PLC กำลังปฏิวัติการควบคุมหุ่นยนต์ความแม่นยำสูงในการผลิตสมัยใหม่

การควบคุมหุ่นยนต์กำลังเข้าใกล้ PLC มากขึ้น

ตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมา หุ่นยนต์อุตสาหกรรมทำงานเป็นเกาะระบบอัตโนมัติที่แยกออกจากกัน วิศวกรเขียนโปรแกรมเส้นทางการเคลื่อนที่ผ่านแผงสอนการทำงานเฉพาะทาง ขณะที่ PLC รับผิดชอบลอจิกของเครื่องจักรโดยรอบ แต่การแบ่งแยกดังกล่าวกำลังเริ่มหายไป

ปัจจุบัน หุ่นยนต์ขนาดกะทัดรัดที่มีความแม่นยำสูง เช่น Mecademic Meca500 ช่วยให้สามารถควบคุมการเคลื่อนที่โดยตรงผ่านแพลตฟอร์ม PLC ได้ ซึ่งกำลังเปลี่ยนวิธีที่ผู้ผลิตออกแบบเซลล์ระบบอัตโนมัติ แทนที่จะส่งเพียงสัญญาณเริ่มและหยุดแบบง่าย ๆ PLC สามารถสั่งการการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ทุกจังหวะแบบเรียลไทม์ผ่าน EtherNet/IP ได้แล้ว

การเปลี่ยนแปลงนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการประกอบอิเล็กทรอนิกส์ ระบบอัตโนมัติในห้องปฏิบัติการ การจัดการเซมิคอนดักเตอร์ และสภาพแวดล้อมการผลิตที่ต้องการความแม่นยำ ซึ่งพื้นที่ติดตั้งที่กะทัดรัดและการเคลื่อนที่แบบกำหนดแน่นอนมีความสำคัญมากกว่าความสามารถในการรับน้ำหนักสูงสุด

สถาปัตยกรรมหุ่นยนต์ขนาดกะทัดรัดช่วยให้การควบคุมการเคลื่อนที่ทำงานร่วมกับระบบอัตโนมัติที่ใช้ PLC ได้แนบแน่นยิ่งขึ้น

เหตุใดการควบคุมหุ่นยนต์ด้วย PLC แบบมีโครงสร้างจึงเปลี่ยนแปลงการผสานระบบ

โดยทั่วไป หุ่นยนต์หกแกนอาศัยภาษาหุ่นยนต์เฉพาะของผู้ผลิตและตัวควบคุมการเคลื่อนที่แบบแยกอิสระ ในทางตรงกันข้าม ระบบหุ่นยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วย PLC จะย้ายลอจิกส่วนใหญ่ไปไว้ในแพลตฟอร์มควบคุมที่จัดการสายพานลำเลียง เซนเซอร์ ระบบวิชัน และอินเตอร์ล็อกด้านความปลอดภัยอยู่แล้ว

ในการใช้งานนี้ PLC Allen-Bradley CompactLogix สื่อสารโดยตรงกับ Meca500 ผ่าน EtherNet/IP คำสั่งการเคลื่อนที่ เช่น MovePose และ MoveJoints กลายเป็นส่วนหนึ่งของสภาพแวดล้อมลอจิกแบบแลดเดอร์ แทนที่จะอยู่ภายในโปรแกรมหุ่นยนต์แยกต่างหาก

สถาปัตยกรรมนี้ช่วยลดความซับซ้อนในการผสานระบบได้อย่างมากสำหรับผู้สร้างเครื่องจักรที่ใช้แพลตฟอร์มระบบอัตโนมัติของ Rockwell เป็นมาตรฐานอยู่แล้ว โรงงานที่มีระบบ Allen-Bradley CompactLogix อยู่เดิม สามารถผสานการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ได้โดยไม่ต้องเพิ่มระบบนิเวศการเขียนโปรแกรมเฉพาะอีกระบบหนึ่ง

