Spoločnosti Murrelektronik a Danfoss stanovujú nové štandardy v oblasti robotickej automatizácie

Decentrálne servoriadenie umožňuje flexibilnú a kompaktnú robotickú automatizáciu

Spoločnosť Murrelektronik je globálny dodávateľ automatizačnej a inštalačnej techniky so silným zameraním na decentrálne systémové architektúry. Keďže výrobcovia strojov hľadajú flexibilnejšie alternatívy k tradičným robotickým architektúram založeným na skriňových rozvádzačoch, spoločnosť si stanovila za cieľ uplatniť iný prístup. Spoločnosť Murrelektronik v spolupráci so spoločnosťou Danfoss vyvinula koncepciu robotiky, ktorá ukazuje, ako je možné integrovať robotiku do decentrálnej architektúry automatizácie. Spoločnosť autonox Robotics poskytla podporu v oblasti mechaniky a uvedenia do prevádzky.

Výzva: rozšírenie decentrálnej automatizácie na robotiku

V rámci svojej automatizačnej platformy Vario-X chcela spoločnosť Murrelektronik vyvinúť prípad použitia, ktorý by ilustroval, ako je možné princípy decentrálnej automatizácie rozšíriť na robotiku s využitím priemyselných robotov integrovaných do strojov a servopohonov. Systém Vario-X bol vyvinutý s cieľom priblížiť riadenie, distribúciu elektrickej energie a vstupy/výstupy bližšie k stroju, čím ponúka modulárnu alternatívu na úrovni prevádzky k tradičným automatizačným architektúram založeným na skriňových rozvádzačoch. Cieľom bolo poskytnúť výrobcom strojov a systémovým integrátorom praktickú príručku pre budúce modulárne konštrukcie strojov.

Bežné priemyselné robotické systémy sú zvyčajne založené na centralizovaných architektúrach, pri ktorých je riadenie robota a servopohony umiestnené v jednom skriňovom rozvádzači. Pri bežnom centralizovanom servo riešení potrebuje každý motor vlastné napájacie pripojenia a pripojenia na spätnú väzbu, čo vedie ku komplexnej kabeláži a dlhým káblom medzi servopohonmi a motormi. To zvyšuje náročnosť inštalácie, vyžaduje viac miesta v skriňovom rozvádzači a môže obmedziť flexibilitu pri modulárnej konštrukcii strojov.

Na uvedenie tohto konceptu do praxe potrebovala spoločnosť Murrelektronik riešenie pohonu, ktoré by umožňovalo decentrálnu inštaláciu priamo na robote a zároveň poskytovalo presnosť, bezpečnosť a komunikačné schopnosti nevyhnutné pre robotické oblasti použitia. Hlavnou výzvou sa ukázalo nájsť platformu, ktorá by všetky tieto požiadavky spojila do jedného riešenia.

Riešenie: decentrálne servopohony namontované priamo na robote

Spoločnosť Murrelektronik si pre tento projekt zvolila platformu VLT® FlexMotion™ a pri vývoji koncepcie spolupracovala so spoločnosťou Danfoss, pričom pri mechanickom realizovaní projektu spolupracovala so spoločnosťou autonox Robotics. Toto riešenie bolo predvedené na 6-osovom priemyselnom robote, ktorý je určený na oblasti použitia ako manipulácia s materiálom, montáž, dávkovanie a zváranie.

Kľúčovou požiadavkou bolo nájsť decentrálnu servoplatformu, ktorú je možné namontovať priamo na robot a ktorá zároveň ponúka pokročilé riadenie pohybu, funkčnú bezpečnosť a otvorenú komunikáciu. Podľa spoločnosti Murrelektronik sa ponuka servopohonov spoločnosti Danfoss vyznačovala tým, že tieto požiadavky spájala do jedného riešenia.

„Preskúmali sme trh s cieľom nájsť decentrálne servoriešenie a VLT® Integrated Servo Drive ISD® 520 sa výborne hodilo k nášmu konceptu.“ Pre moderné robotické oblasti použitia nestačí len funkcia „Safe Torque Off“. „Potrebujeme pokrokové a bezpečné funkcie pohybu, ktoré nám umožnia zjednotiť flexibilitu, produktivitu a bezpečnosť strojov.“

Marco Bosch, globálny riaditeľ oddelenia Solution Engineering, Murrelektronik

Spoločnosť Danfoss dodala pohonnú techniku z portfólia VLT® FlexMotion™, medzi ktorú patril integrovaný servopohon VLT® Integrated Servo Drive ISD® 520, napájací modul VLT® Power Supply Module PSM 520, ako aj integrovaná voliteľná karta „Decentral Access Module“ (DAM), ktorá zabezpečuje centrálne napájanie decentrálnych pohonov – spolu s hybridnými káblami. Tieto komponenty spoločne umožnili vysoko presné a dynamické riadenie pohybu, ktoré je nevyhnutné pre robotické oblasti použitia, a zároveň podporili cieľ spoločnosti Murrelektronik, ktorým bolo demonštrovať decentrálnu architektúru a zníženú potrebu priestoru v skriňovom rozvádzači pri robotickej automatizácii.

