Opublikowano 6 marca 2025
W przypadku maszyn, które wymagają wysokowydajnego sterowania, pojawiający się trend integracji funkcji logicznych i PLC w sterowniku ruchu upraszcza projektowanie maszyn, a także ich konfigurację i konserwację.
Konstruktorzy maszyn, którzy muszą zoptymalizować ich produktywność, zazwyczaj polegają na kontrolerach ruchu. Sterowniki ruchu zapewniają szybkie i precyzyjne sterowanie serwonapędami, często obejmując koordynację trzech lub więcej osi. Dlatego tak chętnie wykorzystywane są w zastosowaniach od pakowania po produkcję elektroniki.
Dedykowane kontrolery ruchu działają w czasie rzeczywistym, wykonując polecenia ruchu i synchronizując serwomotory za pośrednictwem szybkiego, deterministycznego protokołu komunikacyjnego. Pozwala im to na rozwiązywanie przerwań z dużą prędkością – jest to podejście określane jako touch-trigger. Oznacza to, że jeśli w maszynie wystąpi zdarzenie wymagające reakcji, reakcja na sygnał następuje w ciągu kilkudziesięciu mikrosekund.
Alternatywnie zamiast kontrolerów ruchu można skorzystać z sterownika PLC. Typowy sterownik PLC skanuje program w pętli, adresując każde zdarzenie po kolei. Takie podejście idealnie nadaje się do obsługi poleceń logicznych, ale brakuje mu dynamiki wymaganej do wydajnego sterowania ruchem.
Standardowy sterownik PLC dokonuje skanowania w milisekundach, a nie w mikrosekundach, co znacząco wpływa na wydajność maszyny. Dłuższy czas reakcji może obniżyć precyzję, co powoduje pogorszenie jakości produkcji i zwiększa ryzyko przestojów. Natomiast kontroler ruchu może uruchomić maszynę znacznie szybciej, z dużo większą niezawodnością, wpływając ostatecznie na zwiększenie produktywności.
Jednak w przypadku konstruktorów maszyn z wieloma sygnałami dyskretnymi, którzy koncentrują się na wydajności, często wymagana jest integracja sterownika PLC oraz dedykowanego kontrolera ruchu. Z perspektywy sterowania maszyną, sterownik PLC może być niezbędny do zarządzania funkcjami logicznymi, ponieważ umożliwia integrację wielu urządzeń. Wszechobecny sterownik PLC zapewnia również wygodne środowisko programistyczne dla wielu konstruktorów maszyn, a co najważniejsze, z perspektywy użytkownika maszyny, sterownik PLC stanowi bardziej znajomy interfejs dla inżyniera utrzymania ruchu.
Głównym wyzwaniem związanym z połączeniem kontrolera ruchu ze sterownikiem PLC jest jednak złożoność projektu. Upewnienie się, że oba sterowniki mogą się niezawodnie komunikować, zajmuje dużo czasu, a problemy z konserwacją występujące po uruchomieniu maszyny są trudniejsze do rozwiązania. Dwa sterowniki oznaczają również dodatkowe koszty i zużywają więcej energii i miejsca. A w przypadku maszyn, które integrują robotykę, zazwyczaj wymagany jest trzeci sterownik, co jeszcze bardziej potęguje te problemy.
Znajomość sterowników PLC oznacza, że niektórzy konstruktorzy maszyn mogą polegać na nich zarówno w zakresie sterowania ruchem, jak i logiki. Choć takie podejście jest odpowiednie dla wielu zastosowań, oznacza ono kompromis w przypadku maszyn wymagających optymalnej wydajności.
Wobec tego pojawiającym się trendem jest wykorzystanie kontrolera ruchu i dodanie funkcjonalności sterownika PLC. Pojedynczy sterownik jest znacznie szybszy i łatwiejszy do zaprogramowania, uruchomienia i konserwacji, a także obniża koszty.
Ponieważ priorytetem jest wydajność sterowania ruchem, kontroler ruchu jest kluczowym elementem. W przypadku Trio używany jest dedykowany język Trio Basic, który oferuje szeroki zakres poleceń ruchu oraz kinematykę robotyczną. Kontroler ten jest wspierany przez wydajne procesory oraz deterministyczną sieć komunikacyjną działającą w czasie rzeczywistym, co pozwala zoptymalizować szybkość i niezawodność odpowiedzi.