EtherNet/IP กลายเป็นแกนหลักของการควบคุมการเคลื่อนที่

ขั้นแรกต้องกำหนดค่าให้หุ่นยนต์อยู่ในซับเน็ตเดียวกับ PLC เมื่อเปิดใช้งานการสื่อสาร EtherNet/IP ผ่านอินเทอร์เฟซ MecaPortal แล้ว PLC จะรับหน้าที่ประสานงานหุ่นยนต์

ต่างจากสถาปัตยกรรมหุ่นยนต์รุ่นเก่าที่เพียงเรียกใช้รูทีนซึ่งโหลดไว้ล่วงหน้า การกำหนดค่านี้ทำให้ PLC สามารถสร้างคำสั่งการเคลื่อนที่แบบสดและปรับเปลี่ยนได้แบบไดนามิก ความแตกต่างนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการผลิตแบบปรับเปลี่ยนได้ ซึ่งเส้นทางการเคลื่อนที่ขึ้นอยู่กับข้อมูลจากเซนเซอร์ ระบบตรวจสอบ หรือการเปลี่ยนสูตรการผลิต

การกำหนดค่า EtherNet/IP ช่วยให้ตัวควบคุมหุ่นยนต์เปลี่ยนจากการทำงานแบบแยกอิสระมาเป็นการดำเนินการเคลื่อนที่ภายใต้การจัดการของ PLC

EDS และ AOI ช่วยให้การเริ่มใช้งานอุปกรณ์ง่ายขึ้น

ระบบที่ใช้ Rockwell พึ่งพาไฟล์ Electronic Data Sheet และ Add-On Instructions อย่างมาก เพื่อทำให้การผสานฮาร์ดแวร์เป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อติดตั้ง EDS แล้ว หุ่นยนต์จะปรากฏเป็นอุปกรณ์แบบเนทีฟภายใน Studio 5000

ชั้น AOI ช่วยซ่อนความซับซ้อนส่วนใหญ่ของการสื่อสารระดับล่าง วิศวกรจึงสามารถมุ่งเน้นที่ลอจิกการเคลื่อนที่ แทนการสร้างโครงสร้างข้อความ Ethernet ด้วยตนเอง

เวิร์กโฟลว์นี้สะท้อนพัฒนาการในภาพรวมของระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม ผู้ผลิตต่าง ๆ หันมาให้ซอฟต์แวร์ออบเจ็กต์ที่นำกลับมาใช้ซ้ำได้มากขึ้น แทนการกำหนดให้ผู้ใช้ต้องเขียนโค้ดแบบกำหนดเองจำนวนมาก กลยุทธ์การผสานระบบในลักษณะเดียวกันกำลังกลายเป็นเรื่องปกติบน แพลตฟอร์ม PLC และ PAC สมัยใหม่ ที่ใช้ในอุตสาหกรรมกระบวนการและการผลิตแบบไฮบริด

ไฟล์กำหนดอุปกรณ์ช่วยลดเวลาเริ่มใช้งาน ด้วยการทำให้หุ่นยนต์ปรากฏเป็นทรัพยากรระบบอัตโนมัติแบบเนทีฟภายใน Studio 5000

คำสั่งการเคลื่อนที่กลายเป็นออบเจ็กต์ลอจิกแบบแลดเดอร์

เมื่อเชื่อมต่อแล้ว หุ่นยนต์สามารถดำเนินการเคลื่อนที่โดยตรงจากลอจิกแบบแลดเดอร์ผ่านฟังก์ชันบล็อกที่กำหนดไว้ล่วงหน้า คำสั่งอย่าง Connect, MovePose และ MoveJoints จะกำหนดวิถีและพฤติกรรมการจัดตำแหน่งของหุ่นยนต์

