Komunikačné rozhrania z pohľadu robotických uchopovacích systémov

Výber komunikačných rozhraní má z pohľadu mechatronizácie uchopovacích systémov čoraz väčší význam. 

Ak sa na to pozrieme objektívne, tak zistíme, že jednoducho neexistujú štandardné riešenia. A ak by sme chceli využiť potenciál komunikácie medzi komponentmi, riadeniami a nadradenými systémami a súčasne by sme chceli šetriť rozpočet, urobíme dobre, keď pred investíciou zanalyzujeme konkrétne požiadavky.

V rámci svojej mechatronickej stratégie rozlišuje SCHUNK tri segmenty komunikácie: 

  • Digitálne vstupy/výstupy
  • IO-Link
  • Priemyselné ethernetové a zbernicové rozhrania

Popri zbernicových rozhraniach PROFIBUS a CAN, ktoré sú etablované už roky, sa predovšetkým zvyšuje význam komponentov uchopovacích systémov s IO-Link a priemyselných ethernetových rozhraní – PROFINET, EtherCAT a EtherNet/IP. 

Trend je zhodný s celkovým vývojom

Na celom svete je nainštalovaných už viac ako 21 miliónov PROFINET uzlov. V prípade IO-Link je ich viac ako 8 miliónov. 

SCHUNK EGP možno ovládať prostredníctvom digitálnych vstupov/výstupov

Hlavnými hnacími subjektmi moderných štandardov sú výrobcovia riadení a elektroniky (Siemens, Beckhoff, Bosch a Rockwell Automation), ako aj výrobcovia robotických systémov (KUKA, FANUC alebo Mitsubishi). 

Dodávatelia komponentov, medzi ktorých patrí aj spoločnosť SCHUNK a  ktorých cieľom je komplexne pokryť celý trh, musia ovládať všetky zložky komunikácie a ovládania. Ich komponenty majú napokon bez problémov fungovať spolu s takmer každým PLC a každým riadením robota.

PGN-plus-E s rozhraním IO-Link umožňuje flexibilné procesy a jednoduché uvedenie do prevádzky.

Odstupňovaný mechatronický sortiment

SCHUNK popri svojich robustných a odolných pneumatických komponentoch príslušným spôsobom včas vyvinul rovnako sofistikovaný mechatronický sortiment, ktorý sa neustále rozširuje. Tento sortiment je spočiatku založený na troch pilieroch. 

Prvým pilierom sú robustne skonštruované komponenty, medzi ktoré patrí napríklad 24 V uchopovač malých dielov SCHUNK EGP a ktoré sú ovládané prostredníctvom digitálnych vstupov/výstupov. Tieto komponenty dokážu nahradiť existujúce pneumatické komponenty 1:1. 

Uchopovač malých dielov SCHUNK EGP-C – uvedenie do pevádzky

Druhým pilierom sú komponenty, medzi ktoré patrí napríklad uchopovač s dlhým zdvihom SCHUNK EGA. Tieto komponenty možno prostredníctvom adaptéra motora spojiť s bežne dostupnými servomotormi a veľmi ľahko ich tak prispôsobiť existujúcim prostrediam riadení. 

Tretím pilierom sú napokon komponenty, medzi ktoré patrí napríklad univerzálny uchopovač PROFINET SCHUNK EGL s certifikáciou pre najvyššiu kategóriu C. V prípade týchto komponentov sú motor, riadiaca technika a inteligencia kompletne integrované a ovládanie sa vykonáva prostredníctvom priemyselných ethernetových rozhraní

Sortiment bol okrem toho postupne rozširovaný napríklad o komponenty s rozhraním IO-Link. Dôvodmi boli klesajúce ceny uzlov IO-Link, otvorenosť a jednoduchosť rozhrania IO-Link, zjednodušenie inštalácie a čoraz viac žiadanejšie možnosti parametrizácie a diagnostiky

Odvtedy sú tak mechatronické 24 V univerzálne uchopovače SCHUNK PGN-plus-E a mechatronické 24 V uchopovače malých dielov SCHUNK EGP k dispozícii aj s rozhraním IO-Link. 

O to dôležitejšie je pre konštruktérov zariadení, integrátorov a používateľov poznať výhody, ale aj technické limity jednotlivých rozhraní, aby ich mohli následne zvážiť.