Integrovaný servopohon VLT® Integrated Servo Drive ISD® 520 spája servopohon a servomotor do jednej kompaktnej jednotky. Vďaka umiestneniu servopohonov priamo na ramene robota toto riešenie eliminuje potrebu tradičných servoinštalácií umiestnených v skriňových rozvádzačoch a podporuje úplne decentrálnu architektúru stroja s kabelážou typu daisy chain. Ovládanie pohybu je integrované do pohonu a vďaka jednoduchému pripojeniu mohla spoločnosť Murrelektronik bez problémov integrovať riešenie spoločnosti Danfoss do svojho vývojového prostredia.

Plynulá integrácia do prostredia PLC spoločnosti Murrelektronik prispela k zjednodušeniu integrácie systému a umožnila rýchlejšie uvedenie do prevádzky, vďaka čomu bolo možné koncept ľahšie overiť.

„Hoci koncepčná štúdia obsahuje mechanizmus s kĺbovým ramenom, princíp daisy chain sa naplno prejaví až v prípade delta kinematiky. Z pohľadu spoločnosti autonox kombinácia paralelnej mechaniky a techniky pohonu, ktorá je vlastná princípu daisy chain, podčiarkuje jasný trend smerom k decentrálnym architektúram: integrované servopohony, zredukovaná hybridná kabeláž a otvorené rozhrania umožňujú vynikajúci dynamický výkon a zároveň výrazne znižujú náklady na integráciu a údržbu.“

Julien Schuhler, vedúci oddelenia výskumu a vývoja v spoločnosti autonox Robotics

Portfólio VLT® FlexMotion™ vyniklo a bolo vybrané na základe viacerých kľúčových výhod:

1. Decentrálny servopohon umožňuje priamu montáž servomotorov do stroja a tým znižuje priestorové nároky na inštaláciu v skriňovom rozvádzači
2. Vysoko presné a dynamické riadenie pohybu, ako je potrebné pre robotické oblasti použitia
3. Prehľadná a minimálna kabeláž vďaka koncepcii daisy chain
4. Otvorená komunikácia, ktorá podporuje viacero priemyselných protokolov, ako aj nový prístup k decentralizácii
5. Integrované pokrokové bezpečnostné funkcie a integrované bezpečnostné brzdy, ktoré zaručujú bezpečnosť obsluhy a zároveň znižujú zložitosť systému
6. Kompaktné pohony, ktoré umožňujú priamu montáž na rameno robota
7. Široké portfólio s veľkým výberom veľkostí servopohonov a variantov krútiaceho momentu motorov pre každú os robota
8. Silná podpora modulárnej a flexibilnej architektúry strojov
9. Moduly z karbidu kremíka (SiC) pre optimalizovanú tepelnú účinnosť a výkon

Úzka technická spolupráca

V tomto prípade nešlo o bežnú robotickú inštaláciu, ale o strategický validačný projekt, ktorého cieľom bolo demonštrovať nový prístup k robotickej architektúre.

Počas šiestich mesiacov spoločnosti Murrelektronik, autonox Robotics a Danfoss spojili svoje odborné znalosti v oblastiach decentrálnej automatizácie, robotickej mechaniky a riadenia pohybu s cieľom vyvinúť plne funkčnú robotickú platformu. Úzka technická spolupráca medzi týmito tromi partnermi bola rozhodujúca pre to, aby tento koncept fungoval v praxi.

„Kombináciou našich servopohonov VLT® Integrated Servo Drive ISD® 520 s odbornými znalosťami spoločností Murrelektronik a autonox Robotics sme vytvorili revolučné robotické riešenie, ktoré minimalizuje priestorové nároky zariadenia.“ Je pre nás veľmi dôležité budovať silné partnerstvá, ktoré riešia problémy zákazníkov a definujú hranice možností v oblasti automatizácie. „Spoločne nepredávame len komponenty, ale prinášame budúcnosť strojárstva.“

Christian Schröder, manažér pre globálny rozvoj podnikania v divízii Motion Drives spoločnosti Danfoss

Výsledok: škálovateľný koncept architektúry robotickej automatizácie

Výsledkom projektu bola overená a plne funkčná kompaktná decentrálna automatizačná architektúra, ktorá predstavuje praktické referenčné riešenie pre výrobcov strojov, OEM a systémových integrátorov zaoberajúcich sa decentrálnymi konceptami strojov. Vďaka umiestneniu servopohonov priamo na robote a vynechaniu servopohonov v skriňovom rozvádzači sa týmto riešením znížila potreba miesta v skriňovom rozvádzači o 60 %. Koncept zapojenia typu daisy chain dodatočne skrátil dĺžku káblov až o 80 %, čo prispelo k zníženiu nákladov na kabeláž a zároveň vytvorilo prehľadnejšiu a kompaktnejšiu architektúru stroja.

ISD® 520 podporuje väčšinu bežných priemyselných komunikačných protokolov, čo uľahčuje integráciu do širokej škály automatizačných prostredí a umožňuje rýchle a jednoduché uvedenie do prevádzky.

Všetky tieto schopnosti spolu ukazujú, ako môže decentrálne riadenie pohybu pomôcť výrobcom strojov znížiť zložitosť, zvýšiť flexibilitu a rozšíriť decentrálne architektúry strojov aj na oblasť robotiky.

Autor: Danfoss