserélhetik az elavult adattípusokat, a probléma rávilágít egy szélesebb iparági kihívásra: az interoperabilitás továbbra is nagymértékben függ a szoftver-életciklus kezelésétől.

Ez nem kizárólag a robotikára jellemző. Hasonló kompatibilitási problémák merülnek fel a DCS-rendszerek migrációja, a turbinafelügyeleti rendszerek korszerűsítése és az ABB, a Honeywell, az Emerson, valamint a GE platformjait érintő elosztott I/O-bővítések során is.

A verziók gondos kezelése továbbra is alapvető fontosságú az EtherNet/IP-alapú robotikai rendszerek ipari vezérlőkbe történő integrálásakor.

Hol illeszkedik a legjobban ez az architektúra?

A PLC-vezérelt robotika nem arra szolgál, hogy minden hagyományos robotvezérlőt kiváltson. A nagy teherbírású hegesztőcellák és az összetett, többrobotos koordinációs rendszerek továbbra is profitálnak a dedikált robotikai platformok használatából.

A kompakt precíziós alkalmazások esetében azonban ez a modell rendkívül vonzó. Az orvostechnikai összeszerelés, az optikai beállítás, az elektronikai gyártás és a laborautomatizálás egyre inkább olyan robotokat igényel, amelyek intelligens géptengelyekként viselkednek az elszigetelt automatizálási szigetek helyett.

A robotika közvetlen integrálásának lehetősége a PLC-szekvenciákba a fejlesztési ciklusokat is lerövidíti az OEM-gépgyártók számára. A kisebb mérnöki csapatok külön robotprogramozási szakértők fenntartása nélkül is bevezethetnek fejlett robotmozgásokat.

Az iparág tágabb iránya

Az ipari robotika piaca a szoftveresen definiált mozgásarchitektúrák felé halad. A strukturált szöveges programozás, az EtherNet/IP-kommunikáció és a PLC-központú koordináció egyre inkább alapvető elvárássá, nem pedig fejlett funkcióvá válik.

Az olyan rendszereket, mint a Meca500, nem csupán mikronos pontosságuk teszi figyelemre méltóvá, hanem az is, hogy mennyire hozzáférhetővé teszik a robotintegrációt a hagyományos vezérléstechnikai mérnökök számára.

Sok gyárban előfordulhat, hogy a jövő robotprogramozója már egyáltalán nem hord majd betanítóvezérlőt. Ehelyett közvetlenül abban a PLC-környezetben alakítja ki a mozgási stratégiákat, amely már a gép többi részét is vezérli.

Szerző: Nathaniel Brooks | Vezető ipari rendszerek szakújságírója

Nathaniel Brooks több mint 14 éves tapasztalattal rendelkezik az ipari robotika, a PLC-architektúrák és a mozgásvezérlő rendszerek bemutatásában. Hátterébe a Rockwell Automation, az ABB Robotics és a Siemens mozgásvezérlési platformjait, valamint a félvezetőipari és precíziós gyártási ágazatok nagy sebességű csomagolórendszereit érintő automatizálási integrációs projektek tartoznak.