Steuerungsarchitektur für Kartesische Roboter vereinfachen für mehr Effizienz

Lean Manufacturing: Bauteilreduzierung durch integrierte Steuerung

Von Barry Weller, Produktmanager bei Mitsubishi Electric

Um wettbewerbsfähig zu bleiben, ist es allgemein anerkannt, dass Industrien Lean-Manufacturing-Strategien zur Verbesserung der Prozesseffizienz adoptieren sollten.

Herausforderung: PLC und CNC parallel bei kartesischen Bewegungen

Eine Schlüsselmaßnahme kann die Reduzierung der Bauteilanzahl sein, also die Anzahl der Komponenten in einer Baugruppe oder einem System. Dies ist besonders herausfordernd bei hochpräzisen kartesischen Koordinaten- (linearen) Bewegungsanwendungen.

In diesen Fällen mussten Maschinenbauer oft sowohl SPS als auch numerische Steuerungen (CNCs) verwenden, um die Bewegung innerhalb der Maschine vollständig zu managen – bis jetzt.

Kartesische Roboter und CNC-Steuerung

Kartesische Koordinatenroboter werden weit verbreitet eingesetzt, um Maschinenfunktionen wie mechanisches, Laser- oder Plasmaschneiden zu automatisieren – schnell liefern sie hochwertige, konsistente und hochgradig anpassbare Artikel.

Während ein kartesischer Koordinatenroboter und eine CNC-Maschine (Computer Numerical Control) nicht unbedingt dasselbe sind, wird die Bewegung beider typischerweise von einem CNC-System gesteuert.

Der Grund liegt in der Einfachheit der Programmierung von Bewegungssteuerungstrajektorien mit numerischen Steuerungen und ihrer G-Code-Sprache.

Diese Programmiersprache ist einzigartig, da sie Maschinen anweist, wo und wie sie sich basierend auf CAD/CAM-Bildern und -Dateien bewegen sollen.

G-Code liest CAD/CAM-Dateien für die beabsichtigten Endprodukte und wandelt sie in Trajektorien und Richtungen für CNC-Servomotoren innerhalb des kartesischen Koordinatenroboters um.

Dadurch können hochpräzise, präzise und reproduzierbare Bewegungen selbst die kompliziertesten und ungewöhnlichsten 2D-Formen und Konturen erstellen.

CNC vs. PLC: Lücke bei Peripheriesteuerung

Während CNC-Lösungen gut als Robotercontroller funktionieren, können sie andere Komponenten wie Magnetventile, Klemmen und Luftschläuche nicht überwachen und steuern – dafür braucht es eine SPS.

Dies könnte theoretisch enges Werkzeugmanagement und Feedback für alle verschiedenen Automatisierungsteile übernehmen, wodurch CNC-Systeme überflüssig würden.

Allerdings wäre das Schreiben von Motion-Control-Code für kartesische Koordinatenroboter mit einer der fünf SPS-Sprachen ziemlich herausfordernd. Folglich benötigen Maschinenbauer und Nutzer diese zwei unterschiedlichen Steuerungssysteme für eine Maschine.

Diese Lösung ist jedoch weit von ideal: Zusätzliche Hardware erhöht nur die Gesamtbetriebskosten der Maschine und kann auch Bau-/Inbetriebnahmezeit beeinflussen.

Tatsächlich müssen zwei separate Steuergeräte zeitkritische Informationen teilen, was potenzielle Zykluszeiten erhöht und die Wahrscheinlichkeit von Kommunikationsjitter erhöht, die SPS- und CNC-basierte Prozesse an derselben Maschine desynchronisieren könnten.

Ganzheitlicher Ansatz: Integrierte Maschinencontroller

Um diese Probleme zu adressieren, beginnen Fabrikautomatisierungs-Komponenten- und Systemhersteller, in Motion-Control-Technologien zu investieren, die die Grenzen zwischen SPS und CNC-Systemen überschreiten, um integrierte Maschinencontroller zu schaffen, die Schlüsselfunktionen beider Lösungen kombinieren.

Beispiel: Mitsubishi Electric MELSEC iQ-R mit G-Code Add-on

Ein gutes Beispiel ist Mitsubishi Electrics MELSEC iQ-R Motion Controller und seine G-Code Add-on Library. Durch Wahl dieser Lösung können Maschinenbauer universelle Servos und MELSEC iQ-R Serien-SPS nutzen, um CNC-Fähigkeiten zu implementieren, falls benötigt, durch Installation der G-Code Library.

Das ermöglicht Programmierung hochpräziser komplexer Schneidtrajektorien und -profile in G-Code ohne Notwendigkeit numerischer Steuerungen.

Genauer hilft die Add-on-Funktion dem System, SPS-spezifische Programmierinstruktionen wie Motion SFCs (Sequential Function Charts) zu befolgen, sowie automatisch Bewegungsprofile aus CAD/CAM-Dateien zu generieren und zu lesen.

Die G-Code-Programme, verfügbar im Textformat, können einfach auf Mitsubishi Electrics HMIs oder mit jedem generischen Editor bearbeitet werden.

Vorteile: Synchronisation, Zykluszeitreduzierung, Flexibilität

Durch Eliminierung der Notwendigkeit separater SPS- und CNC-Komponenten-Hardware kann das MELSEC iQ-R System die verschiedenen Prozesse innerhalb einer Maschine synchronisieren und Zykluszeiten reduzieren.

Zudem ermöglicht die Möglichkeit, eine einzige Lösung für verschiedene Anwendungen, einschließlich CNC-Bearbeitung, zu nutzen und einfach zwischen ihnen zu wechseln, Maschinenbauern, eine komplette Produktionslinie zu steuern.

Als Ergebnis können Unternehmen von einem hochflexiblen, schnellen und kosteneffizienten System profitieren, das ihre industriellen Prozesse wirklich strafft, während es Qualität und Konsistenz liefert.