Como os CLPs estão transformando o controle preciso de robôs na manufatura moderna

O controle robótico está se aproximando do PLC

Durante décadas, os robôs industriais operaram como ilhas de automação isoladas. Os engenheiros programavam trajetórias de movimento por meio de pendentes de programação dedicados, enquanto os PLCs cuidavam da lógica da máquina ao redor. Essa separação está começando a desaparecer.

Robôs compactos de alta precisão, como o Mecademic Meca500, agora permitem o controle direto dos movimentos por meio de plataformas PLC, mudando a forma como os fabricantes projetam células de automação. Em vez de enviar simples sinais de início e parada, o PLC agora pode comandar cada movimento do robô em tempo real via EtherNet/IP.

Essa mudança é especialmente importante para montagem eletrônica, automação laboratorial, manipulação de semicondutores e ambientes de fabricação de precisão, nos quais dimensões compactas e movimento determinístico são mais importantes do que a capacidade bruta de carga.

Arquiteturas robóticas compactas estão permitindo uma integração mais estreita entre o controle de movimento e os sistemas de automação baseados em PLC.

Por que o controle estruturado por PLC muda a integração de robôs

Os robôs tradicionais de seis eixos normalmente dependem de linguagens proprietárias de robótica e controladores de movimento independentes. Já a robótica controlada por PLC transfere grande parte dessa lógica para a plataforma de controle que já gerencia transportadores, sensores, sistemas de visão e intertravamentos de segurança.

Nessa implementação, um PLC Allen-Bradley CompactLogix se comunica diretamente com o Meca500 por meio do EtherNet/IP. Instruções de movimento como MovePose e MoveJoints passam a fazer parte do ambiente de lógica ladder, em vez de permanecerem dentro de um programa de robô separado.

Essa arquitetura reduz significativamente a complexidade de integração para fabricantes de máquinas que já adotam plataformas de automação Rockwell. Instalações que operam sistemas Allen-Bradley CompactLogix existentes podem integrar o movimento robótico sem introduzir outro ecossistema de programação dedicado.

O EtherNet/IP se torna a base do movimento

Primeiro, o robô deve ser configurado na mesma sub-rede que o PLC. Depois que a comunicação EtherNet/IP é habilitada pela interface MecaPortal, o PLC assume a responsabilidade pela coordenação do robô.

Ao contrário das arquiteturas robóticas mais antigas, que simplesmente executavam rotinas pré-carregadas, essa configuração permite que o PLC gere comandos de movimento ativos de forma dinâmica. Essa diferença se torna crítica em aplicações de fabricação adaptativa, nas quais as trajetórias de movimento dependem do retorno de sensores, de sistemas de inspeção ou de alterações nas receitas.

A configuração do EtherNet/IP permite que o controlador do robô passe da operação independente para a execução de movimentos gerenciada pelo PLC.

EDS e AOI simplificam o comissionamento de dispositivos

Os sistemas baseados em Rockwell dependem bastante de arquivos Electronic Data Sheet e de Add-On Instructions para simplificar a integração de hardware. Depois que o EDS é instalado, o robô aparece como um dispositivo nativo no Studio 5000.

A camada AOI abstrai grande parte da complexidade da comunicação de baixo nível. Os engenheiros podem se concentrar na lógica de movimento em vez de criar manualmente estruturas de mensagens Ethernet.

Esse fluxo de trabalho reflete a evolução mais ampla que ocorre na automação industrial. Os fornecedores oferecem cada vez mais objetos de software reutilizáveis, em vez de exigir uma extensa programação personalizada. Estratégias de integração semelhantes também estão se tornando comuns nas plataformas modernas de PLC e PAC usadas em processos e na fabricação híbrida.

Os arquivos de definição do dispositivo reduzem o tempo de comissionamento ao permitir que os robôs apareçam como ativos nativos de automação dentro do Studio 5000.

Os comandos de movimento se tornam objetos da lógica ladder

Depois de conectado, o robô pode executar movimentos diretamente da lógica ladder por meio de blocos de função predefinidos. Comandos como Connect, MovePose e MoveJoints definem a trajetória e o comportamento de posicionamento do robô.

