PLC กำลังพลิกโฉมการควบคุมหุ่นยนต์ความแม่นยำสูงในการผลิตสมัยใหม่

การควบคุมหุ่นยนต์กำลังขยับเข้าใกล้ PLC มากขึ้น

ตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมา หุ่นยนต์อุตสาหกรรมทำงานเป็นระบบอัตโนมัติแบบแยกส่วน วิศวกรตั้งโปรแกรมเส้นทางการเคลื่อนที่ผ่านทีชเพนแดนต์เฉพาะทาง ขณะที่ PLC รับผิดชอบลอจิกของเครื่องจักรโดยรอบ การแบ่งหน้าที่ดังกล่าวกำลังเริ่มหายไป

ปัจจุบันหุ่นยนต์ขนาดกะทัดรัดที่มีความแม่นยำสูง เช่น Mecademic Meca500 ช่วยให้สามารถควบคุมการเคลื่อนที่โดยตรงผ่านแพลตฟอร์ม PLC ได้ ซึ่งเปลี่ยนวิธีที่ผู้ผลิตออกแบบเซลล์ระบบอัตโนมัติ จากเดิมที่ส่งเพียงสัญญาณเริ่มและหยุด ตอนนี้ PLC สามารถสั่งการการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์ทุกครั้งแบบเรียลไทม์ผ่าน EtherNet/IP

การเปลี่ยนแปลงนี้มีความสำคัญเป็นพิเศษต่อการประกอบอิเล็กทรอนิกส์ ระบบอัตโนมัติในห้องปฏิบัติการ การจัดการเซมิคอนดักเตอร์ และสภาพแวดล้อมการผลิตที่มีความแม่นยำ ซึ่งต้องการพื้นที่ติดตั้งกะทัดรัดและการเคลื่อนที่ที่กำหนดเวลาได้แน่นอน มากกว่าความสามารถในการรับน้ำหนักสูงสุด

สถาปัตยกรรมหุ่นยนต์ขนาดกะทัดรัดช่วยให้การควบคุมการเคลื่อนที่ผสานรวมกับระบบอัตโนมัติที่ใช้ PLC ได้แนบแน่นยิ่งขึ้น

เหตุใดการควบคุม PLC แบบมีโครงสร้างจึงเปลี่ยนการผสานรวมหุ่นยนต์

โดยทั่วไป หุ่นยนต์หกแกนมักใช้ภาษาสำหรับหุ่นยนต์ที่เป็นกรรมสิทธิ์และตัวควบคุมการเคลื่อนที่แบบแยกอิสระ ในทางตรงกันข้าม ระบบหุ่นยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วย PLC จะย้ายลอจิกส่วนใหญ่ไปไว้ในแพลตฟอร์มควบคุมที่จัดการสายพานลำเลียง เซนเซอร์ ระบบวิชัน และอินเตอร์ล็อกเพื่อความปลอดภัยอยู่แล้ว

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

สถาปัตยกรรมนี้ช่วยลดความซับซ้อนในการผสานระบบได้อย่างมากสำหรับผู้สร้างเครื่องจักรที่ใช้แพลตฟอร์มระบบอัตโนมัติของ Rockwell เป็นมาตรฐานอยู่แล้ว โรงงานที่มีระบบ Allen-Bradley CompactLogix อยู่เดิม สามารถผสานการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ได้โดยไม่ต้องเพิ่มระบบนิเวศการเขียนโปรแกรมเฉพาะอีกชุด

EtherNet/IP กลายเป็นแกนหลักของการเคลื่อนที่

ขั้นแรกต้องกำหนดค่าให้หุ่นยนต์อยู่ในซับเน็ตเดียวกับ PLC เมื่อเปิดใช้งานการสื่อสาร EtherNet/IP ผ่านอินเทอร์เฟซ MecaPortal แล้ว PLC จะรับผิดชอบการประสานงานของหุ่นยนต์

แตกต่างจากสถาปัตยกรรมหุ่นยนต์รุ่นเก่าที่เพียงเรียกใช้รูทีนที่โหลดไว้ล่วงหน้า การกำหนดค่านี้ทำให้ PLC สามารถสร้างคำสั่งการเคลื่อนที่แบบสดได้อย่างไดนามิก ความแตกต่างนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการผลิตแบบปรับเปลี่ยนได้ ซึ่งเส้นทางการเคลื่อนที่ขึ้นอยู่กับข้อมูลตอบกลับจากเซนเซอร์ ระบบตรวจสอบ หรือการเปลี่ยนสูตรการผลิต

การกำหนดค่า EtherNet/IP ช่วยให้ตัวควบคุมหุ่นยนต์เปลี่ยนจากการทำงานแบบแยกอิสระเป็นการดำเนินการเคลื่อนที่ภายใต้การจัดการของ PLC

