Topologia sterowania zdecentralizowanego lub centralnego: obie o budowie modułowej

Dostępne są dziś skalowalne rozwiązania; począwszy od najmniejszego modułu maszyny z tylko jedną osią ruchu, aż do złożonych systemów wieloosiowych. Dzięki spójności systemów w portfolio, to samo oprogramowanie aplikacyjne może być używane we wszystkich modułach maszyn.

Fot. 1. Modułowość dzięki blokom oprogramowania FAST z Lenze

Dzięki temu producenci maszyn (OEM) mogą teraz elastycznie reagować na każdy przypadek zmian za pomocą najprostszych środków, bez konieczności przerywania pracy całego systemu. Po raz pierwszy w historii możliwe jest wykorzystanie starej wizji plug & play dla jednostek funkcyjnych maszyny, ale bez konieczności adaptacji pojedynczych linii w kodzie oprogramowania.

Od dziesięcioleci konstruktorzy maszyn skupiają się na trzech kwestiach: wydajności, dostępności i jakości. Jednak w międzyczasie kluczowym wyzwaniem stał się czas wprowadzenia na rynek: jak szybko maszyna może zostać uruchomiona online u użytkownika?

Następnie pojawia się pytanie: jaką elastyczność może producent OEM zaoferować klientom w trakcie wdrażania niestandardowych wymagań, specyficznych dla danej aplikacji? Ale to nie wszystko: biorąc pod uwagę obecne zawrotne tempo zmian technologicznych, kryteria podejmowania decyzji przez użytkowników obejmują również szybkie wprowadzanie innowacji technicznych oraz nakłady czasu i kosztów.

Trendy wywołane ideą Przemysłu 4.0 dają konstruktorom maszyn szansę wyróżnienia się z tłumu i poprawienia swojej pozycji na rynku. Kluczowe wymagania stojące przed producentami OEM w dziedzinie inżynierii oprogramowania obejmują pełną cyfryzację, poziom czujników/napędów, łączenie z infrastrukturami IT i chmurami oraz konsekwentną integrację poszczególnych maszyn na całych liniach produkcyjnych, a także integrację systemów ERP i MES; nie wspominając już o rosnącej złożoności na poziomie mechaniczno-kinematycznym.

Niezbędna elastyczność produkcji wymaga zwiększonej kontroli ruchu i większej liczby osi, jeśli na przykład elastyczna kinematyka robotów ma przejąć zadania stosunkowo sztywnych zespołów mechanicznych.

Wielu producentów OEM decyduje się na modularyzację maszyn, opracowując odpowiednio znormalizowane jednostki funkcjonalne, które można następnie ponownie wykorzystać.

Chociaż funkcje można szybko umieścić na papierze, to w praktyce wymagana jest integracja autonomicznych jednostek funkcyjnych bez konieczności adaptacji istniejących modułów. Modularyzacja może zatem zakończyć się sukcesem tylko wtedy, gdy mechanika, elektronika i oprogramowanie będą "ulepione z tej samej gliny".

To, czy moduł maszyny ma tylko jedną lub kilka zsynchronizowanych osi, czy też posiada skomplikowaną strukturę napędu o różnych osiach, może mieć duże znaczenie dla sterowania i inżynierii napędowej.

W zależności od zastosowania każdy moduł może wymagać różnego zwymiarowania, a w konsekwencji może pojawić się pytanie, czy zintegrowane z napędem sterowanie zdecentralizowane jest bardziej efektywne niż moduł sterowany przez centralną inteligencję.

SKALOWALNOŚĆ DLA KAŻDEJ APLIKACJI

Oznacza to, że skalowalne portfolio z systemami sterowania oferującymi różne poziomy wydajności, ale te same funkcje i zaprojektowane w tej samej formie, muszą być również dostępne dla różnych modułów. Firma Lenze, specjalizująca się w automatyce, od dawna stosuje zarówno centralne, jak i zdecentralizowane systemy zintegrowane z napędem.

