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Nieuwe generatie robotsturingen
Soft-PLC op PC-basis
version française
Het feit dat een moderne robotsturing ook in een vreemde omgeving ingezet kan
worden en dat dit voordelen schept voor zowel fabrikant als gebruiker, bewijst
Kuka met de integratie van robotsturing, soft-PLC en visualisering. Het
controleconcept is gebaseerd op een IPC, die een krachtige PLC vormt onder
Windows door het KW operating systeem ProConOS. Hiermee wordt een universeel en
sleutel op de deur systeem aangeboden voor een groot aantal taken die
geautomatiseerd kunnen worden.
Het begon allemaal, zoals dikwijls het geval, met een speciaal verzoek van een
klant: de firma KHS, wereldwijd leverancier van mechanische en
systeemengineering in de drankindustrie was op zoek naar een totaal geïntegreerd
systeem, gestandaardiseerd, met een vernieuwd besturingsconcept voor hun
verpakkingslijnen. Het moest veel voordelen hebben ten opzichte van het huidige
besturingssysteem en boven alles moest het toekomstgericht zijn om de overstap
naar een nieuwe generatie te kunnen verantwoorden. In het Duitse Augsburg had
men bij Kuka oor naar deze vraag en ontwikkelde een basissysteem onder het
motto: een besturingssysteem dat enerzijds de 12 servo-assen van een robot in
real-time onder controle kan houden en dat anderzijds de controle heeft over de
verpakkings-, palletiseer- en laad- en ontlaadmachines van een
drankvulinstallatie. De KRC technologie, die Kuka hiervoor ontwikkelde, maakt
gebruik van de krachtige moderne PC-gebaseerde RC PLC.
Standaard vergemakkelijkt integratie
“De voordelen van het systeem zijn overduidelijk”, zegt Klaus Rau, hoofd van
de electrical engineeringafdeling van KHS verpakkingstechnologie: “we kunnen
onze klanten nu voorzien van een en hetzelfde besturingssysteem over de gehele
installatie. Of onze klant nu opteert voor een 6-assige robot, een SCARA-robot,
een palletiseer-, verpakkings-, laad- en/of een ontlaadmachine, hij krijgt
altijd dezelfde technologie, namelijk robottechnologie.” In alle opstellingen en
in de verschillende situaties vergemakkelijkt dit natuurlijk de constructie,
opzet, integratie, inbedrijfname, training en service. Door het comfortabele en
modulaire ontwerp op gebied van zowel hard- als software, wordt de
programmeertaak natuurlijk enorm vereenvoudigd, hetgeen tot kortere
doorlooptijden en uiteindelijk tot minimale levertijden leidt. Zoals gewoonlijk
in de robottechnologie worden de servodrives uitgerust met een absoluut
wegmeetsysteem en behoren sensoren voor bewegingscontrole tot het verleden.
De machine instellen voor de verschillende producten kan gemakkelijk gebeuren
via de grafische bedieningsterminal, die dan weer een snelle inbedrijfname en
afstelling voor nieuwe producten mogelijk maakt.
De modulaire eenheden gecombineerd met de standaard PC-technologie zorgen voor
een grote betrouwbaarheid en gemakkelijke aanpassing aan de technologische
vernieuwingen. Door consistent gebruik te maken van de nieuwste technologieën
bestaande uit servosystemen, PC besturingstechnieken en machinevisualisering,
heeft KHS de mogelijkheid om zijn klanten te voorzien van machines die uitermate
betrouwbaar zijn, die geluidsarm zijn, zeer weinig onderhoud vragen en merkelijk
kortere cyclustijden draaien dan voorheen.
