Aktuální vydání

celé číslo

02

2021

Systémy pro řízení vodárenských sítí a ČOV

Hladinoměry

celé číslo

Sysmac – nová platforma automatizace strojů (část 2)

V listopadu 2011 byla na veletrhu SPS/IPC/Drives v Norimberku představena nová platforma automatizace strojů Sysmac, jež  je významným milníkem v třicetileté historii vývoje řídicích systémů společnosti Omron. Základem této platformy je řídicí systém Sysmac NJ spadající do kategorie MAC (Machine Automation Controller), který je blíže představen v sérii dvou článků uvedených v předchozím a tomto vydání časopisu Automa a navazuje na článek Nová platforma automatizace strojů uveřejněný v loňské Automě č. 11.

V minulém článku byla představena koncepce a klíčové vlastnosti systému Sysmac NJ a dále byla popsána funkce logického jádra systému zabezpečující sekvenční řízení. V tomto příspěvku budou představeny funkce jádra řízení pohybu (motion), které jsou nezbytné pro úlohy řízení pohybu, a vývojové prostředí Sysmac Studio. 

Jádro řízení pohybu

Pro řízení pohybu je v řídicím systému Sysmac NJ standardně integrována komunikační sběrnice EtherCat. Její implementace je klíčová pro splnění nejnáročnějších úloh řízení pohybu v automatizaci strojů, jako jsou úlohy vyžadující elektronické vazby mezi pohony, k nimž patří elektronické převodovky, lineární, kruhové a šroubovicové interpolace, realizace elektronických vaček a řízení pohonů metodou master-slave.

Použití komunikační sběrnice EtherCat umožňuje synchronizovanou komunikaci mezi velkým počtem zařízení. Komunikační cyklus sběrnice může být až 500 µs, přitom je podporováno maximálně 192 zařízení, z nichž může být až 64 servoos. Výkon systému je dimenzován na obsluhu až 32 os v taktu 1 ms, popř. šestnáct os v taktu 500 µs. Osy jsou synchronizovány s přesností lepší než 1 µs. Požadované přesnosti synchronizace je dosahováno funkcí distribuovaného času, která eliminuje zpoždění komunikace na jednotlivých zařízeních při průchodu datového rámce sběrnice EtherCat jednotlivými servopohony.

Klíčovou vlastností systému je, že vykonávání základní úlohy systému Sysmac NJ je důsledně synchronizováno s činností jádra řízení pohybu a cyklem komunikační sběrnice EtherCat (obr. 1). To je důležité právě pro úlohy řízení pohybu, kdy v rámci jednoho cyklu systému je zajištěno provedení funkčních bloků pro řízení pohybu (MC-funkčních bloků), následné zpracování požadavku generovaného MC-funkčním blokem v jádru řízení pohybu a přenos nových dat do servopohonu v následujícím cyklu sběrnice EtherCat, který je synchronizován s prováděním základní úlohy.

Jádro řízení pohybu bylo kompletně vyvinuto společností Omron a zabezpečuje vlastní řízení servopohonů prostřednictvím komunikační sběrnice EtherCat. Pro řízení servopohonů využívá cyklické synchronní řízení – v každém cyklu řídicího systému je do servo­pohonu periodicky odesílána nová požadovaná pozice, rychlost a moment a následně jsou ze servopohonu odesílány aktuální hodnoty požadovaných parametrů. Tento přístup umožňuje dosáhnout značné přesnosti synchronizace a zároveň zachovat velkou flexibilitu řízení pohybu, která dovoluje modifikovat výslednou trajektorii v reálném čase.

Pro programování řízení pohybu se používají funkční bloky podle standardu PLCopen Motion Control, jako např. MC_MoveRelative pro jednoduché polohování, MC_GearIn pro polohování v režimu master-slave a mnoho dalších. Sysmac NJ dovoluje sdružovat jednotlivé osy do skupiny os a poté jedním funkčním blokem ovládat celou skupinu os. Typickým příkladem je interpolované řízení, např. lineární a kruhová interpolace.

