L'automatització integrada redueix costos i accelera la finalització del projecte

La demo ‘Packer’, que es va presentar per primera vegada en la Interpack 2011, demostra una vegada més que B&R segueix sent pionera quant al control d'aplicacions altament dinàmiques, en les quals diferents eixos individuals, lleves electròniques i robots han d'estar sincronitzats amb la màxima precisió. Dissenyada i programada únicament amb la finalitat de mostrar la tecnologia de B&R, aquesta demo integra els últims desenvolupaments en manipulació, visió artificial, seguretat, control i supervisió.

Tres robot diferents – un braç articulat, un trípode i un d'eixos cartesians – amb característiques cinemàtiques totalment diferents es mouen de forma sincronitzada al voltant d'una taula giratòria per empaquetar i desempaquetar pilotes de golf. El sistema complet, que consta de quinze eixos, el control i la visualització, s'opera mitjançant una sola CPU, en aquest cas un PC industrial. Les diferents cinemàtiques dels tres robots estan perfectament integrades en el control mitjançant un interfície obert. Dit interfície permet implementar qualsevol tipus de cinemàtica específica del client. A causa de la flexibilitat de l'intèrpret, tant es poden utilitzar comandos estàndard, com es poden definir comandos específics més rellevants per al procés. Això permet escurçar dràsticament el temps necessari per crear la seqüència del programa de manipulació.

Imatge 1: Cel·la de plegat de Trumpf. Una sola CPU de B&R controla tota la cel·la de plegat, que consta d'una plegadora elèctrica i dos robots.

Les diferents estacions mecatrónicas utilitzades en la demo packer estan connectades mitjançant una única línia de comunicació per Powerlink, la qual cosa permet afegir o llevar mòduls opcionals en calent. Quan això ocorre, la nova configuració és detectada automàticament, i el programari necessari és habilitat o deshabilitat, segons convingui. Els accionaments que controlen els robots manipuladors són els mateixos que alguns dels quals s'utilitzen per a la resta de motors del procés, la qual cosa permet utilitzar un sistema compacte de mòduls en el qual els accionaments de tots dos tipus d'eixos es munten un al costat d'un altre, reduint els costos. Les consignes de posició per als eixos dels robots manipuladors es generen en el controlador central de la màquina utilitzant el Generic Motion Control (GMC).

Imatge 2: La demo Packer integra els últims desenvolupaments en manipulació, visió artificial, seguretat, control i supervisió.

Aquest també permet que les dades dels robots i els de el procés siguin compartits en una mateixa base de dades de forma transparent i totalment sincronitzada. Gràcies a la utilització d'aquest sistema, s'eliminen totalment els colls d'ampolla que solia haver-hi en les comunicacions mitjançant bus de camp entre el PLC i el controlador del robot en les solucions tradicionals. El maneig de forma transparent d'aquesta base de dades també permet afegir noves funcionalitats en la màquina que anteriorment eren impossibles d'implementar a causa dels retards afegits per la comunicació mitjançant el bus de camp. Això permet optimitzar els processos de manipulació, augmentant així el ritme de producció i la disponibilitat de la màquina. Haver de pagar per un controlador dedicat per al robot, un armari elèctric separat i un interfície de comunicació ha passat a la història.

Mitjançant la utilització de motors pas a pas, variadors de freqüència i servo-accionaments, aquesta demo mostra que és possible combinar diferents tecnologies de forma transparent. Això permet utilitzar la tecnologia més adequada en cada cas. Per exemple, es poden utilitzar motors síncrons –rotatius o lineals– quan es requereixen moviments molt dinàmics amb gran precisió, mentre que els motors pas a pas –amb o sense realimentación– són la solució perfecta per a canvis de format. Els motors asíncrons controlats per tensió-freqüència, que també estan totalment integrats a l'entorn de programació, són una solució de baix cost quan la precisió o el comportament dinàmic no són essencials per a l'aplicació.

La dinàmica i la sincronització que s'aconsegueix mitjançant Generic Motion Control no solament incrementen la qualitat del producte, sinó també la capacitat de producció. Els canvis de format es poden fer al vol. Tots els diferents tipus d'accionament corren sobre la mateixa base, i a causa d'això es programen de la mateixa forma, amb el que el temps de programació es redueix. Això fa possible retardar la decisió de quin tipus d'accionament es va a utilitzar fins a l'hora de l'engegada, amb el que el fabricant de la màquina disposa de total flexibilitat. La integració total que s'aconsegueix amb Generic Motion Control permet una completa escalabilidad tant en la tecnologia com en el rendiment.

Imatge 3: El temps de resposta ultrarrápido de la combinació openSafety-Powerlink es demostra mitjançant l'activació immediata de la funció Safely Limited Speed quan un operari interacciona amb la màquina.