แนวทางนี้เปลี่ยนวิธีที่ทีมบำรุงรักษาโต้ตอบกับระบบหุ่นยนต์ แทนที่จะต้องวิเคราะห์ปัญหาจากสภาพแวดล้อมการเขียนโปรแกรมหลายระบบ ช่างเทคนิคสามารถวินิจฉัยพฤติกรรมของหุ่นยนต์ได้โดยตรงภายในแพลตฟอร์ม PLC ที่ตนคุ้นเคยอยู่แล้ว

MovePose สำหรับความแม่นยำแบบคาร์ทีเซียน

คำสั่ง MovePose สั่งให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปยังพิกัดคาร์ทีเซียนที่กำหนด โดยใช้ค่า X, Y, Z, W, P และ R วิธีนี้เหมาะสำหรับระบบหยิบและวาง สถานีตรวจสอบ และงานประกอบขนาดกะทัดรัดที่ต้องการการจัดตำแหน่งเครื่องมือซ้ำได้อย่างแม่นยำ

คำสั่งการเคลื่อนที่แบบคาร์ทีเซียนช่วยให้วิศวกรจัดการตำแหน่งของหุ่นยนต์ได้โดยตรงภายในรูทีนแบบแลดเดอร์ของ PLC

การควบคุมตามข้อต่อสำหรับการกู้คืนและการหาตำแหน่งเริ่มต้น

คำสั่ง MoveJoints ช่วยกำหนดตำแหน่งโดยตรงในระดับแกน คำสั่งเหล่านี้มักใช้สำหรับลำดับการหาตำแหน่งเริ่มต้น การกู้คืนการทำงาน และการจัดตำแหน่งเพื่อการบำรุงรักษา

ในมุมมองทางวิศวกรรม การแยกการเคลื่อนที่แบบคาร์ทีเซียนออกจากการกู้คืนโดยอาศัยข้อต่อช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือในการทำงาน นอกจากนี้ยังช่วยให้การจัดการข้อผิดพลาดระหว่างขั้นตอนการเริ่มเครื่องจักรใหม่ง่ายขึ้น

บล็อกการเคลื่อนที่ระดับข้อต่อช่วยให้กำหนดตำแหน่งได้อย่างแน่นอนระหว่างการเริ่มต้นระบบและการบำรุงรักษา

ความเข้ากันได้ของเฟิร์มแวร์ยังคงมีความสำคัญ

บทเรียนสำคัญประการหนึ่งจากการติดตั้งระบบนี้คือ การทำให้เฟิร์มแวร์สอดคล้องกันยังคงเป็นสิ่งสำคัญ เฟิร์มแวร์ของหุ่นยนต์ แพ็กเกจ EDS และเวอร์ชัน AOI ต้องตรงกันอย่างถูกต้อง

เวอร์ชันที่ไม่ตรงกันอาจทำให้เกิดความขัดแย้งของชนิดข้อมูลภายใน Studio 5000 โดยเฉพาะภายในโครงสร้างที่กำหนดโดยโมดูล แม้วิศวกรระบบควบคุมที่มีประสบการณ์จะสามารถแทนที่ชนิดข้อมูลที่ล้าสมัยด้วยตนเองได้ แต่ปัญหานี้ก็สะท้อนความท้าทายในอุตสาหกรรมที่กว้างขึ้น นั่นคือ การทำงานร่วมกันระหว่างระบบยังคงพึ่งพาการจัดการวงจรชีวิตซอฟต์แวร์อย่างมาก

ปัญหานี้ไม่ได้เกิดขึ้นเฉพาะกับระบบหุ่นยนต์ ความกังวลด้านความเข้ากันได้ในลักษณะเดียวกันยังพบได้ในการย้ายระบบ DCS การอัปเกรดระบบตรวจสอบกังหัน และการขยายระบบ I/O แบบกระจายที่เกี่ยวข้องกับแพลตฟอร์มจาก ABB, Honeywell, Emerson และ GE

การจัดการเวอร์ชันอย่างรอบคอบยังคงเป็นสิ่งจำเป็นเมื่อผสานระบบหุ่นยนต์ EtherNet/IP เข้ากับตัวควบคุมอุตสาหกรรม