Digitálne vstupy/výstupy pre jednoduché aplikácie

Uchopovače s digitálnymi vstupmi/výstupmi sú považované za vstupný segment do sveta mechatronickej manipulácie. Práve pri prvom prechode z pneumatických na mechatronické uchopovacie systémy sa ovládanie pomocou digitálnych vstupov/vstupov ukazuje ako výhodné, keďže princíp ovládania zostáva zachovaný a nie sú potrebné žiadne znalosti z oblasti programovania. 

Práve z tohto dôvodu dokázal uchopovač SCHUNK EGP navrhnutý pre manipuláciu s malými dielmi už veľmi skoro zaznamenať na trhu úspechy. Elektrický uchopovač malých dielov s najvyššou výkonovou hustotou na trhu a integrovanou elektronikou boduje svojou vysokou rýchlosťou a súčasne vysokou uchopovacou silou. 

Bezkefkové a tým pádom aj bezúdržbové servomotory a výkonné spájacie valčekové vedenia zaručujú vysokú úroveň efektivity. Jeho uchopovaciu silu možno v závislosti od konštrukčnej veľkosti nastaviť vo dvoch resp. štyroch stupňoch. Vo verzii “speed“ je doba zatvárania len 0,03 s. 

Na svoje limity naráža ovládanie prostredníctvom digitálnych vstupov/výstupov vtedy, keď sú popri čistom otváraní a zatváraní uchopovačov a plynulom nastavovaní uchopovacej sily potrebné aj ďalšie funkcie.

Napríklad keď majú byť cyklus za cyklom nastavené rôzne zdvihy alebo uchopovacie sily, alebo keď majú byť monitorované procesné údaje. Nič z toho nie je možné pomocou digitálnych vstupov/výstupov.

Vďaka rozhraniu PROFINET možno pomocou SCHUNK EGL realizovať náročné uchopovacie procesy.

IO-Link prenáša parametrizačné a diagnostické údaje

V prípade uchopovačov SCHUNK s rozhraním IO-Link možno naproti tomu pomocou spojenia od bodu k bodu prenášať aj parametrizačné a diagnostické údaje. To navyše znižuje náročnosť zapojenia a takisto aj počet variantov rozhraní a konektorov v systéme. 

Oba výkonné uchopovače SCHUNK PGN-plus-E a SCHUNK EGP s rozhraním IO-Link sú založené na osvedčenýc komponentoch zo sortimentu SCHUNK, spĺňajú normu IO-Link Class B a sú softvérovo aj hardvérovo v súlade so špecifikáciami IO-Link. 

Spoločnosť SCHUNK tým pokračuje v úspešnom príbehu svojej osvedčenej vlajkovej lode. Oba uchopovače s rozhraním IO-Link možno jednoducho a intuitívne integrovať do výrobného prostredia a s minimálnym úsilím ich uviesť do prevádzky.

Jediný kábel pre riadenie a napájanie napätím postačuje na to, aby bola možná prevádzka uchopovača a aby mohol uchopovač odosielať údaje do riadenia resp. ich z neho prijímať. 

Uchopovač sa nadradenému riadeniu hlási prostredníctvom IODD (IO Device Description). Tam, kde boli doteraz prenášané len binárne spínacie stavy (zapnuté/vypnuté) alebo analógové signály, možno vďaka IO-Link počas prebiehajúcej prevádzky zariadenia centrálne stanoviť a meniť parametre, akými sú poloha a rýchlosť uchopovania. 

Uchopovaciu silu možno pomocou softvérových nastavení individuálne prispôsobiť príslušnému obrobku, vďaka čomu možno manipulovať aj s dielmi citlivými na deformáciu. To zvyšuje flexibilitu v rámci aplikácie. V extrémnych prípadoch možno parametre prispôsobiť pre každý cyklus. 

Pri výskyte porúch a chýb môže používateľ bodovo presne zasiahnuť. To vedie k ohromnej časovej úspore pri uvedení do prevádzky alebo pri výmene uchopovača. Integrovaný diagnostický nástroj neustále monitoruje stav uchopovačov a automaticky prenáša chyby do nadradeného riadenia.

Do tohto nástroja môžu prevádzkovatelia zariadenia navyše uložiť aj ľubovoľné intervaly údržby zariadenia. Nastavovacie parametre, ktoré bolo predtým po výmene variantu stroja časovo náročným spôsobom znovu stanoviť na základe učenia, nájazdov do polôh a korekcie, sú v prípade uchopovačov s IO-Link uložené v riadení a tým pádom sú okamžite k dispozícii

Výhodou štandardu IO-Link je istotne jeho univerzálnosť. IO-Link Master sú kompatibilné s inými komunikačnými protokolmi, medzi ktoré patrí napríklad Modbus/TCP. Nevýhodou môže byť naproti tomu to, že pri komunikácii cez IO-Link je vždy potrebný IO-Link Master, ktorý zvyšuje objem investície, musí byť naprogramovaný a obmedzuje objem prenesených dát. 

