Sterowanie robotami zbliża się do sterowników PLC

Przez dziesięciolecia roboty przemysłowe działały jako odizolowane wyspy automatyzacji. Inżynierowie programowali trajektorie ruchu za pomocą dedykowanych paneli operatorskich, podczas gdy sterowniki PLC obsługiwały logikę otaczającej maszyny. Ten podział zaczyna zanikać.

Kompaktowe roboty o wysokiej precyzji, takie jak Mecademic Meca500, umożliwiają obecnie bezpośrednie sterowanie ruchem za pośrednictwem platform PLC, zmieniając sposób projektowania cel automatyzacji przez producentów. Zamiast wysyłać proste sygnały startu i zatrzymania, sterownik PLC może teraz sterować każdym ruchem robota w czasie rzeczywistym przez EtherNet/IP.

Ta zmiana ma szczególne znaczenie w montażu elektroniki, automatyzacji laboratoryjnej, obsłudze półprzewodników i środowiskach produkcji precyzyjnej, gdzie kompaktowe wymiary i deterministyczny ruch są ważniejsze niż duży udźwig.

Kompaktowe architektury robotów umożliwiają ściślejszą integrację sterowania ruchem z systemami automatyzacji opartymi na PLC.

Dlaczego uporządkowane sterowanie PLC zmienia integrację robotów

Tradycyjne roboty sześcioosiowe zazwyczaj korzystają z autorskich języków robotów i autonomicznych sterowników ruchu. W przeciwieństwie do nich robotyka sterowana przez PLC przenosi znaczną część tej logiki do platformy sterowania, która już zarządza przenośnikami, czujnikami, systemami wizyjnymi i blokadami bezpieczeństwa.

W tej implementacji sterownik PLC Allen-Bradley CompactLogix komunikuje się bezpośrednio z robotem Meca500 przez EtherNet/IP. Instrukcje ruchu, takie jak MovePose i MoveJoints, stają się częścią środowiska logiki drabinkowej zamiast znajdować się w osobnym programie robota.

Ta architektura znacznie ogranicza złożoność integracji w przypadku konstruktorów maszyn, którzy już ustandaryzowali swoje rozwiązania na platformach automatyzacji Rockwell. Zakłady korzystające z istniejących systemów Allen-Bradley CompactLogix mogą integrować ruch robota bez wprowadzania kolejnego dedykowanego środowiska programistycznego.

EtherNet/IP staje się podstawą komunikacji ruchu

Najpierw robot musi zostać skonfigurowany w tej samej podsieci co sterownik PLC. Po włączeniu komunikacji EtherNet/IP za pośrednictwem interfejsu MecaPortal sterownik PLC przejmuje odpowiedzialność za koordynację robota.

W przeciwieństwie do starszych architektur robotycznych, które jedynie wykonywały wcześniej załadowane procedury, ta konfiguracja umożliwia sterownikowi PLC dynamiczne generowanie poleceń ruchu na bieżąco. Różnica ta ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach produkcji adaptacyjnej, w których trajektorie ruchu zależą od informacji zwrotnych z czujników, systemów kontroli lub zmian receptur.

Konfiguracja EtherNet/IP pozwala sterownikowi robota przejść od autonomicznej pracy do wykonywania ruchów zarządzanych przez PLC.

EDS i AOI upraszczają uruchamianie urządzeń

Systemy oparte na rozwiązaniach Rockwell w dużej mierze korzystają z plików Electronic Data Sheet i instrukcji Add-On, aby usprawnić integrację sprzętową. Po zainstalowaniu pliku EDS robot pojawia się jako natywne urządzenie w środowisku Studio 5000.

Warstwa AOI abstrahuje znaczną część złożoności komunikacji niskiego poziomu. Inżynierowie mogą skupić się na logice ruchu zamiast ręcznie tworzyć struktury komunikatów Ethernet.

Ten sposób pracy odzwierciedla szerszą ewolucję zachodzącą w automatyzacji przemysłowej. Dostawcy coraz częściej oferują wielokrotnego użytku obiekty programowe, zamiast wymagać obszernego kodowania niestandardowego. Podobne strategie integracji stają się również powszechne na nowoczesnych platformach PLC i PAC wykorzystywanych w produkcji procesowej i hybrydowej.

Pliki definicji urządzeń skracają czas uruchamiania, umożliwiając wyświetlanie robotów jako natywnych zasobów automatyzacji w środowisku Studio 5000.

Polecenia ruchu stają się obiektami logiki drabinkowej

Po nawiązaniu połączenia robot może wykonywać ruchy bezpośrednio z poziomu logiki drabinkowej za pośrednictwem predefiniowanych bloków funkcyjnych. Polecenia takie jak Connect, MovePose i MoveJoints definiują trajektorię robota oraz sposób pozycjonowania.

Takie podejście zmienia sposób, w jaki zespoły utrzymania ruchu korzystają z systemów robotycznych. Zamiast diagnozować problemy w wielu środowiskach programistycznych technicy mogą analizować działanie robota bezpośrednio w platformie PLC, którą już znają.

