Jak sterowniki PLC zmieniają sterowanie robotami z wysoką precyzją we współczesnej produkcji

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 pozostałej części 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 uruchomienia 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 oraz środowiskach produkcji precyzyjnej, w których 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 strukturalne sterowanie PLC zmienia integrację robotów

Tradycyjne roboty sześcioosiowe zazwyczaj korzystają z zastrzeżonych języków programowania robotów i samodzielnych sterowników ruchu. W przeciwieństwie do tego 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 Allen-Bradley CompactLogix komunikuje się bezpośrednio z robotem Meca500 za pośrednictwem 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 systemy na platformach automatyzacji Rockwell. Zakłady korzystające z istniejących systemów Allen-Bradley CompactLogix mogą zintegrować ruch robota bez wprowadzania kolejnego dedykowanego środowiska programistycznego.

EtherNet/IP staje się podstawą sterowania ruchem

Najpierw należy skonfigurować robota 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 po prostu wykonują wcześniej załadowane procedury, ta konfiguracja pozwala sterownikowi PLC dynamicznie generować polecenia ruchu w czasie rzeczywistym. Różnica ta ma kluczowe znaczenie w adaptacyjnych zastosowaniach produkcyjnych, w których trajektorie ruchu zależą od informacji zwrotnych z czujników, systemów inspekcji lub zmian receptur.

Konfiguracja EtherNet/IP pozwala sterownikowi robota przejść od samodzielnej pracy do wykonywania ruchu zarządzanego przez PLC.

EDS i AOI upraszczają uruchamianie urządzenia

Systemy oparte na rozwiązaniach Rockwell w dużym stopniu korzystają z plików Electronic Data Sheet oraz 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 w przypadku nowoczesnych platform PLC i PAC stosowanych 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 pomocą wstępnie zdefiniowanych bloków funkcyjnych. Polecenia takie jak Connect, MovePose i MoveJoints określają trajektorię robota oraz sposób pozycjonowania.

Takie podejście zmienia sposób, w jaki zespoły utrzymania ruchu obsługują systemy robotyczne. Zamiast diagnozować problemy w wielu środowiskach programistycznych, technicy mogą analizować zachowanie robota bezpośrednio w platformie PLC, którą już znają.

MovePose zapewnia precyzję kartezjańską

Instrukcja MovePose steruje robotem do określonej współrzędnej kartezjańskiej za pomocą wartości X, Y, Z, W, P i R. Metoda ta doskonale sprawdza się w systemach pobierania i odkładania, na stanowiskach inspekcyjnych 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 powrotu do pozycji bazowej i odzyskiwania

Polecenia MoveJoints zapewniają bezpośrednie pozycjonowanie na poziomie osi. Instrukcje te są często używane podczas sekwencji powrotu do pozycji bazowej, 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.

Zgodność oprogramowania układowego nadal ma znaczenie

Jedną z ważnych lekcji płynących z tego wdrożenia jest to, że zgodność wersji oprogramowania układowego nadal ma kluczowe znaczenie. Oprogramowanie układowe 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 wskazuje na szersze wyzwanie branżowe: interoperacyjność nadal w dużej mierze zależy od zarządzania cyklem życia oprogramowania.

Nie dotyczy to wyłącznie robotyki. Podobne problemy ze zgodnością występują podczas migracji systemów DCS, modernizacji monitorowania turbin oraz rozbudowy rozproszonych modułów wejścia/wyjścia obejmujących platformy firm ABB, Honeywell, Emerson i GE.

Staranne zarządzanie wersjami pozostaje niezbędne podczas integrowania robotycznych systemów EtherNet/IP ze sterownikami przemysłowymi.

Gdzie ta architektura sprawdza się najlepiej

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

Jednak w przypadku kompaktowych zastosowań precyzyjnych ten model jest niezwykle atrakcyjny. Montaż medyczny, justowanie optyczne, produkcja elektroniki i automatyzacja laboratoryjna coraz częściej wymagają robotów, które zachowują się jak inteligentne osie maszyny, a nie jak odizolowane wyspy automatyzacji.

Możliwość bezpośredniej integracji robotyki z sekwencjonowaniem PLC skraca również cykle opracowywania maszyn przez producentów OEM. Mniejsze zespoły inżynierskie mogą wdrażać zaawansowany ruch robotów bez utrzymywania oddzielnych specjalistów ds. 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 ukierunkowana na PLC stają się standardowymi oczekiwaniami, a nie zaawansowanymi funkcjami.

Systemy takie jak Meca500 wyróżniają się nie tylko precyzją na poziomie mikrometrów, lecz także tym, że ułatwiają integrację robotów konwencjonalnym inżynierom systemów 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, platform ruchu Siemens oraz systemów szybkiego pakowania w sektorach półprzewodników i produkcji precyzyjnej.