Essa abordagem muda a forma como as equipes de manutenção interagem com os sistemas robóticos. Em vez de diagnosticar problemas em vários ambientes de programação, os técnicos podem analisar o comportamento do robô diretamente na plataforma PLC que já conhecem.

MovePose para precisão cartesiana

A instrução MovePose comanda o robô até uma coordenada cartesiana específica usando valores X, Y, Z, W, P e R. Esse método é ideal para sistemas de pegar e posicionar, estações de inspeção e tarefas compactas de montagem que exigem posicionamento repetível da ferramenta.

As instruções de movimento cartesiano permitem que os engenheiros gerenciem o posicionamento do robô diretamente nas rotinas ladder do PLC.

Controle baseado em juntas para recuperação e referenciamento

Os comandos MoveJoints fornecem posicionamento direto em nível de eixo. Essas instruções são frequentemente usadas em sequências de referenciamento, operações de recuperação e posicionamento para manutenção.

Do ponto de vista da engenharia, separar o movimento cartesiano da recuperação baseada em juntas melhora a confiabilidade operacional. Isso também simplifica o tratamento de falhas durante os procedimentos de reinicialização da máquina.

Os blocos de movimento em nível de junta fornecem posicionamento determinístico durante as operações de inicialização e manutenção.

A compatibilidade do firmware continua sendo importante

Uma lição importante dessa implementação é que o alinhamento do firmware continua sendo fundamental. O firmware do robô, o pacote EDS e a versão da AOI devem ser devidamente compatíveis.

Incompatibilidades entre versões podem criar conflitos de tipos de dados dentro do Studio 5000, especialmente nas estruturas definidas pelo módulo. Embora engenheiros de controle experientes possam substituir manualmente tipos de dados desatualizados, o problema destaca um desafio mais amplo do setor: a interoperabilidade ainda depende muito do gerenciamento do ciclo de vida do software.

Isso não é exclusivo da robótica. Preocupações semelhantes com compatibilidade aparecem em migrações de DCS, atualizações de monitoramento de turbinas e expansões de E/S distribuídas envolvendo plataformas da ABB, Honeywell, Emerson e GE.

O gerenciamento cuidadoso de versões continua sendo essencial ao integrar sistemas robóticos EtherNet/IP a controladores industriais.

Onde essa arquitetura se encaixa melhor

A robótica controlada por PLC não pretende substituir todos os controladores robóticos tradicionais. Células de soldagem com grandes capacidades de carga e sistemas complexos de coordenação de vários robôs ainda se beneficiam de plataformas robóticas dedicadas.

No entanto, para aplicações compactas de precisão, esse modelo é extremamente atraente. A montagem médica, o alinhamento óptico, a fabricação de eletrônicos e a automação laboratorial exigem cada vez mais robôs que se comportem como eixos inteligentes da máquina, em vez de ilhas de automação isoladas.

A capacidade de integrar a robótica diretamente à sequência do PLC também reduz os ciclos de desenvolvimento para fabricantes de máquinas OEM. Equipes de engenharia menores podem implantar movimentos robóticos avançados sem manter especialistas separados em programação de robôs.

A direção mais ampla do setor

O mercado de robótica industrial está avançando em direção a arquiteturas de movimento definidas por software. A programação em texto estruturado, as comunicações EtherNet/IP e a coordenação centrada no PLC estão se tornando expectativas padrão, e não mais recursos avançados.

O que torna sistemas como o Meca500 notáveis não é apenas sua precisão em nível de mícron, mas também a forma acessível como permitem a integração robótica para engenheiros de controle convencionais.

Em muitas fábricas, o programador de robôs do futuro talvez nem carregue mais um pendente de programação. Em vez disso, ele criará estratégias de movimento diretamente no ambiente PLC que já controla o restante da máquina.

Autor: Nathaniel Brooks | Repórter sênior de sistemas industriais

Nathaniel Brooks tem mais de 14 anos de experiência cobrindo robótica industrial, arquitetura de PLC e sistemas de controle de movimento. Sua experiência inclui projetos de integração de automação envolvendo Rockwell Automation, ABB Robotics, plataformas de movimento Siemens e sistemas de embalagem de alta velocidade nos setores de semicondutores e fabricação de precisão.