Coraz wyraźniej widać, że EtherCAT jest dominującym protokołem komunikacyjnym do optymalizacji wydajności na poziomie maszyny między sterownikiem a serwonapędami. EtherCAT oferuje również wysoką wydajność w celu podłączenia szerszych urządzeń do maszyny, a kolejną cechą pojawiających się hybrydowych sterowników ruchu i PLC jest integracja wejść/wyjść z szeregiem cyfrowych i analogowych wejść i wyjść.
Aby jednak zapewnić płynną łączność w górę hierarchii między maszyną a poziomem technologii operacyjnej (OT), sterownik nadal musi integrować protokoły komunikacyjne, takie jak Profinet i Ethernet I/P, które pozostają dominujące powyżej poziomu maszyny. Inną zaletą dedykowanej sieci na poziomie maszyny, takiej jak EtherCAT, jest to, że nie podlega ona dużemu natężeniu ruchu przepływającego przez sieć Ethernet na poziomie OT. Izoluje to maszynę od zewnętrznych zakłóceń komunikacyjnych, nie wpływając negatywnie na jej wydajność.
Podczas gdy ten nowy trend integracji sterowników zwiększa wydajność tradycyjnego sterownika ruchu, dostęp do poleceń ruchu można uzyskać za pośrednictwem języków programowania PLC opartych na normie IEC 61131-3. Dla konstruktorów maszyn bardziej zaznajomionych ze sterownikami PLC może to przyspieszyć rozwój, odtwarzając środowisko programowania, do którego są przyzwyczajeni.
Istnieją również korzyści dla inżynierów utrzymania ruchu, ponieważ funkcje logiczne mogą być prezentowane w powszechnych, jasnych do zrozumienia formach, takich jak schemat drabinkowy, który umożliwia szybkie debugowanie maszyny bez konieczności angażowania się w programowanie.
Jeśli chodzi o cenę, wyraźną zaletą pojedynczego sterownika, który może obsługiwać ruch i logikę – oraz robotykę – jest to, że pozwala on znacznie zredukować koszty. Na rynku kontrolerów jest też duża konkurencja dostawców rozwiązań automatyzacji, co wpływa na wyważenie kosztów sterowników. Sterownik obsługujący ruch może również obniżyć całkowity koszt maszyny, eliminując potrzebę stosowania inteligentnych napędów.
W przeszłości, aby rozwiązać problem zawodności sieci cyfrowych, sterownik PLC był często łączony z inteligentnymi napędami. Jednakże, biorąc pod uwagę sterownik ruchu i sterownik PLC, działający w stabilnej sieci, takiej jak EtherCAT, koordynacja maszyny może być skoncentrowana na sterowniku – bez potrzeby stosowania złożonych napędów. Dzięki temu napędy mogą skupiać się wyłącznie na osiąganiu wydajności na wale silnika, co znacznie upraszcza projektowanie i konfigurację.
Aby zaprojektować maszynę z naciskiem na wydajność ruchu, ten wyłaniający się rodzaj sterowników sprawia, że dla wielu zastosowań nie ma już powodu, aby wykorzystywać tylko sterownik PLC. Opierając się na możliwościach koordynacji ruchu, a następnie dodając funkcjonalność PLC, ta nowa kategoria sterowników może zapewnić to, co najlepsze z obu światów.
Nie oznacza to jednak, że wszystkie kontrolery ruchu będą w przyszłości integrować się z funkcjonalnościami sterowników PLC. Specyficzne aplikacje, które wymagają koncentracji na samym kontrolerze ruchu, pozostaną. Na przykład, projekty ruchu oparte na komputerach PC będą nadal przydatne do wspierania rozwoju bogatszych interfejsów użytkownika, takich jak niestandardowe interfejsy HMI.
Jednak w przypadku wielu aplikacji maszynowych, które opierają się na wydajności, przyszłość sterowania ruchem ma zintegrować dalsze funkcje PLC – i w rezultacie uprościć projektowanie maszyn. Kluczem będzie fundamentalne poleganie na wydajnym silniku ruchu.
Multiprojekt Automatyka sp. z o.o.
ul. Pilotów 2E, 31-462 Kraków
Godziny pracy biura: Pon. – Pt. 7.00 – 16.00
tel. +12 413 90 58
mail: krakow@multiprojekt.pl
NIP: 6751441570
REGON: 121401320
Wysokość kapitału zakładowego 170 000 PLN; KRS nr 0000371639 Sąd Rejonowy dla Krakowa Śródmieścia w Krakowie.