PC = openheid
Het gebruik van de PC-technologie met de integratie van de volledige
besturing en visualisering, maakt voor het eerst voor deze machines teleservice
mogelijk. Door gebruik te maken van de communicatiemogelijkheden die de
PC-wereld biedt, wordt een positieve bijdrage geleverd op de beschikbaarheid of
uptime van deze machines. De PC gebaseerde KRC 2-controller met geïntegreerde
servodrive-engineering past nu in tegenstelling tot de vorige modellen, in een
compacte kast van enkel 1250mm x 810mm x 520mm. Alle veldbusstandaarden
waaronder Profibus, Interbus, DeviceNet en ControlNet worden ondersteund evenals
Ethernet TCP/IP en OPC Client/Server.
Soft-PLC ook real-time
Intern zorgt het ProConOS operating systeem van KW-software, een
systeempartner van Kuka, voor het vlot lopen van alle controlefuncties. Het
KRC-systeem laat het toe om zowel synchrone als asynchrone assen aan te sturen.
Hieruit leidt Kuka een multitasking handelingsysteem af dat zowel de gekende
standaard robotconfiguraties evenals klantspecifieke opstellingen kan behappen.
De Soft-PLC werkt als een overkoepelend controlesysteem samen met de veldbussen
en voorziet de visualisering van de nodige informatie. Door gebruik te maken van
functieblokken kunnen variabelen uitgewisseld worden met de RC controller via
direct memory acces. Op deze manier wordt de complexe communicatie via
I/O-modules zoals bij de standaard PLC vermeden. De tijdkritische componenten
lopen binnen de door Kuka eigen ontwikkelde real-time kern VxWin. Daarentegen
zijn aan de Windowszijde toepassingen zoals de visualisering en de OPC-server
geïmplementeerd.
Eenvoudige programmatie
Met het programma Multiprog kan het besturingsprogramma op zeer eenvoudige
manier volgens IEC 61131 ontwikkeld worden. Tegelijkertijd is het onbelangrijk
voor de gebruiker welke programmeertaal hij wil gebruiken, want zowel
Instruction List, Structured Text, Function Block Diagram, Ladder Diagram en
Sequential Function Chart zijn voorzien. Ze kunnen zelfs gemixt worden gedurende
het project. Een andere mogelijkheid is de Machine Sequential Function Chart
taal (MSFC) waarmee kortere inbedrijfname mogelijk is door cyclische processen.
Uitgebreide diagnosefuncties veroorzaken minder stilstanden.
Als 32-bit toepassing loopt Multiprog onder alle Windowsplatformen en omdat Kuka
wereldwijd leverancier is, is het ter beschikking in alle courante talen
waaronder Engels, Duits, Frans, Japans en Chinees. Zelfs de door de gebruiker
aangemaakte documentatie kan online van de ene naar de andere taal geswitcht
worden.
De gebruiker programmeert het systeem met de teach-in –procedure via de KCP
operaterterminal. Het programmeren binnen de vertrouwde Windowsomgeving maakt
het zeer eenvoudig alle processen zowel in offline-modus als online te
programmeren. Een verhoogd niveau van beveiliging wordt bekomen door functies
zoals beschikbaarheidscontrole, cyclustijdbewaking en “collision” of
botsingcontrole. Het volledige productieproces kan gevisualiseerd worden op het
8” grote display, waardoor alles veel transparanter en duidelijker wordt.
Klantgericht
Gemakkelijk te programmeren is een sterk argument in het voordeel van het
nieuwe Kuka-concept. Daarnaast zorgt de standaardisatie voor verkorte
levertijden en reactietijden zoals bijvoorbeeld voor het leveren van
reserveonderdelen. Om nog maar over de minimalisatie van de implementatietijden
te zwijgen. Bijkomstig zorgt de modulaire structuur voor een eenvoudige
vervanging of upgrade tijdens gebruik. De aangepaste hard- en software en de
korte communicatieafstanden maken dure omwegen via I/O-modules overbodig. Het
moderne concept geeft de klant een hoge investeringsverzekering en netwerking
met bovenliggende systemen zoals internet e.d. behoort nu op eenvoudige manier
tot de mogelijkheden. Bij Kuka is men van mening dat de betrokken bedrijven zich
dienen te concentreren op hun corebusiness: “de knowhow van de KHS
systeemtechnologie maakt gebruikt van onze kracht als systeemleverancier en wij
gebruiken op onze beurt de competentie van onze soft-PLC-leverancier
KW-software.” Het aantal identieke of gelijkaardige besturingssystemen ligt
volgens Kuka bij de 8000 stuks per jaar.