EDS และ AOI ช่วยให้การเริ่มใช้งานอุปกรณ์ง่ายขึ้น

ระบบที่ใช้ Rockwell พึ่งพาไฟล์ Electronic Data Sheet และ Add-On Instructions อย่างมากเพื่อทำให้การผสานฮาร์ดแวร์เป็นไปอย่างคล่องตัว เมื่อติดตั้ง EDS แล้ว หุ่นยนต์จะแสดงเป็นอุปกรณ์เนทีฟภายใน Studio 5000

ชั้น AOI ช่วยซ่อนความซับซ้อนส่วนใหญ่ของการสื่อสารระดับล่าง วิศวกรจึงมุ่งเน้นที่ลอจิกการเคลื่อนที่ได้ แทนการสร้างโครงสร้างข้อความ Ethernet ด้วยตนเอง

เวิร์กโฟลว์นี้สะท้อนพัฒนาการในวงกว้างของระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม ผู้จำหน่ายต่างนำเสนอออบเจ็กต์ซอฟต์แวร์ที่นำกลับมาใช้ซ้ำได้เพิ่มขึ้น แทนการกำหนดให้ผู้ใช้เขียนโค้ดเฉพาะจำนวนมาก กลยุทธ์การผสานระบบในลักษณะเดียวกันกำลังพบได้ทั่วไปใน แพลตฟอร์ม PLC และ PAC สมัยใหม่ ที่ใช้ในงานผลิตแบบกระบวนการและแบบผสม

ไฟล์คำจำกัดความอุปกรณ์ช่วยลดเวลาเริ่มใช้งาน โดยทำให้หุ่นยนต์แสดงเป็นทรัพยากรระบบอัตโนมัติเนทีฟภายใน Studio 5000

คำสั่งการเคลื่อนที่กลายเป็นออบเจ็กต์ลอจิกแบบแลดเดอร์

เมื่อเชื่อมต่อแล้ว หุ่นยนต์สามารถดำเนินการเคลื่อนไหวโดยตรงจากลอจิกแบบแลดเดอร์ผ่านฟังก์ชันบล็อกที่กำหนดไว้ล่วงหน้า คำสั่งอย่าง Connect, MovePose และ MoveJoints จะกำหนดวิถีและพฤติกรรมการจัดตำแหน่งของหุ่นยนต์

แนวทางนี้เปลี่ยนวิธีที่ทีมบำรุงรักษาโต้ตอบกับระบบหุ่นยนต์ จากเดิมที่ต้องแก้ไขปัญหาจากสภาพแวดล้อมการเขียนโปรแกรมหลายระบบ ช่างเทคนิคสามารถวิเคราะห์พฤติกรรมของหุ่นยนต์ได้โดยตรงภายในแพลตฟอร์ม PLC ที่คุ้นเคยอยู่แล้ว

MovePose เพื่อความแม่นยำแบบคาร์ทีเซียน

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

คำสั่งการเคลื่อนที่แบบคาร์ทีเซียนช่วยให้วิศวกรจัดการตำแหน่งของหุ่นยนต์ได้โดยตรงภายในรูทีนแบบแลดเดอร์ของ PLC

การควบคุมตามข้อต่อสำหรับการกู้คืนและการโฮม

คำสั่ง MoveJoints ช่วยให้กำหนดตำแหน่งในระดับแกนได้โดยตรง คำสั่งเหล่านี้มักใช้สำหรับลำดับการโฮม การกู้คืนการทำงาน และการกำหนดตำแหน่งเพื่อการบำรุงรักษา

ในมุมมองทางวิศวกรรม การแยกการเคลื่อนที่แบบคาร์ทีเซียนออกจากการกู้คืนโดยอิงข้อต่อช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือในการทำงาน อีกทั้งยังทำให้การจัดการข้อผิดพลาดระหว่างขั้นตอนการเริ่มเครื่องจักรใหม่ง่ายขึ้น

บล็อกการเคลื่อนที่ระดับข้อต่อช่วยให้กำหนดตำแหน่งได้อย่างแน่นอนระหว่างการเริ่มระบบและการบำรุงรักษา

ความเข้ากันได้ของเฟิร์มแวร์ยังคงมีความสำคัญ

บทเรียนสำคัญประการหนึ่งจากการติดตั้งนี้คือ การจัดเฟิร์มแวร์ให้สอดคล้องกันยังคงมีความสำคัญอย่างยิ่ง เฟิร์มแวร์ของหุ่นยนต์ แพ็กเกจ EDS และเวอร์ชัน AOI ต้องตรงกันอย่างถูกต้อง

