Robotik und mehr

Keba ist eines der Unternehmen, das im Markt der industriellen Steuerungstechnik unter den mittelständischen Unternehmen mit am längsten aktiv ist. Bereits im legendären Jahr 1968 wurde es gegründet und hat sich später auf das Thema Robotik spezialisiert. Das Unternehmen bietet eine interessante Kombination aus SPS und Robotik, bei der Prozess und Bewegung bei ständiger Datenkonsistenz aufeinander abgestimmt sind. Im Gegensatz zu den meisten anderen Steuerungsanbietern ist das Thema der anspruchsvollen Antriebstechnik also seit vielen Jahren ein Kernthema. Dies ist sehr deutlich festzustellen, wenn man sich die Engineeringumgebung von Keba etwas näher betrachtet. Aktuell werden vom System folgende Robotertypen standardmäßig angeboten: Serielle Robotertypen – Karteser – Scara – SemiScara – Knickarm – Palettierroboter – Paintarm – Waferhandler Parallele Robotertypen – Delta 2, Delta 4 – Tripod – Galileo – Trivariant Das System bietet zudem die Möglichkeit, kundenspezifische Robotertypen anzusteuern. Roboter lassen sich mithilfe der Integration von Zusatzachsen auch auf bewegten Teilen montieren und werden auf diese aufsynchronisiert. Mit einem Steuerungssystem lassen sich bis zu acht Roboter steuern. Die einzelnen Roboter kommunizieren dabei interaktiv miteinander. Gemeinsame Basis Aktuell läuft VXWorks als Echtzeitbetriebssystem auf den CPUs der Steuerungen. Darauf aufgesetzt sind die Interpreter für Steuerung und Robotik, die über eine Informationsschnittstelle miteinander kommunizieren. Beide laufen als eigenständiger Task von VxWorks. Alle Steuerungsfunktionen werden mit IEC61131-3 mit CodeSys programmiert. Aktuell ist die CoDeSys-Version 2.3 im Einsatz – an einer Implementierung der Version 3.x wird gearbeitet. Bei den Steuerungen handelt es sich um Embedded-Systeme, die modular erweiterbar sind. Die aktuellen Steuerungen haben dieselbe Bauform und unterscheiden sich lediglich durch die Leistungsfähigkeit der jeweiligen CPU. Das Interface dafür basiert auf PLCopen Function block for motion control part 4. Die Engineeringplattform Die Software, mit welcher das Engineering erfolgt, heißt KeStudio und ist eine Entwicklungsumgebung mit den folgenden Funktionen: – Konfiguration und Parametrierung – Programmierung nach IEC61131-3 – Bausteinbibliotheken inklusive Bibliotheksverwalter – Simulationsmodus für das Testen von Projekten ohne Hardware-SPS – Integrierte Projektdokumentation- Debugging für das Testen des Programmablaufs, das Beobachten und Ändern von Variablen sowie die Fehlersuche – PLCopen Function blocks part 1&2 Keba hat eine eigene Scada-Software und nutzt nicht die in CoDeSys integrierte Visualisierungssoftware. Der Austausch der Variablen zwischen Programmierung und Visualisierung erfolgt durch Export- und Importfunktionen. Programmiersprachen Da für die SPS-Programmierung CoDeSys genutzt wird, stehen dort auch alle Sprachen der IEC61131-3 zur Verfügung. Roboter werden aus der SPS gesteuert durch Programmmanipulationen, Datenaustausch und die Wahl unterschiedlicher Betriebsarten. Das Interface dafür basiert auf PLCopen Function block for motion control. Dieses Interface lässt sich aber auch individuell um weitere Bausteine erweitern. Steuerungsfunktionalitäten programmieren Obwohl Keba auch über ein eigenes IEC61131-3-Engineeringtool verfügt, hat sich das Unternehmen für CodeSys entschieden. Zwei wesentliche Gründe dafür sind: 1. Die Verbreitung von Codesys 2. Die Tatsache, dass das Rad nicht zwei mal erfunden werden muss. CoDeSys bildet bei Keba das Softwareframework, in das dann eigene Technologien und Funktionen eingebunden werden. CoDeSys hat dies in seiner Architektur so vorgesehen und Keba macht davon regen Gebrauch. Für den Anwender heißt das, dass er den Programmablauf, und alles was mit der klassischen Steuerungstechnik zu tun hat, mit dem umsetzt, was ihm CoDeSys dafür von Hause aus bietet. Alles, was in Richtung komplexer Antriebstechnik geht, wird mit einer Keba-eigenen Lösung umgesetzt, die in das Framework eingebunden ist. Diese Funktionen lassen sich selbstverständlich in den Funktionen des SPS­Programms aufrufen. Damit ist ein einheitlicher und verständlicher Programmfluss gewährleistet. Robotik und Bahnsteuerung programmieren Alle Funktionen für Robotik und Bahnsteuerung werden mit der Sprache Kairo von Keba programmiert. Dabei ist gleich an dieser Stelle zu bemerken, dass sehr viele Funktionen dafür bereits standardmäßig vorliegen und diese lediglich parametriert werden müssen. Das Unternehmen verfügt in diesem Bereich über sehr viel Know-how, was sich in Form einer sehr umfangreichen Funktionsbibliothek bemerkbar macht. Anwender profitieren in einem sehr hohen Maße davon, da die Wahrscheinlichkeit sehr hoch ist, dass genau ihre Anwendung, oder aber eine sehr ähnliche, bereits implementiert ist. Sollte dies nicht der Fall sein, so kann auf Basis der vorliegenden Funktionen eine Anpassung gemacht werden. Für die Programmierung oder auch Anpassung der Robotik- und