Commandes robot
Un soft-PLC sur un PC
Par l’intégration d’une commande robot, d’un soft-PLC et d’une visualisation,
Kuka nous démontre qu’une commande robot moderne peut également être mise en
œuvre dans un environnement exotique. Et cette solution offre des avantages tant
pour le constructeur que pour l’utilisateur, affirme-t-elle. Le concept de
commande se base sur un IPC qui, doté du système d’exploitation ProConOS de KW,
constitue un puissant PLC sous Windows. Kuka propose de la sorte un système
universel, fourni clé en main, pour un grand nombre de tâches pouvant être
automatisées.
Tout a commencé, comme souvent, par la demande particulière d’un client. La
société KHS, un fournisseur mondial d’ingénierie mécanique et de systèmes pour
l’industrie des boissons, recherchait pour ses lignes d’emballage un système
totalement intégré, standardisé, offrant un concept de commande moderne. La
solution devait présenter de nombreux avantages par rapport au système de
commande existant et devait, surtout, être orienté vers l’avenir afin de pouvoir
justifier le passage à une nouvelle génération. A Augsburg, en Allemagne, Kuka
s’est penchée sur cette demande et a développé le système de base suivant : une
commande à même de contrôler en temps réel les 12 axes servo d’un robot ainsi
que les machines d’emballage, de palettisation, de chargement et de déchargement
d’une installation d’embouteillage. La technologie KRC, que Kuka a développée à
cet effet, utilise le puissant et moderne PLC RC, basé sur PC.
Le standard facilite l’intégration
« Les avantages du systèmes sont plus qu’évidents » déclare Klaus Rau, chef
du département d’ingénierie électrique de la technologie d’emballage de KHS.
« Désormais, nous pouvons fournir à nos clients une seule et même commande pour
toute l’installation. Que notre client opte pour un robot à six axes, un robot
SCARA, une machine de palettisation, d’emballage, de chargement et/ou de
déchargement, il reçoit toujours la même technologie, à savoir la technologie
robot. » Quelles que soient les dispositions et les situations, cette solution
facilite la construction, l’organisation, l’intégration, la mise en service, la
formation et le service. Grâce au concept confortable et modulaire du logiciel
et du matériel, la tâche de programmation est, bien sûr, fortement simplifiée,
ce qui garantit des délais de commercialisation plus courts et des délais de
livraison minimaux. Comme d’habitude en robotique, les entraînements servo sont
équipés d’un système de mesure absolue de la trajectoire et les capteurs
destinés au contrôle de mouvement disparaissent totalement. La machine peut être
facilement réglée pour les différents produits au travers du terminal de
contrôle graphique qui permet à son tour une mise en service et un réglage
rapides pour les nouveaux produits. Les unités modulaires combinées à la
technologie standard du PC assurent une grande fiabilité et une adaptation aisée
aux modernisations technologiques. Grâce à l’utilisation judicieuse des
dernières technologies comprenant les systèmes servo, les techniques de commande
par PC et la visualisation machine, KHS peut fournir à ses clients des machines
excessivement fiables et silencieuses qui réclament peu d’entretien et assurent
des temps de cycle plus courts qu’avant.
PC = ouverture
L’utilisation de la technologie PC et l’intégration de l’ensemble de la
commande et de la visualisation permettent pour la première fois d’envisager,
pour ces machines, le téléservice. L’exploitation des possibilités de
communication offertes par le monde du PC contribue favorablement à
l’augmentation du temps de production des machines.