เวอร์ชันที่ไม่ตรงกันอาจทำให้เกิดข้อขัดแย้งของชนิดข้อมูลภายใน Studio 5000 โดยเฉพาะภายในโครงสร้างที่กำหนดโดยโมดูล แม้วิศวกรระบบควบคุมที่มีประสบการณ์จะสามารถแทนที่ชนิดข้อมูลที่ล้าสมัยด้วยตนเองได้ แต่ปัญหานี้สะท้อนความท้าทายในอุตสาหกรรมที่กว้างขึ้น นั่นคือการทำงานร่วมกันยังคงพึ่งพาการจัดการวงจรชีวิตซอฟต์แวร์อย่างมาก

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

การจัดการเวอร์ชันอย่างรอบคอบยังคงเป็นสิ่งจำเป็นเมื่อผสานระบบหุ่นยนต์ EtherNet/IP เข้ากับตัวควบคุมอุตสาหกรรม

สถาปัตยกรรมนี้เหมาะกับงานประเภทใดที่สุด

ระบบหุ่นยนต์ที่ควบคุมด้วย PLC ไม่ได้มีจุดประสงค์เพื่อแทนที่ตัวควบคุมหุ่นยนต์แบบดั้งเดิมทุกประเภท เซลล์เชื่อมที่รองรับน้ำหนักมากและระบบประสานงานหุ่นยนต์หลายตัวที่ซับซ้อนยังคงได้ประโยชน์จากแพลตฟอร์มหุ่นยนต์เฉพาะทาง

อย่างไรก็ตาม สำหรับงานที่ต้องการความแม่นยำและมีขนาดกะทัดรัด แนวทางนี้มีความน่าสนใจอย่างมาก การประกอบอุปกรณ์ทางการแพทย์ การจัดแนวออปติคัล การผลิตอิเล็กทรอนิกส์ และระบบอัตโนมัติในห้องปฏิบัติการ ล้วนต้องการหุ่นยนต์ที่ทำงานเสมือนแกนเครื่องจักรอัจฉริยะ มากกว่าจะเป็นระบบอัตโนมัติแบบแยกส่วน

ความสามารถในการผสานหุ่นยนต์เข้ากับลำดับการทำงานของ PLC โดยตรงยังช่วยลดระยะเวลาการพัฒนาสำหรับผู้สร้างเครื่องจักร OEM ทีมวิศวกรรมขนาดเล็กสามารถติดตั้งการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ขั้นสูงได้โดยไม่ต้องมีผู้เชี่ยวชาญด้านการเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์แยกต่างหาก

ทิศทางที่ใหญ่ขึ้นของอุตสาหกรรม

ตลาดหุ่นยนต์อุตสาหกรรมกำลังมุ่งหน้าสู่สถาปัตยกรรมการเคลื่อนที่ที่กำหนดด้วยซอฟต์แวร์ การเขียนโปรแกรมแบบ Structured Text การสื่อสาร EtherNet/IP และการประสานงานที่มี PLC เป็นศูนย์กลาง กำลังกลายเป็นความคาดหวังมาตรฐาน แทนที่จะเป็นฟีเจอร์ขั้นสูง

สิ่งที่ทำให้ระบบอย่าง Meca500 โดดเด่น ไม่ใช่เพียงความแม่นยำระดับไมครอนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการทำให้วิศวกรระบบควบคุมทั่วไปสามารถผสานหุ่นยนต์ได้ง่ายขึ้น

ในโรงงานจำนวนมาก โปรแกรมเมอร์หุ่นยนต์ในอนาคตอาจไม่ต้องถือทีชเพนแดนต์อีกต่อไป แต่จะสร้างกลยุทธ์การเคลื่อนที่โดยตรงภายในสภาพแวดล้อม PLC ที่ควบคุมส่วนอื่นของเครื่องจักรอยู่แล้ว

ผู้เขียน: Nathaniel Brooks | ผู้สื่อข่าวอาวุโสด้านระบบอุตสาหกรรม

Nathaniel Brooks มีประสบการณ์มากกว่า 14 ปีในการรายงานข่าวด้านหุ่นยนต์อุตสาหกรรม สถาปัตยกรรม PLC และระบบควบคุมการเคลื่อนที่ ภูมิหลังของเขาครอบคลุมโครงการผสานระบบอัตโนมัติที่เกี่ยวข้องกับ Rockwell Automation, ABB Robotics, แพลตฟอร์มการเคลื่อนที่ของ Siemens และระบบบรรจุภัณฑ์ความเร็วสูงในภาคเซมิคอนดักเตอร์และการผลิตที่มีความแม่นยำ