Jádro řízení pohybu má pro každou servoosu samostatnou vyrovnávací paměť (buffer) na příkazy, takže je možné současně odeslat více příkazů na řízení pohybu, které jsou postupně vykonávány. Stejný postup platí i pro skupinu os. Vykonávání aktuálního funkčního bloku pro řízení pohybu je možné kdykoliv přerušit, popř. nahradit modifikovaným příkazem.

Aplikační program řízení pohybu je možné plnohodnotně programovat v jazyku LD (Ladder Diagram) i v jazyku strukturovaného textu (ST).

Sysmac Studio

Sysmac Studio je vývojové prostředí pro systém Sysmac NJ. Obsahuje prostředky pro konfiguraci, programování, ladění, vizualizaci, simulaci a diagnostiku nejen vlastního řídicího systému, ale také dalších komponent platformy Sysmac, mezi něž patří servopohony, měniče frekvence a kamerové inspekční systémy.

Sysmac Studio vychází důsledně z normy IEC EN 61131-3. Graficky orientované konfigurační prostředí umožňuje rychle a přehledně konfigurovat hardwarovou strukturu systému, konfigurovat síť EtherCat a přesně určit priority a periody jednotlivých programových úloh.

Editor programu obsahuje funkce automatické kontroly syntaxe a dovoluje barevně odlišit proměnné a symboly pro zlepšení přehlednosti. Kromě standardních datových typů podle normy IEC EN 61131-3 umožňuje definovat uživatelské datové typy, datové struktury, vícerozměrná pole základních datových typů i datových struktur, výčtové datové typy atd. Vlastní programování je symbolicky orientované. Podporovány jsou programovací jazyky LD a ST, připravuje se podpora SFC pro sekvenční programování.

Pro úlohy řízení pohybu je důležitá podpora funkčních bloků PLCopen Motion Control, usnadňujících a urychlujících programování nejnáročnějších úloh řízení pohybu.

Sysmac Studio má také výkonný simulátor programu a poskytuje výsledné trajektorie úloh řízení pohybu včetně prostorového (3D) grafického znázornění. Ladění a diagnostiku usnadňuje možnost zaznamenávat proměnné v každém průběhu programu.

Skupina produktů Sysmac

Platforma Sysmac kromě vlastního řídicího systému Sysmac NJ zahrnuje i další nezbytné komponenty pro komplexní řešení auto­matizace strojů, mezi něž patří:

–   přesné servopohony řady G5 s dvacetibitovým snímačem polohy (enkodérem) o výkonu 50 W až 15 kW; dostupné jsou rotační i lineární motory a standardně jsou implementovány bezpečnostní funkce podle ISO 13849-1,

–   měniče frekvence MX2 a RX pro vektorové řízení do výkonu 15 kW, resp. 132 kW,

–   moduly vzdálených I/O řady GX a Smart Slice v kompaktním nebo modulárním provedení,

–   kamerový systém FQ-M navržený pro sběr výrobku z dopravníku (pick & place) a podporující připojení externího snímače polohy k zamezení opakované detekce stejného objektu.

Společným rysem celé platformy Sysmac je integrace jednotlivých komponent pomocí rychlé komunikační sběrnice EtherCat a jejich podpora v prostředí Sysmac Studio.

Ing. Zdeněk Havlíček, OMRON Electronics spol. s r. o.

Obr. 1. Vykonávání základní úlohy systému Sysmac NJ je důsledně synchronizováno s činností jádra řízení pohybu a cyklem komunikační sběrnice EtherCat

Obr. 2. Ve vývojovém prostředí Sysmac Studio je k dispozici simulátor programu, který poskytuje výsledné trajektorie úloh řízení pohybu včetně prostorového (3D) grafického znázornění