Bahnsteuerungsfunktionalitäten gibt es zwei Oberflächen. – Offline: Programmieren des Ablaufs und der Funktion für die Robotik und Bahnsteuerung mit Kairo. Dies kann am Arbeitsplatz ohne Anbindung an die Steuerung erfolgen. Mit CAD-Import, Code-Vervollständigung, On- und Offline-Vergleich sowie einer Online-Programmausführung. – Online: Anhand einer grafischen Oberfläche werden online am Handbediengerät der Programmablauf erstellt sowie die Punkte eingeteached. Kairo ist eine Programmiersprache, die mit Pascal, oder auch dem Strukturierten Text, verglichen werden kann. Die Sprache bietet alle Möglichkeiten der \’Objektorientierten Programmierung\‘. Erstellt werden Programme mit Kairo im CoDeSys-Framework in einem eigenen Editor, der alle wichtigen Funktionalitäten eines Programmiereditors mitbringt. Mit Kairo wird der Ablauf des Roboters programmiert. Mit der Sprache lassen sich eigene Robotermakros erstellen und das Verhalten des Roboters in jeder Situation bestimmen. Zum Beispiel im Automatikbetrieb, im Handbetrieb, bei Programmunterbrechung oder auch das Fehlerverhalten. Die Programmierung des Roboterprogramms erfolgt dann durch den Anwender auf dem Handbediengerät und der Onlineoberfläche. Bei der Onlineoberfläche handelt es sich um eine grafische Umgebung, bei der das ganze Know-how von Keba sichtbar wird. Diese ist eine Visualisierung des Steuerungssystems. Es kann zur Programmierung, Parametrierung und Inbetriebnahme genutzt werden. Dabei ist es sinnvoll, komplexere Programmierarbeiten im Offline­editor unter Kairo zu programmieren. Kleinere Programmänderungen, Anpassungen und die Inbetriebnahme lassen sich mit der Onlineoberfläche sehr übersichtlich umsetzen. Keba bietet für seine Steuerungen mobile Bediengeräte an. Auf diesen können sowohl die Onlineoberfläche für den Inbetriebnahmetechniker als auch die Bedienmasken für den Maschinenbediener laufen. 3D-Modell zur Simulation von Bewegung Um bereits offline die Programme bestmöglich vorzubereiten, steht eine 3D-Darstellung der Roboterzelle zur Verfügung. In dieser 3D-Darstellung kann der gesamte Bewegungsablauf dargestellt und offline optimiert werden. Dies erfolgt gänzlich ohne Hardware im Simulationsmodus. Diagnosemöglichkeiten Es stehen Diagnosemöglichkeiten zur Beobachtung, Aufzeichnung und Visualisierung beliebiger Variablen im laufenden Betrieb zur Verfügung. – Aufzeichnung von Variablen aus Roboter- und Steuerungsprogramm – Triggerfunktionalität mit Pre- und Posttrigger – Darstellung als Variablenmonitor, Ereignismonitor, X-t Diagramm, X-Y Diagramm, 3D-Ansicht In vier Schritten zum Ergebnis In das CoDeSys-Framework ist auch das Engineering der Roboterfunktionalität eingebunden. In der Regel ist die SPS das führende System, wenngleich dies keine Aussage über den Funktionsumfang beinhaltet. Bei den Anwendungen, die mit Keba-Steuerungen realisiert werden, liegt in der Regel der größte Teil der Prozesse im Bereich der Robotik und Bahnsteuerung. Der typische Verlauf für die Erstellung einer Applikation sieht so aus: 1. Abbildung der gesamten Maschinen/Roboterhardware im Steuerungskonfigurator Konfiguration aller physikalisch vorhanden Komponenten wie beispielsweise IO-Module, Servoachsen (reale und virtuelle), Kommunikation mit Peripheriemodulen (Buskoppler, CAN Slaves, Sicherheitstechnik usw.), Geber, Achskopplungen, CAM-Kurvenscheiben, Roboter, Bediengeräte, Sensorik und Bildverarbeitung 2. Programmierung des Maschinenablaufs – Parametrierung der Betriebszustände – Applikationsspezifische Programmerstellung des Maschinenablaufs in der SPS – Zugriff auf Einzelachsen via PLCOpen Motion Function Blocks – Integration von Sensoren, Bildverarbeitung usw. und Aufbereitung der Daten zur Verwendung in der Robot Control – Einbindung des Roboterablaufs via PLCOpen – Part4 Interface 3. Programmierung Roboter Ablaufprogramm (Offline) Nach dem Erstellen der Maschinenapplikation kann mit der Erstellung des Roboterablaufprogramms begonnen werden. Dies erfolgt offline mit KeStudio KairoEdit. 4. Programmierung Roboter Ablaufprogramm (Online) Letztlich wird vor der Maschine/Roboter das Kairo-Roboterprogramm exakt eingeteached. Die Bedienung erfolgt mit der Onlineoberfläche Teachview am Handbediengerät: Programmsteuerung (Starten, Stoppen, Interrupt, Continue), Variablenmonitor, IO-Monitor, Meldungsmaske, Benutzereinstellungen (Sprache, Rechte, Nutzerverwaltung), Systeminformationen, grafische Assistenten zum Einrichten der Roboterumgebung (Referenzsysteme, Roboterwerkzeuge Arbeitsbereiche, Palletiermuster, Förderbänder) Steuerungen – in der Robotik zuhause Keba ist unter den Steuerungsanbietern derjenige, der am meisten im Bereich der Robotik zu Hause ist. Dies zeigt sich an der gesamten Systemarchitektur und an der Software. Interessant für Maschinenbauer, die einen relativ großen Anteil von eher komplexer Antriebstechnik in ihren Maschinen haben. Insbesondere dann, wenn es um kundenspezifische Roboterkinematiken geht. SPS/IPC/Drives: Halle 7, Stand 470