09/04/2015
Door Door Liam van Koert
Robotica en motion control groeien steeds meer naar elkaar toe. Natuurlijk zijn er steeds meer servogestuurde robotbouwsels en wordt het explosief toegenomen aantal deltarobots bestuurd door PLC’s. Maar wat vooral opvalt, is dat ook industriële robots steeds vaker vanuit de PLC worden aangestuurd. Hoe zit dat eigenlijk?
Het is al weer enkele jaartjes geleden dat ik een verhaal schreef over een bijzonder nieuwtje uit Amerika. Tijdens de Automation Fair van Rockwell Automation in 2011 sprak ik Erik Nieves – destijds de baas van Yaskawa Amerika. Hij was erg enthousiast over de nieuwe MLX100 gateway die de Yaskawa robots met Rockwell’s PAC verbond.
MLX100
Wat was zo bijzonder aan de gateway dat hij zo lang op zich liet wachten en dat vergelijkbare oplossingen weliswaar in opkomst zijn, maar nog lang geen gemeengoed zijn? Nieves legt uit numerieke besturingen fundamenteel anders zijn dan de traditionele PLC besturingen. De numerieke besturing is speciaal ontwikkeld om gelijktijdig meerdere assen aan te sturen die er gezamenlijk voor zorgen dat een tool een bepaalde baan in de ruimte beschrijft. Hiervoor zijn kinematische modellen ontwikkeld zodat de programmeur zich alleen met het gewenste ‘tool path’ hoeft bezig te houden en niet hoeveel radialen elke as op welk moment gedraaid hoeft te worden om die baan te beschrijven. Numerieke besturingen zien we daarom terug in tal van bewerkingsmachines voor bijvoorbeeld 5-assig simultaan frezen, maar dus ook voor 6-assige robots.
Servoregelaars met PLC zijn ook gemaakt om tal van assen aan te sturen, maar zijn niet goed in baanberekeningen. Tot vier assen lukt het nog wel, maar daarboven wordt de rekentijd e groot. Dit is de reden dat veel automatiseerders die met robotica schermen het eigenlijk uitsluitend over deltarobots hebben, maar zelden een articulated arm of SCARA aanbieden. De MLX100 moest daar dus verandering inbrengen. Want door aan een PAC een coprocessor met alle kinematische modellen toe te voegen lukte het wel. Het voordeel? De robot kon gewoon vanuit RSLogix (programmeeromgeving van Rockwell) worden geprogrammeerd. En aangezien robots steeds vaker onderdeel van de productielijn worden, maar het aantal robotprogrammeurs niet nu bepaald toeneemt, ziet Nieves een grootse toekomst voor de MLX100 weggelegd. Een kleine update: inmiddels is ook de MLX200 verkrijgbaar.
MOTOSync
En toen kocht Yaskawa het Duitse Vipa en had Yaskawa zelf een PLC besturing binnen de gelederen. Misschien is dit een reden dat in ieder geval in Nederland maar weinig van de MX100 gateway is vernomen, die sowieso vooral voor de Amerikaanse markt bedoeld was. En wie zich onze berichtgeving over het samengaan van de twee bedrijven nog herinnert, weet misschien ook dat tijdens de Yaskawa Techniekdagen anderhalf jaar geleden wederom een PLC – robotkoppeling te vinden was: MOTOsync. De werking van het eerbetoon aan de oude Motoman naam is wezenlijk anders dan die van de MX100 gateway. Met MOTOsync wordt krijgt robot weliswaar zijn opdrachten vanuit een master PLC, maar blijft de numerieke besturing verantwoordelijk voor het aansturen van de robotassen. Grote voordeel is dat ook in dit geval een PLC-programeur zonder vergaande robotkennis de robot kan programmeren, maar dat bovendien een enorm aantal assen kan worden aangestuurd. De numerieke besturing kan namelijk moeiteloos overweg met 72 assen, terwijl de PLC naast de baas spelen ook zaken kan aansturen. Denk hierbij aan de aansturing van de grijper en het berekenen van bijvoorbeeld oppak- en aflegposities . Maar ook aan andere automatiseringsonderdelen als transportbanden, trilvullers, of bijvoorbeeld het veiligheidssysteem. En hoewel je nu wel met twee besturingen in plaats van een te maken hebt, heeft Vipa ook een aantal varianten waar de PLC en HMI geïntegreerd zijn. Het aantal te gebruiken componenten neemt dus feitelijk niet toe.
FAST templates
Een nog recenter verleden brengt ons bij de SPS IPC Drives in Neurenberg het afgelopen jaar. Een beurs met zeer veel motion control en PLC’s, en nu dus ook wat robotica. Op de stand van Lenze spreken we met Jörg Bans, die er is Application & Support Manager is. Hij wijst ons op de Lenze FAST Application Software. Het zijn automatiseringstemplates waarmee snel specifieke applicaties kunnen worden gebouwd door machines te configureren middels kant en klare functies. Nu is Lenze niet de enige die een objectgeoriënteerd platform gebruikt om snel een motionoplossing te programmeren. Maar een volledige robotsuite? Die waren we nog niet tegengekomen. Volgens Bans is dit omdat de vertaalslag van kinematische modellen naar een universeel coordinatenstelsel geenzins eenvoudig. Er is daarom met diverse universiteiten samengewerkt om de klus te klaren. Sleutel hierbij is de opsplitsing in een deel kinematica en een deel baanplanning. Hierdoor kunnen mensen zonder robotkennis aan de slag met deltarobots (2 of 3-assig), SCARA robots, knikarmen of een portaalrobot. Er kunnen tot zes auxiliary assen worden bijgeprogrammeerd zodat ook tijdkritische processen als lijmen en lassen netjes synchroon lopen en gereedschappen vanaf het TPC (tool point center) worden aangestuurd. Uiteraard geldt dit ook voor de synchronisatie met bewegende delen op een transportband voor bijvoorbeeld pick & place toepassingen.
De baanplanning is gebaseerd op de PLCopen deel 4 standaard. De robotkern ondersteunt dus klassieke motion commando’s als lineair, circulair, spline en point-to-point. Ook zijn er ‘Buffer Mode’ en ‘Blending’ functies en heeft Lenze specifieke robotfuncties aan de standaard PLCopen commando’s toegevoegd. Hierdoor kan de af te leggen baan onafhankelijk van het kinematische model worden geprogrammeerd en wordt de robot niet verteld hoe hij moet bewegen totdat een kinematisch model aan de applicatie wordt toegewezen. Volgens Bans zit hier misschien wel de grootste winst van de nieuwe robotkern. Want door het loskoppelen is er een enorme vrijheid. Met minimale inspanningen kan voor een vergelijkbare toepassing ook een heel andere robot gekozen worden.
mxAutomation
Tot slot naar het hier en nu. Dit keer met een vergelijkbare strategie van een Duitse robotbouwer. We hebben het dan natuurlijk over Kuka. Enige tijd geleden kondigden zij de komst van mxAutomation aan, Kuka’s antwoord op het programmeren van de machine en een robot in één omgeving. Inmiddels is de tijd rijp om het ook in de praktijk te brengen en de software in de Benelux uit te rollen. Hoe het werkt? Ook bij mxAutomation is er voor gekozen om de robotcontroller in takt te laten. Op de robotbesturing draait een extra serverprogramma dat de commando’s vanuit de machinebesturing afhandelt. Deze zijn net als alle machinefuncties gewoon geschreven in de taal van de machinebesturing en worden door de virtuele server op de juiste manier geïnterpreteerd. Vervolgens worden er resulterende parameters en statusberichten retour gezonden naar speciale mxAutomation bibliotheken op de machinebesturing. Om de dataoverdracht van de robotcommando’s en de feedback zo snel mogelijk en deterministisch te laten verlopen is er in een dedicated veldbus voorzien . Hierdoor kunnen er tot maarliefst vijf robots tegelijkertijd bestuurd worden vanuit één machinecontroller.
Ook Kuka noemt het evidente voordeel van het elimineren van de noodzaak robots te kunnen programmeren. Alle programmering- en operatortaken voor de robot kunnen namelijk via het bedieningspaneel van de machine worden gedaan. Althans, voor een groot aantal systemen. De mxAutomation bibliotheek is namelijk gemaakt in een ‘Portable Structured Tekst’ en is momenteel alleen nog beschikbaar voor Siemens Simatic, en op basis daarvan voor Sinumerik 840D, evenals voor de PLC’s van Rockwell en voor CodeSys of ProConOS systemen. Bibliotheken voor andere controllers en systemen zijn nog in de maak. Wel is er een aanpassing kit beschikbaar waarmee de mxAutomation bibliotheek kan worden geïntegreerd in de controllers van andere fabrikanten. Hiervoor dient wel eerst een samenwerkingsovereenkomst met KUKA afgesloten te worden. Deze bibliotheken zijn beschikbaar in programmeertalen zoals C / C ++.
Toekomst
In de automotive-wereld zijn al de nodige robots te vinden, en het aantal zal in andere sectoren nog flink groeien. Naast mens en robot staan in de toekomst ook machine en robot steeds vaker zij aan zij. Het ligt dan ook voor de hand dat er veel meer leveranciers met nieuwe slimme oplossingen op de markt zullen komen die het gat tussen numerieke besturingen en PLC’s zullen dichten. Enerzijds gedreven door toenemende rekenkracht, anderzijds door de noodzaak de integratie van robots in machinelijnen sneller en eenvoudiger te maken. Welke dit zijn? We houden u op de hoogte!
Dit artikel verscheen eerder in Automatie PMA