Els visitants poden interactuar directament amb la màquina a través d'una petita obertura dotada d'una barrera de llum. Quan l'operador s'apropa, la barrera de llum informa a la màquina i aquesta passa a moure's amb una velocitat segura immediatament. La comunicació directa i descentralitzada mitjançant Powerlink, que connecta tots els components de seguretat amb el controlador SafeLogic mitjançant el protocol openSafety, assegura una resposta immediata de la màquina. Existeixen més de 20 funcions diferents de ‘safe motion’ que poden utilitzar-se per escurçar el temps necessari per al desenvolupament d'una aplicació que manegi robots. Per exemple, en aquesta demo s'usa la ‘Safely Limited Speed at the Tool Center Point’ (SLS@TCP). D'aquesta forma, les dades de posició dels diferents eixos del robot són enviats al SafeLogic, que mitjançant l'ús de la cinemàtica del robot calcula la velocitat de l'extrem amb el qual manipula les pilotes de golf. En lloc de limitar de forma segura la velocitat de cadascun dels eixos, la utilització de la màxima velocitat en el TCP incrementa substancialment la productivitat durant l'engegada. El temps de reacció segur més ràpid del món – a causa de la combinació d'openSafety i Powerlink –redueix la distància de frenat fins a 100 vegades respecte als sistemes tradicionals, en cas de violació d'una funció de seguretat–. Aquests temps de reacció més ràpids permeten construir màquines amb una menor separació entre el procés i la coberta, i per tant de dimensions més reduïdes.

Si els visitants introdueixen pilotes “falses” a través de l'obertura, el seu diferent color és detectat pel sistema de visió artificial, i són descartades. La comunicació entre el sistema de visió artificial i la CPU també es fa mitjançant Powerlink. Els temps de cicle ràpids, de l'ordre de microsegons, així com una fluctuació per sota de el μs permeten una comunicació determinista especialment útil en el cas de màquines d'alt rendiment. El sistema de visió anteriorment esmentat està totalment integrat en AS, amb el que totes les variables compartides entre el controlador i aquest sistema estan disponibles des del principi. Això elimina el costós temps de programació i parametrització.

La màquina també implementa la tecnologia de PackML, que permet una operació idèntica de la màquina mitjançant maneres d'operació estàndard i una comunicació uniforme amb sistemes MES (Management execution system) o ERP (Enterprise resource planning), independentment de la plataforma de control utilitzada pels diferents fabricants de maquinària.

Imatge 4: El System Diagnostics Manager utilitza un únic interfície per accedir a les dades de diagnòstic de tota la màquina des de qualsevol racó del planeta.

Els visitants poden accedir tant al sistema de visualització de la màquina com al System Diagnostics Manager (SDM) de forma sense fil mitjançant un iPad. Gràcies al SDM, el personal de manteniment pot realitzar un diagnòstic local o remot. Usant les pàgines de diagnòstic implementades en el firmware, es pot verificar de forma senzilla la funció de tots els components de la màquina des d'un únic interfície. Els robots, el procés, la tecnologia de seguretat i l'aplicació de visualització poden d'aquesta forma diagnosticar-se des de qualsevol racó del planeta. Les funcions que solien ser tan complicades d'implementar ara ja estan disponibles des del primer moment en el SDM, simplificant el procés de diagnòstic i reduint el temps necessari per acabar el projecte.

A causa de l'eliminació de les limitacions que solia haver-hi entre el sistema de visió i el controlador de la màquina, el controlador del robot i el del procés i entre els controladors estàndard i els de seguretat, les solucions d'automatització de B&R fan possible implementar funcions que es consideraven impossibles. Un exemple d'això és la cel·la de plegat més ràpida del món que el fabricant de màquina eina Trumpf va presentar l'any passat en la fira EuroBLECH. En aquest cas, una CPU de B&R controla completament la cel·la de plegat, que consisteix d'una màquina plegadora elèctrica i dos robots. Gràcies a la facilitat a l'hora de compartir informació en el controlador, el robot pot fer ajustos “al vol” conjuntament amb la cantonada posterior de la plegadora. Els sorprenents resultats es poden mesurar: la major part dels ajustos finalitzen en menys de 300 ms. La innovació jeu que el controlador de la màquina ho controla tot, des del control del robot fins a les complexes funcions de seguretat, com la velocitat limitada de forma segura en el TCP del robot. Amb controladors de robot encapsulats com els quals s'usaven en el passat era totalment impossible realitzar ajustos com aquests.

Els fabricants de maquinària s'estalvien una gran part del temps de programació gràcies a la perfecta integració dels components d'automatització, amb la qual cosa es redueix substancialment el temps necessari per completar els projectes. Un avantatge considerable ve donada per l'eliminació de les limitacions del sistema, per la qual cosa es poden implementar noves funcionalitats en la màquina. Els estalvis econòmics vénen daus per l'escalabilidad dels components d'automatització utilitzats. Això permet triar exactament la tecnologia òptima per a cada procés en funció dels seus requisits. A més, ja que el codi de la màquina es pot desenvolupar independentment del maquinari que s'utilitzarà, és possible realitzar màquines modulars. D'aquesta forma, es poden implementar diferents configuracions de màquina, que usen diferent maquinari, però comparteixen el mateix programari, assegurant la inversió i escurçant el temps necessari per desenvolupar-les.