Jeśli proces konstruowania maszyny ma być szybszy i bardziej efektywny, to konieczne jest wykorzystanie znormalizowanego oprogramowania. Bazę dla wszystkich automatyków stanowi obecnie standard IEC61131-3. Kierowanie ruchami skomplikowanej maszyny na ogół programuje się obecnie przy wykorzystaniu modułów funkcyjnych PLCopen Motion Control. Standardy te stanowią wprawdzie solidną podstawę oprogramowania, w oparciu o którą można zautomatyzować pracę maszyn, jednak dla zapewnienia optymalnego rozwiązania pod kątem uproszczenia inżynierii pracy i obsługi maszyny - to nie wystarcza. Naprawdę skuteczne programowanie będzie dopiero przy wykorzystaniu przemyślanych koncepcji maszyn, gdzie użyte zostaną nie tylko moduły PLCopen, lecz całe funkcje technologiczne. Tutaj spotykają się ze sobą metody z dziedziny inżynierii programowania, technologii sterowania i kontroli oraz wiedzy fachowej z branży budowy maszyn. Firma Lenze oferuje moduły technologiczne FAST, które tworzą standardowe oprogramowanie nawet przy bardzo skomplikowanych wymaganiach stawianych maszynom.

Chodzi przede wszystkim o to, że zastosowanie znormalizowanych i wielokrotnie używanych modułów daje programiście swobodę działania, możliwość skoncentrowania się na przygotowaniu maszyn i testowaniu ich funkcjonalności, co w efekcie zapewnia producentowi przewagę technologiczną, zadziwia końcowego użytkownika i dostarcza decydującego o zakupie argumentu. Natomiast standardy można skutecznie rozwiązać przy pomocy wstępnie przygotowanych modułów funkcyjnych. Lenze przoduje tutaj i oferuje coraz więcej modułów, z których można samodzielnie stworzyć
oprogramowanie dla kompletnej linii produkcyjnej. Moduły technologiczne FAST, które wykorzystują te same znormalizowane interfejsy, można dowolnie i łatwo łączyć i rozszerzać o samodzielnie zbudowane komponenty. Te funkcje technologiczne dostosowane są w sposób skalowalny do konkretnych zadań, które mają rozwiązać.

Szczególnie w maszynach pakujących często występują dwa moduły, które stanowią wyzwanie nawet dla doświadczonych automatyków: robot delta, który wykonuje ruch Pick&Place (PaP) i asynchroniczny przekrawacz. Także w tych przypadkach inteligentne rozwiązania mogą poprawić wydajność pracy maszyny. Można na przykład dokładność pracy przekrawacza doprowadzić aż do granicy dokładności i powtarzalności maszyny poprzez wykorzystanie powtarzania procesu nauki do cyklicznego procesu przekrawania nożem obrotowym. Dobry przykład stanowi tutaj zastosowanie dla robota delta modułu Pick & Place w kombinacji ze wstępnym sterowaniem mocą, opartym o modelowanie.

Dynamiczny robot delta

W module PaP ruchy chwytające definiowane są przez wprowadzenie parametrów statycznych, jak wysokości trasy chwytania, maksymalnej prędkości, przyspieszania i przesunięcia. Odnośnie do czasu pracy podaje się tylko koordynaty startu i pozycji docelowej. Przygotowanie robota delta do pracy w aplikacji PaP zajmuje niewiele czasu, ponieważ żądaną trasę ruchów wykonywanych przez PaP wprowadza się w przestrzeni roboczej. Jest to znacznie łatwiejsze niż wprowadzanie koordynat osiowych. Jakie ruchy muszą wykonać napędy, nie jest już zmartwieniem inżyniera przygotowującego maszynę. Jego rola może się ograniczyć do wprowadzenia koordynat maszyny. Transformacja z systemu koordynat dla maszyny na osie napędowe jest już zaprogramowana w module FAST. Przed uruchomieniem trzeba tylko jednorazowo wprowadzić parametry kinematyczne, jak przełożenie przekładni, długości ramion i odległości pomiędzy przegubami.

Do czasu pracy moduł PaP wlicza trajektorię (trasy robota z odniesieniem czasowym) po podaniu nowego położenia docelowego. Uwzględniane są przy tym wszystkie kinematyczne ograniczenia, takie jak położenie, prędkość, przyspieszenie i nawet przesunięcie (pierwsze przyspieszenie). Jest to możliwe w czasie rzeczywistym w układzie sterowania gotowej do pracy maszyny. Klucz do optymalnego wykorzystania sprzętu leży nie tyle w obszarze parametryzacji przemiennika częstotliwości, lecz przede wszystkim w dobrym sterowaniu wstępnym. Oznacza to, że do przemiennika częstotliwości dodatkowo - oprócz pozycji zadanej - przekazywana jest także wartość wstępnego sterowania dla momentu obrotowego. Napęd podwyższa moment obrotowy, zanim dojdzie do odchyłek. W ten sposób w idealnym sterowaniu wstępnym nie powstanie błąd propagowany. W zwykłym napędzie wystarczy wprowadzić bezwładność, a przemiennik częstotliwości może sam obliczyć przyspieszenie momentu bezwładności. Dla kinematyki równoległej -jak w robocie delta - konieczne jest wyliczenie momentów w oparciu o model. Przy tym modelowe ramiona i końcowy efektor ze wszystkimi swoimi bezwładnościami rejestruje się jako ciało sztywne, aby określić moment napędowy dla danej trajektorii. Do wyliczenia momentów zaleca się zestawienie bilansu mocy według Jourdain. Zasadniczo w skomplikowanych kinematykach jest on prostszy w porównaniu z powszechnie stosowanym sposobem postępowania z wykorzystaniem bilansu energetycznego według Lagrange.

W przypadku modułu FAST PickSc Płace firmy Lenze można dodatkowo, oprócz kinematycznych wartości znamionowych, podać także masy przewidzianych do obróbki produktów. Oparte o model dynamiczne sterowanie wstępne zostaje po prostu uruchomione i wyliczane są wartości zadane dla momentów obrotowych napędu.

Podstawowa funkcja została zbudowana we współpracy z Instytutem Systemów Mechatronicznych na Uniwersytecie Hanowerskim. Zoptymalizowany cyfrowo model obliczeniowy umożliwia w warunkach laboratoryjnych zmniejszenie błędów trasy do mniej niż 10% wcześniejszych błędów. Do tego celu bardzo dokładnie pomierzono odwzorowany model. Ponieważ w procesie tym nie powstają żadne dodatkowe koszty sprzętu, jest niewiele argumentów, aby z tego zrezygnować. Jeśli nie jest wymagana większa dokładność trasy pracy, to można ten proces wykorzystać także do podwyższenia dynamiki i w ten sposób do skrócenia cyklu maszyny.

Lenze