Realzeitkommunikation mit KUKA.PLC mxAutomation

Einfache Software-Integration von Robotern in Fertigungsmaschinen und Automatisierungsanlagen

Automatisierung mit Industrierobotern erweist sich immer mehr als Schlüsseltechnologie und damit als Antwort auf aktuelle Herausforderungen. Dies gelingt häufig nur dann in akzeptabler Weise, wenn Roboter und das zu automatisierende Umfeld – Maschinen, Fördereinrichtungen etc. – sowohl operationell, als auch bedientechnisch perfekt integriert erscheinen. An dieser Stelle setzen die Softwarefunktionen von KUKA.PLC mxAutomation an, die im Zusammenspiel mit der modernen industriellen Realzeitkommunikation eine effiziente und genügend granulare Fernkommandierung des Roboters  ermöglichen.

Roboter dienen nicht dem Selbstzweck, sondern erfüllen die unterschiedlichsten Teilaufgaben bei der Lösung einer Automatisierungsaufgabe. So können sie z.B. zum Vor- oder Nachbearbeiten der Werkzeuge oder Werkstücke von Fertigungsmaschinen  bzw. deren Handling wie z.B. Be- oder Entladen verwendet werden.

Die endkundenfreundliche Automatisierung  von Werkzeugmaschinen benötigt die Integration von Industrierobotern in Bearbeitungszellen derart, dass vom Bediener vorzunehmende Modifikationen, wie zum Beispiel Nachrüstungen sich entweder automatisch auf den Roboter auswirken oder wenigstens ergonomisch den Vorgaben der Maschinenbedienung folgen. Darüber hinaus sollen alle zellenbezogenen Bedienhandlungen unter Einschluss des Roboters gemäß dem Prinzip des „Single Point of Operation“ durch nur eine Bedieneinheit vorgenommen werden können. Dies schließt Interaktionen wie Bedienung im Normalfall, Freifahren, Teachen und  Diagnose ein.

Damit die Arbeiten von Fertigungsmaschine und Roboter koordiniert ablaufen können, ist also eine Kommunikation zwischen deren Steuerungen notwendig. Ursprünglich wurde diese Aufgabe von parallel verdrahteten Signalen erfüllt, welche danach von herkömmlichen Feldbussen abgelöst wurden. Einige Industrien, wie z.B. Spritzgießen, standardisierten mit der Euromap67-Schnittstelle auch die Bedeutung der einzelnen Signale.

Nur eine Programmieroberfläche

Um die Bewegungen von Roboter und Maschine nur an einer Stelle programmieren zu müssen, hat KUKA mit der Schnittstelle KUKA.PLC mxAutomation einen Weg geschaffen, mit dem Maschinenbauer oder Systemintegratoren quasi die KUKA Robotersteuerung in ihre Maschinensteuerung integrieren können. Sämtliche Programmier- und Bedienhandlungen des Roboters können ausschließlich über die Maschinensteuerung und deren Bedienpanel erfolgen, spezielle Roboterprogrammierkenntnisse sind nicht mehr erforderlich.
Die Bedienung der Maschinen-/Roboterzelle erfolgt wie selbstverständlich aus einem Guss am gewohnten Maschinenpanel.

KUKA.PLC mxAutomation besteht konzeptionell aus zwei Hauptteilen. Auf der Robotersteuerung läuft ein von KUKA erstelltes Server-Programm, das auf das Eintreffen von Roboterkommandos über einen Feldbusse oder auch über UDP wartet. Somit ist Schnittstelle für PC und PLC basierende Systeme verwendbar. Auf der Maschinensteuerung läuft das eigentliche Robotersteuerungsprogramm, das in der Programmiersprache und mit den Programmiermethoden der Maschinensteuerung erstellt worden ist. Um dies zu ermöglichen, bietet KUKA für die jeweiligen Steuerungen die KUKA.PLC mxAutomation-Bibliothek an. Diese wird vom Maschinenprogrammierer in seine Programme eingebunden und verpackt die programmierten Roboterbefehle und deren Parameter in entsprechende Daten, welche über den jeweiligen Feldbus an den auf der Robotersteuerung laufenden KUKA.PLC mxAutomation-Server übermittelt werden. Dieser interpretiert die eintreffenden Daten, führt die gewünschten Roboterkommandos aus und schickt Rückgabeparameter, Statusmeldungen, etc. zur Bibliothek auf der Maschinensteuerung zurück. Damit die Datenübertragung der Roboterkommandos und deren Rückgabewerte so schnell wie möglich und deterministisch erfolgen, werden hierfür ausschließlich die zyklischen Prozessdaten des jeweiligen Feldbusses verwendet. Bis zu fünf Roboter gleichzeitig können auf diese Art und Weise von der Maschinensteuerung quasi fernkommandiert werden.