Contrairement aux modèles précédents, la commande KRC 2, basée sur PC et dotée
d’une ingénierie d’entraînement servo intégrée, entre désormais dans une armoire
compacte de seulement 1250 mm x 810 mm x 520 mm. Tous les bus standard dont
Profibus, Interbus, DeviceNet et ControlNet sont soutenus au même titre
qu’Ethernet TCP/IP et OPC Client/Serveur.
Le soft-PLC également en temps réel
En interne, le système d’exploitation ProConOS de KW-software, un partenaire
système de Kuka, se charge du bon déroulement de toutes les fonctions de
commande. Le système KRC permet le pilotage des axes synchrones et asynchrones.
Kuka réalise ainsi un système de commande multitâche pouvant assumer tant les
configurations standard connues du robot que les dispositions spécifiques du
client. Le Soft-PLC agit comme un système de commande central avec les bus de
terrain. Il fournit à la visualisation les informations nécessaires.
L’utilisation de blocs de fonction permet l’échange des variables avec la
commande RC par un accès direct à la mémoire. La communication complexe au
travers des modules d’E/S, caractéristique du PLC standard, est ainsi évitée.
Les composants critiques en termes de temps passent par le noyau temps réel
VxWin développé en interne par Kuka. A l’inverse, des applications telles que la
visualisation et le serveur OPC sont implémentées du côté de Windows.
Une programmation simple
Avec le programme Multiprog, le programme de commande peut être développé
très simplement en toute conformité avec la norme IEC 61131. L’utilisateur peut
choisir le langage de programmation qu’il souhaite utiliser car le système
prévoit les List Instruction, Structured Text, Function Block Diagram, Ladder
Diagram et Sequential Function Chart. Ces langages peuvent même être mélangés
durant le projet.
Le langage Machine Sequential Function Chart (MSFC) constitue une possibilité
supplémentaire. Il permet une mise en service plus rapide par des processus
cycliques. Des fonctions étendues de diagnostic permettent de réduire le nombre
d’arrêts. En tant qu’application 32 bits, Multiprog tourne sous toutes les
plates-formes Windows. Et puisque Kuka a des clients dans le monde entier, il
est disponible dans toutes les langues courantes comme l’anglais, l’allemand, le
français, le japonais et le chinois. Même la langue de la documentation élaborée
par l’utilisateur peut être changée en ligne. L’utilisateur programme le système
au moyen d’une procédure d’apprentissage via le terminal opérateur KCP. La
programmation au sein de l’environnement familier de Windows permet une
programmation aisée de tous les programmes tant en mode on-line qu’en mode
off-line. Des fonctions telles que le contrôle de disponibilité, la surveillance
du temps de cycle et le contrôle de collision assurent un niveau accru de
protection. Le processus de production complet peut être visualisé sur le grand
écran de 8’’, rendant le tout nettement plus transparent et plus clair.
Orienté client
La programmation aisée est un solide argument à l’avantage du nouveau
concept de Kuka. Par ailleurs, la standardisation réduit aussi les délais de
livraison et assure des temps de réaction plus courts par exemple pour la
livraison de pièces de rechange. Sans parler de la minimisation des temps
d’implémentation. Par ailleurs, la structure modulaire assure un remplacement
simple des mises à niveau durant l’utilisation. Le matériel et le logiciel
adaptés et les raccourcis de communication rendent superflus les détours onéreux
via des modules d’E/S. La modernité de ce concept assure au client la pérennité
de ses investissements. La mise en réseau avec des systèmes sus-jacents comme
Internet par exemple peut maintenant être réalisée très simplement. Kuka estime
que les sociétés doivent se concentrer sur leur métier de base. « Le
savoir-faire technologique du système KHS s’appuie sur notre force en tant que
fournisseur système et nous utilisons à notre tour la compétence de KW-software,
notre fournisseur de soft-PLC. » Le nombre de commandes identiques ou semblables
s’élève, selon Kuka, à environ 8000 pièces par an.
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