Moduł bezpieczeństwa oparty na płycie firmy Fujitsu Siemens i wielordzeniowym procesorze został zintegrowany w sterowaniu KR C4 firmy KUKA, które obsługiwane jest przez system xWin. Zastosowanie sieci EtherCAT pozwoliło ograniczyć ilość sprzętu o 35%.
Po tym, jak KUKA w 1996 roku przedstawiła pierwszy sterownik robota bazujący na oprogramowaniu Microsoft Windows, wiele funkcji systemu KR C4 zostało zrealizowanych w oparciu o inteligentne oprogramowanie zapewniające bezpieczeństwo i oszczędność energii. Nowy system potrzebuje 35% mniej zasobów sprzętowych i 50% mniej wtyków i kabli w stosunku do jego poprzednika.
? Zastępując tradycyjne sprzętowe systemy bezpieczeństwa nowymi rozwiązaniami programowymi, oferującymi niemal nieograniczoną elastyczność, można zrealizować całkowicie nowe pomysły ? wyjaśnia Manfred Gundel, prezes KUKA Roboter GmbH. ? Architektura systemu KR C4 pozwala na swobodną integrację czujników, które zwiększą kooperację między człowiekiem a robotem.
Inteligentna kontrola przepływu strumienia danych zastępuje tradycyjne interfejsy, umożliwiając bezpośrednią komunikację poszczególnych modułów KR C4, ograniczając tym samym koszty i zwiększając wydajność. Otwarte standardy wykorzystane w systemie sterowania robota to m.in. EtherCAT i dostęp do wielu rdzeni procesora. Poprzednia generacja, KR C2, wykorzystywała siedem różnych protokołów komunikacji, teraz wykorzystywany jest wyłącznie EtherCAT ? Ethernet w czasie rzeczywistym.
Wysokotemperaturowe płyty główne
W nowym systemie sterowania KUKA nadal wykorzystuje płyty główne Fujitsu Siemens. Dostawca został wybrany w 2005 roku, po wielu miesiącach testów jakości, dostępności i trwałości jego wyrobów.
? Nasze systemy sterowania muszą wytrzymać użytkowanie w trybie 24/7 w temperaturze do 45° C ? wyjaśnia Heinrich Munz, starszy specjalista ds. oprogramowania w KUKA.
? Dział rozwoju i produkcji Fujitsu znajduje się w Augsburgu w Niemczech ? tam też swoją siedzibę ma KUKA. To ułatwia kontakty z naszym dostawcą płyt głównych, kiedy przygotowujemy kolejne wersje systemu sterowania ? zaznacza Munz.
Sercem poprzedniej wersji systemu był jedno-rdzeniowy procesor. W nowej generacji systemów sterowania wielordzeniowa jednostka zapewnia nie tylko większą moc obliczeniową, ale także odseparowanie kluczowych do działania i zachowania bezpieczeństwa procesów.
Płyta główna D2608-K w KR C4 powstała na bazie płyty D2608-A stosowanej przez Fujitsu Siemens w komputerowych systemach CELSIUS. ? KUKA wykorzystuje popularną płytę, więc czerpie korzyści z jej masowej produkcji ? cena jest niższa, a dostępność podzespołów jest zagwarantowana na długi czas ? wyjaśnia Peter Hoser, dyrektor działu sprzedaży produktów OEM w Fujitsu Technology Solutions w Augsburgu, odpowiedzialny za sprzedaż przemysłowych płyt głównych.
Komputery bazujące na płycie D2608-A są wyposażone w chipset Intel X3 Express, który obsługuje procesory Intel Core2 Duo i Intel Core2 Quad. Sześciowarstwowa technologia wykonania płyty głównej zapewnia wg Hosera najwyższą jakość sygnału i pewność działania. W początkowej fazie projektu nowego systemu sterowania robota KUKA, Fujitsu Siemens wzbogaciło płytę o dodatkową funkcjonalność ? wbudowano monitorowanie napięcia, mikrokontroler zarządzający zasobami płyty i zaimplementowano specjalne funkcje w BIOS-ie.
Inne modyfikacje płyty związane były z koniecznością zapewnienia bezpieczeństwa, funkcjonalności stopu awaryjnego (zaimplementowane jako bezpieczny sterownik PLC) i ?Safety over EtherCAT? (bezpieczeństwa poprzez EtherCAT). Podczas trwającej trzy lata fazy projektowej KR C4, instrukcje bezpieczeństwa zostały zaimplementowane w dwóch niezależnych programach pracujących na dwóch osobnych rdzeniach. Całość otrzymała certyfikat jakości TÜV.
Wbudowany sterownik bezpieczeństwa
Hoser twierdzi, że efektem dodatkowego wysiłku projektantów jest ?technologiczna przewaga KUKA w postaci bezpiecznego i ekonomicznego systemu sterowania robota, który niemal rewolucjonizuje interakcję między ludźmi a robotem.?
Dzięki technologii KUKA Safe Handling operator może wejść w przestrzeń roboczą robota i pracować z nim ramię w ramię bez przechodzenia do trybu testowego w czasie produkcji.
Wielordzeniowa technologia umożliwia implementację wbudowanych funkcji bezpieczeństwa SIL2 zgodnie z wymaganiami określonymi w normie IEC 61508 ? na dwóch osobnych kanałach, z dwoma niezależnymi rdzeniami. Kontrola położenia robota odbywa się w pętli 8 kHz. Czas cyklu sieci EtherCAT wynosi 125 mikrosekund.
Fujitsu Siemens opracowało dla KUKA także odporną kartę Dual Gigabit Ethernet. Karta ta i zintegrowany z płytą D2608-K kontroler Gigabit Ethernet stanowią interfejs między systemem sterowania a zewnętrznym światem.
Automatyka na zielono
Ethernet oferuje też inną funkcjonalność związaną z oszczędnością energii. Nawet jeśli produkcja wstrzymywana jest na weekend, bardzo rzadko wyłącza się roboty, ze względu na długi czas konfigurowania i uruchamiania całego systemu w poniedziałek rano i towarzyszące temu straty energii.
Sterownik sieci EtherCAT w KR C4 ma funkcję ?Wake on LAN? (budzenie przez sieć LAN), dzięki której w piątek po południu można zdalnie wstrzymać pracę systemu. W poniedziałek rano wystarczy za pomocą sieci LAN przesłać komendę budzenia i system po chwili znajduje się w takim stanie, w jakim został uśpiony w piątek.
Sterowniki serwo
Obie generacje robotów KUKA wykorzystują serwonapędy Lenze. Nowy zestaw KUKA Power Pack wykorzystany w KR C4 to jeden moduł zasilający i dwa moduły serwonapędów. Lenze i KUKA opracowały KUKA Servo Pack również dla osi dodatkowych, mając na uwadze maksymalną moc wyjściową. Specjalna konstrukcja potrójnego serwa pozwala wygenerować prąd wyjściowy na poziomie 64 A dla każdej osi. W nowej szafie sterowniczej może wg Lenze zmieścić się do trzech urządzeń napędzających w sumie osiem osi.
Artykuł pod redakcją mgr. inż. Łukasza Urbańskiego, doktoranta w Katedrze Automatyki Przemysłowej i Robotyki Wydziału Elektrycznego Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie.
CE