สถาปัตยกรรมนี้เหมาะกับงานประเภทใดมากที่สุด

ระบบหุ่นยนต์ที่ควบคุมด้วย PLC ไม่ได้มีจุดประสงค์เพื่อทดแทนตัวควบคุมหุ่นยนต์แบบดั้งเดิมทั้งหมด เซลล์เชื่อมโลหะที่รองรับน้ำหนักมากและระบบประสานงานหุ่นยนต์หลายตัวที่ซับซ้อนยังคงได้รับประโยชน์จากแพลตฟอร์มหุ่นยนต์เฉพาะทาง

อย่างไรก็ตาม สำหรับงานที่ต้องการความแม่นยำและมีขนาดกะทัดรัด รูปแบบนี้น่าสนใจอย่างยิ่ง การประกอบอุปกรณ์ทางการแพทย์ การจัดแนวชิ้นส่วนออปติคัล การผลิตอิเล็กทรอนิกส์ และระบบอัตโนมัติในห้องปฏิบัติการ ล้วนต้องการหุ่นยนต์ที่ทำงานเสมือนแกนเครื่องจักรอัจฉริยะ มากกว่าจะเป็นเกาะระบบอัตโนมัติที่แยกออกจากกัน

ความสามารถในการผสานหุ่นยนต์เข้ากับลำดับการทำงานของ PLC โดยตรง ยังช่วยลดระยะเวลาการพัฒนาสำหรับผู้สร้างเครื่องจักร OEM ทีมวิศวกรรมขนาดเล็กสามารถติดตั้งการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ขั้นสูงได้โดยไม่ต้องมีผู้เชี่ยวชาญด้านการเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์แยกต่างหาก

ทิศทางที่ใหญ่ขึ้นของอุตสาหกรรม

ตลาดหุ่นยนต์อุตสาหกรรมกำลังมุ่งสู่สถาปัตยกรรมการเคลื่อนที่ที่กำหนดด้วยซอฟต์แวร์ การเขียนโปรแกรมแบบ Structured Text การสื่อสาร EtherNet/IP และการประสานงานที่มี PLC เป็นศูนย์กลาง กำลังกลายเป็นความคาดหวังมาตรฐานแทนที่จะเป็นคุณสมบัติขั้นสูง

สิ่งที่ทำให้ระบบอย่าง Meca500 โดดเด่นไม่ได้มีเพียงความแม่นยำระดับไมครอนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการทำให้การผสานระบบหุ่นยนต์เข้าถึงได้ง่ายสำหรับวิศวกรระบบควบคุมทั่วไป

ในโรงงานจำนวนมาก ผู้เขียนโปรแกรมหุ่นยนต์ในอนาคตอาจไม่จำเป็นต้องถือแผงสอนการทำงานอีกต่อไป แต่จะสร้างกลยุทธ์การเคลื่อนที่โดยตรงภายในสภาพแวดล้อม PLC ซึ่งควบคุมส่วนอื่น ๆ ของเครื่องจักรอยู่แล้ว

ผู้เขียน: Nathaniel Brooks | ผู้สื่อข่าวอาวุโสด้านระบบอุตสาหกรรม

Nathaniel Brooks มีประสบการณ์มากกว่า 14 ปีในการรายงานข่าวเกี่ยวกับหุ่นยนต์อุตสาหกรรม สถาปัตยกรรม PLC และระบบควบคุมการเคลื่อนที่ ประสบการณ์ของเขาครอบคลุมโครงการผสานระบบอัตโนมัติที่เกี่ยวข้องกับ Rockwell Automation, ABB Robotics, แพลตฟอร์มการเคลื่อนที่ของ Siemens และระบบบรรจุภัณฑ์ความเร็วสูงในภาคส่วนเซมิคอนดักเตอร์และการผลิตที่มีความแม่นยำ