IO-Link teda nie je žiadnym komunikačným systémom, ktorý by dokázal skutočne pracovať v reálnom čase. Najneskôr vtedy, keď budú potrebné prídavné prvky, akými sú kamery, snímače alebo prídavné údaje, narazí aj komunikácia cez IO-Link na svoje limity.

Priemyselný ethernet umožňuje reguláciu v reálnom čase

Uchopovače SCHUNK s priemyselným ethernetovým rozhraním (PROFINET, EtherCAT, Ethernet/IP) umožňujú výrazne väčší rozsah funkcií ako uchopovače, ktoré sú ovládané prostredníctvom digitálnych vstupov/výstupov alebo IO-Link. 

Tak možno samotný druh referencovania voliteľne nastaviť na blok, rýchlosť, prúdový pohyb alebo obrobok. Už toto samotné nastavenie druhu referencovania by presiahlo možnosti uchopovačov vybavených rozhraním IO-Link.

K tomu sa pridávajú ďalšie možnosti, akými sú meranie, nastavovanie polohy, pripojenie k webovému serveru pre účely uvedenia do prevádzky alebo pripojenie pre účely vyhodnocovania dát prostredníctvom systémov ERP alebo cloudových riešení. 

Najlepší príklad: SCHUNK EGL s rozhraním PROFINET. Celosvetovo prvý univerzálny uchopovač PROFINET s certifikáciou v najvyššej kategórii C a s integrovanou elektronikou zjednocuje výkon, všestrannosť a inteligenciu. Jeho vysokovýkonné rozhranie PROFINET vytvára najlepšie predpoklady pre reguláciu procesu v reálnom čase a maximálny výkon. 

S variabilnou uchopovacou silou v rozsahu 50 N až 600 N pokrýva kompaktný uchopovač široké spektrum dielov. V rámci uchopenia so silovým stykom dokáže striedavo manipulovať s najrôznejšími dielmi s hmotnosťou do 3 kg – či už ide o dosky plošných spojov v elektronickom priemysle alebo o konštrukčné diely v oblasti montáže spotrebiteľského tovaru alebo v strojárstve. 

Pritom možno v rámci maximálneho zdvihu 42,5 mm na jeden prst ľubovoľne naprogramovať polohu prsta, rýchlosť zatvárania a uchopovaciu silu. Pre skrátenie doby cyklu možno navyše nastaviť ľubovoľnú predbežnú polohu prstov rýchlosťou až do 150 mm/s. 

Funkčnosť dláždi cestu pre technológiu

V zásade platí nasledovné: Každý druh ovládania – pneumatické alebo elektrické – a každý druh komunikačného rozhrania má svoje špecifické výhody a nevýhody. 

Neexistujú paušálne odporúčania

Špecialisti na uchopovacie systémy preto radia, aby boli aplikácie a ich príslušné požiadavky vždy posudzované individuálne. Ten, kto chce len uchopovať obrobok a nemá žiadne ďalšie požiadavky na uchopovací proces, sa môže pokojne spoľahnúť na pneumaticky alebo elektricky ovládané uchopovače s digitálnymi vstupmi/výstupmi. 

Vďaka tomu dochádza k zníženiu úsilia súvisiaceho s uvedením do prevádzky, zložitosti ovládania a v neposlednom rade aj objemu investície

V prípade aplikácií, pri ktorých sú napríklad potrebné medzipolohy, prichádzajú zase do úvahy uchopovače s IO-Link.

Alternatívne však možno použiť aj pneumatické uchopovače s mechanickými obmedzeniami resp. pružinami alebo externe vedené uchopovače. Použitie uchopovačov s priemyselnými ethernetovými rozhraniami má zase zmysel najmä vtedy, keď sa má zrealizovať regulácia v reálnom čase, keď je potrebné špeciálne referencovanie alebo keď majú byť zaznamenávané procesné údaje. 

Pre dosiahnutie najlepšieho pomeru ceny a výkonu je nutné, aby sa použitá technológia vždy riadila funkčnosťou.


Zdroj: www.schunk.com

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *