Besturingsarchitectuur voor Cartesische robots vereenvoudigen voor efficiëntieverhoging

Door Barry Weller, productmanager bij Mitsubishi Electric

Om concurrentief te blijven, wordt over het algemeen geaccepteerd dat industrieën lean manufacturing-strategieën moeten adopteren om procesefficiëntie te verbeteren.

Onderdelentelling verminderen

Een sleutelactie kan zijn om het onderdeelaantal te verminderen, dat wil zeggen het aantal componenten in een assemblage of systeem. Dit is met name uitdagend wanneer het gaat om hoog nauwkeurige cartesische coördinaat (lineaire) bewegingsapplicaties.

In deze gevallen zouden machinebouwers vaak zowel PLC's als computer numerical controllers (CNC's) moeten gebruiken om de beweging binnen de machine volledig te managen – tot nu toe.

Cartesische coördinaatrobots en CNC-besturing

Cartesische coördinaatrobots worden wijd gebruikt om machinefuncties te automatiseren zoals mechanische, laser- of plasma-snijden – snel levererend hoogkwaliteit items die consistent en hoog aangepast kunnen zijn.

Terwijl een cartesische coördinaatrobot en een CNC (computer numerical control) machine niet noodzakelijk hetzelfde zijn, wordt de beweging van beide typisch gecontroleerd door een CNC-systeem.

G-Code taal voor bewegingscontrole

De reden hiervoor ligt in de eenvoud van programmeren van bewegingscontrole-trajecten met computer numerical controllers en hun G-Code-taal.

Deze programmeertaal is distinct omdat het machines instructeert over waar en hoe te bewegen op basis van computer-aided design/manufacturing (CAD/CAM) afbeeldingen en bestanden.

G-code leest CAD/CAM-bestanden voor de beoogde eindproducten en converteert ze naar trajecten en richtingen voor CNC-servoaandrijvingen binnen de cartesische coördinaatrobot.

Als resultaat kunnen hoog nauwkeurige, precieze en reproduceerbare bewegingen zelfs de meest ingewikkelde en ongewone 2D-vormen en contouren creëren.

CNC kan geen andere componenten monitoren

Terwijl CNC-oplossingen goed werken als robotcontrollers, kunnen ze geen andere componenten monitoren en begeleiden, zoals elektromagnetische kleppen, klemmen en luchtslangen – hiervoor heeft de eenheid een PLC nodig.

Dit zou theoretisch strakke gereedschapscontrole en feedback voor alle verschillende automatiseringsonderdelen kunnen afhandelen, wat de noodzaak voor CNC-systemen elimineert.

Echter, het schrijven van bewegingscontrolecode voor cartesische coördinaatrobots met een van de vijf PLC-talen zou behoorlijk uitdagend zijn. Gevolgd machinebouwers en gebruikers moeten deze twee verschillende besturingssystemen voor één machine gebruiken.

Nadelen van twee aparte besturingseenheden

Deze oplossing is echter ver van ideaal: additionele hardware zal alleen de totale eigendomskosten voor de machine verhogen en kan ook de bouw-/inbedrijfstellingstijd beïnvloeden.

In feite moeten twee aparte besturingseenheden tijdskritieke informatie delen, wat potentiële cyclus tijden verhoogt en de waarschijnlijkheid van communicatietrillingen verhoogt die PLC- en CNC-gebaseerde processen op dezelfde machine kunnen desynchroniseren.

Holistische benadering: geïntegreerde machinecontrollers

Om deze kwesties aan te pakken, beginnen fabrieksautomatiseringscomponent- en systeemfabrikanten te investeren in motion control-technologieën die de grenzen tussen PLC's en CNC-systemen overschrijden om geïntegreerde machinecontrollers te creëren die sleutelfuncties van beide oplossingen combineren.

Mitsubishi Electric MELSEC iQ-R met G-Code add-on

Een goed voorbeeld is Mitsubishi Electric's MELSEC iQ-R motion controller en zijn G-Code add-on bibliotheek. Door deze oplossing te kiezen, kunnen machinebouwers general-purpose servos en MELSEC iQ-R series PLC's gebruiken om CNC-capaciteiten te implementeren, indien nodig, door de G-Code bibliotheek te installeren.

Dit stelt het programmeren van hoog nauwkeurige complexe snijtrajecten en profielen in G-Code in zonder de noodzaak voor computer numerical controllers.

PLC-specifieke programmeerinstructies en CAD/CAM integratie

Nauwkeuriger, helpt de add-on functie het systeem om PLC-specifieke programmeerinstructies te volgen, zoals Motion SFCs (sequentiële functiegrafieken), alsook automatisch bewegingsprofielen te genereren en te lezen uit CAD/CAM-bestanden.

De G-Code-programma's, beschikbaar in tekstformaat, kunnen gemakkelijk bewerkt worden op Mitsubishi Electric's HMI's of met een willekeurige generieke editor.

Voordelen: synchronisatie, cyclus tijd reductie, flexibiliteit

Door de noodzaak voor afzonderlijke PLC- en CNC-componenthardware te elimineren, kan het MELSEC iQ-R-systeem de verschillende processen binnen één machine synchroniseren en cyclus tijden verminderen.

Bovendien stelt de mogelijkheid om één enkele oplossing voor diverse toepassingen te gebruiken, inclusief CNC-bewerking en eenvoudig te schakelen tussen hen, machinebouwers in staat om het te gebruiken om een complete productielijn te controleren.

Als resultaat kunnen bedrijven profiteren van een hoog flexibel, snel en kosteneffectief systeem dat hun industriële processen werkelijk stroomlijnt terwijl het kwaliteit en consistentie levert.