MovePose zapewnia precyzję kartezjańską

Instrukcja MovePose steruje robotem, kierując go do określonego współrzędnego kartezjańskiego za pomocą wartości X, Y, Z, W, P i R. Ta metoda idealnie sprawdza się w systemach pobierania i odkładania, na stanowiskach kontrolnych oraz w kompaktowych zadaniach montażowych wymagających powtarzalnego pozycjonowania narzędzia.

Instrukcje ruchu kartezjańskiego pozwalają inżynierom zarządzać pozycjonowaniem robota bezpośrednio w procedurach drabinkowych PLC.

Sterowanie oparte na przegubach podczas odzyskiwania i bazowania

Polecenia MoveJoints zapewniają bezpośrednie pozycjonowanie na poziomie osi. Instrukcje te są często używane podczas sekwencji bazowania, operacji odzyskiwania oraz pozycjonowania na potrzeby konserwacji.

Z inżynierskiego punktu widzenia oddzielenie ruchu kartezjańskiego od odzyskiwania opartego na przegubach zwiększa niezawodność operacyjną. Upraszcza również obsługę błędów podczas procedur ponownego uruchamiania maszyny.

Bloki ruchu na poziomie przegubów zapewniają deterministyczne pozycjonowanie podczas uruchamiania i prac konserwacyjnych.

Kompatybilność oprogramowania sprzętowego nadal ma znaczenie

Jedną z ważnych lekcji wynikających z tego wdrożenia jest to, że zgodność wersji oprogramowania sprzętowego nadal ma kluczowe znaczenie. Oprogramowanie sprzętowe robota, pakiet EDS i wersja AOI muszą być ze sobą prawidłowo zgodne.

Niezgodność wersji może powodować konflikty typów danych w środowisku Studio 5000, szczególnie w strukturach definiowanych przez moduły. Doświadczeni inżynierowie systemów sterowania mogą ręcznie zastąpić nieaktualne typy danych, jednak problem ten podkreśla szersze wyzwanie branżowe: interoperacyjność wciąż w dużym stopniu zależy od zarządzania cyklem życia oprogramowania.

Nie dotyczy to wyłącznie robotyki. Podobne problemy z kompatybilnością występują podczas migracji systemów DCS, modernizacji monitorowania turbin i rozbudowy rozproszonych modułów I/O obejmujących platformy firm ABB, Honeywell, Emerson i GE.

Staranne zarządzanie wersjami pozostaje niezbędne podczas integrowania robotów EtherNet/IP z przemysłowymi sterownikami.

Gdzie ta architektura sprawdza się najlepiej

Robotyka sterowana przez PLC nie ma zastąpić każdego tradycyjnego sterownika robota. Cele spawalnicze z dużym udźwigiem i złożone systemy koordynacji wielu robotów nadal odnoszą korzyści z zastosowania dedykowanych platform robotycznych.

Jednak w przypadku kompaktowych zastosowań wymagających precyzji ten model jest niezwykle atrakcyjny. Montaż urządzeń medycznych, ustawianie elementów optycznych, produkcja elektroniki i automatyzacja laboratoryjna coraz częściej wymagają robotów, które zachowują się jak inteligentne osie maszyn, a nie jak odizolowane wyspy automatyzacji.

Możliwość bezpośredniej integracji robotyki z sekwencjonowaniem PLC skraca również cykle projektowe konstruktorów maszyn OEM. Mniejsze zespoły inżynierskie mogą wdrażać zaawansowany ruch robotów bez utrzymywania osobnych specjalistów od programowania robotów.

Szerszy kierunek rozwoju branży

Rynek robotyki przemysłowej zmierza w kierunku architektur ruchu definiowanych programowo. Programowanie w języku tekstu strukturalnego, komunikacja EtherNet/IP i koordynacja oparta na PLC stają się standardowymi oczekiwaniami, a nie zaawansowanymi funkcjami.

To, co wyróżnia systemy takie jak Meca500, to nie tylko ich precyzja na poziomie mikrometrów, lecz także łatwość integracji robotów, jaką zapewniają inżynierom zajmującym się konwencjonalnymi systemami sterowania.

W wielu fabrykach przyszły programista robotów może już w ogóle nie korzystać z panelu operatorskiego. Zamiast tego będzie tworzyć strategie ruchu bezpośrednio w środowisku PLC, które już steruje pozostałą częścią maszyny.

Autor: Nathaniel Brooks | Starszy reporter ds. systemów przemysłowych

Nathaniel Brooks ma ponad 14 lat doświadczenia w opisywaniu robotyki przemysłowej, architektury PLC i systemów sterowania ruchem. Jego doświadczenie obejmuje projekty integracji automatyzacji z udziałem firm Rockwell Automation, ABB Robotics i platform ruchu Siemens, a także systemy szybkiego pakowania wykorzystywane w sektorach półprzewodników i produkcji precyzyjnej.