KUKA.PLC mxAutomation ist nach PLCopen zertifiziert und bietet die Funktionsblöcke nach dem bekannten standard an. Nahezu alle Funktionen, die direkt am Roboter programmiert werden können, stehen auch über die Bibliothek zur Verfügung. Da sind zum einen allgemeine Funktionen, wie z.B. zum Auslesen der aktuellen Roboterpositionen, -geschwindigkeiten und -beschleunigungen zum anderen gibt es Funktionen zum Lesen und Beschreiben von lokalen Roboter-E/As und –Variablen. Ein Anwendungsbeispiel für die sinnvolle Verwendung von Systemvariablen ist das sensitive Greifen von Werkstücken oder Packgütern, wobei der Einsatz achsbezogener Momentenbegrenzung ein probates Mittel ist. Hier kann innerhalb der KUKA.PLC mxAutomation Konfiguration die Systemvariable TORQMON_DEF einer KUKA.PLC mxAutomation Variable zugeordnet werden, die dann über die Funktion KRC_SetSysVar beschrieben werden kann.

Für das  achsspezifische oder kartesische Verfahren des Roboters mit LIN, PTP oder CIRC stehen entsprechende Bausteine zur Verfügung. Dabei ist Überschleifen ebenso möglich, wie z.B. genaue Bahnschaltaktionen oder Interrupts. Zum Handverfahren des Roboters und zum Teachen von spezifischen Raumpunkten stehen ebenfalls Funktionen zur Verfügung, so dass auch diese Bedienhandlungen vom Maschinenterminal aus durchgeführt werden können.

Vorteile gegenüber anderen Ansätzen

Der KUKA.PLC mxAutomation-Ansatz hat gegenüber vergleichbaren Lösungen, bei denen z.B. die Maschinensteuerung direkt die Ansteuerung der Roboterantriebe oder  -motoren übernimmt, einige Vorteile. Die Maschinensteuerung muss keine komplexen Robotertransformationen beherrschen und sie muss die detaillierten Maschinendaten und Metriken der Robotermechaniken nicht kennen. KUKA.PLC mxAutomation arbeitet auf Anhieb mit allen KR C4-basierten KUKA-Robotertypen zusammen – vom KR AGILUS bis zum KR 1000 titan. KUKA verfügt hier über ein erprobtes durchgängiges und anpassungsfähiges Portfolio an Robotermechaniken: Unterschiedliche Reichweiten, Traglasten, Konsolbauformen, Armverlängerungen, optimierte Eigengewichte usw.

Es besteht nicht die Gefahr, dass die Maschinensteuerung aus Unkenntnis der mechanischen Belastungsgrenzen von Robotermotoren, -getrieben und -mechaniken diese Belastungsgrenzen überschreitet, was zu einem frühzeitigen Ausfall des Roboters führen würde. Zusätzlich bleiben der Maschinensteuerung alle Vorteile und Eigenschaften der KUKA Robotersteuerung erhalten, wie z.B. an die jeweiligen Mechaniken, Lasten und Trägheiten angepassten, energieeffizienten Bewegungsalgorithmen, ausgefeilte Ausnahmebehandlungen oder die gesamten Safety-Funktionen.

Sie wollen mehr über die Software-Integration von Robotern in Fertigungsmaschinen und Automatisierungsanlagen wissen? Dann besuchen Sie die KUKA Website unter https://www.kuka.com/de-de/produkte-leistungen/robotersysteme/software/querschnittstechnologien/kuka-plc-mxautomation

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