Dystans pomiędzy tymi dwiema topologiami ulega zmniejszeniu, ponieważ korzysta się z tych samych aplikacji i narzędzi inżynieryjnych. Lenze korzysta z niezależnych od producenta standardów i nowoczesnych interfejsów komunikacyjnych, aby zapewnić łatwą i synchroniczną pracę modułów. Równolegle wdrażane są sieci EtherCAT, ProfiNet, EtherNet/IP oraz OMAC, AutomationML i PackML. W przypadku integracji pionowej z nadrzędnym poziomem zarządzania procesami stosowane są standardy takie, jak OPC UA czy MQTT.

STEROWANIE CENTRALNE CZY ZDECENTRALIZOWANE?

Serwoprzemiennik częstotliwości i900 tworzy również połączenie między zdecentralizowanymi placówkami a centralną inteligencją. Umożliwia to opcjonalne sterowanie modułami w maszynie, zarówno zdecentralizowane, jak i centralne - dzięki czemu nie pojawia się alternatywa albo - albo.

W zależności od zastosowania konstruktor maszyny może reagować z pełną elastycznością na wymagania klienta, ponieważ może on korzystać ze spójnego portfolio produktów, zarówno w zakresie sprzętu, jak i oprogramowania, co daje mu dostęp do obu topologii.

Dzięki temu i900 może działać jako zdecentralizowana placówka inteligencji, którą, podobnie jak inne sterowniki z oferty firmy Lenze, można zaprogramować za pomocą zestawu narzędzi aplikacji FAST i skoncentrować się na sterowaniu modułem, na którym jest wdrażany. W razie potrzeby można przeprowadzić synchronizację międzymodułową bardziej złożonej maszyny.

Wszystko to bez konieczności przeprogramowywania - oprogramowanie aplikacyjne, zaimplementowane wcześniej na centralnym sterowniku, może nadal działać w niezmienionej postaci na platformie i900. W ten sposób można zredukować stopień komplikacji danej aplikacji i uprościć inżynierię, szczególnie gdy maszyny są skalowane i zwiększa się liczba modułów, a tym samym osi, które należy kontrolować.

MODUŁOWY SYSTEM Z OPROGRAMOWANIEM I ZE SPRZĘTEM

Fot. 2. Nowa seria serwoprzemienników i900 z Lenze

Zestaw oprogramowania FAST zawiera modułowy system do typowych zastosowań. Moduły technologiczne dostosowane do potrzeb klienta zawierają standardowe funkcje, takie jak pozycjonowanie, podnoszenie, nawijanie, cięcie lub pakowanie maszyn w branży motoryzacyjnej, intralogistycznej, dóbr konsumpcyjnych, poligraficznej oraz w branży tekstylnej.

Użytkownicy nie muszą już programować funkcji sterowania i ruchu jednostki funkcyjnej, lecz w prosty sposób ustawiają parametry specyficzne dla danej aplikacji. Oprogramowanie FAST jest sprawdzane i testowane w wielu systemach i urządzeniach, dzięki czemu jest gotowe do natychmiastowego wdrożenia.

Dzięki konsekwentnie skalowanym produktom automatyki można w krótkim czasie opracować rozwiązanie modułowe dla każdego modułu maszyny. Producenci OEM mogą wykorzystać uzyskany w ten sposób czas na zainwestowanie w programowanie zindywidualizowanych funkcji, które można łatwo zintegrować z systemem FAST.

PRZYSZŁOŚCIOWE WZORNICTWO

Integracja aplikacji FAST z centralnie sterowaną topologią w platformie i900 opiera się na standaryzowanym interfejsie systemowym API (Application Programming Interface), opartym na CiA 402. Podczas gdy w przypadku topologii centralnej sterownik komunikuje się z napędami za pośrednictwem EtherCAT, złącze to jest również zaimplementowane w i900.

Moduł technologiczny skrzynki narzędziowej FAST i inne funkcje sterujące mogą być w ten sposób bezproblemowo mapowane na odpowiedni system zgodnie z PLCopen lub IEC 61131-3. Dzięki temu firma Lenze może zaoferować pełną kompatybilność wsteczną z istniejącym oprogramowaniem.

Tobiasz Witor
Lenze Polska