Softwarová platforma pro modularitu výroby

V polovině června zorganizovala společnost dataPartner, distributor platformy Kingstar pro Českou republiku a Slovensko, v Národním technickém muzeu konferenci, na které účastníkům představila funkce a výhody této nové platformy. „Obzvláště v dnešní době, kdy se průmysl celosvětově potýká s nedostatky čipů, většina OEM výrobců automatizace není schopna dostát svým závazkům a řada velkých dodavatelů průmyslové elektroniky nedodává včas řídicí jednotky, IO, nebo dokonce pohony, je široká možnost volby hardwaru – a tedy nezávislost na jednom dodavateli – často otázkou budoucnosti firmy na trhu,“ říká Ladislav Reisner, jednatel společnosti dataPartner. Modularita je dnes pravděpodobně jedním z největších požadavků výrobců strojů. Plně otevřená softwarová platforma představuje technologický průlom ve vytváření flexibilních řídicích jednotek strojů. Umožňuje jednoduše vytvářet flexibilní ovladače modulárních strojů, které pracují v reálném čase ve standardním počítači pro všeobecné použití. Takovými jsou například IPC s operačním systémem MS Windows a s doplňkem RTX64 pro práci v reálném čase. Zároveň mohou vývojáři vkládat do řídicí jednotky optimální objem vlastní přidané hodnoty, aniž by museli kupovat komponenty, které jsou schopni vytvořit ve stejné nebo vyšší kvalitě sami. Současně díky otevřenosti a standardizaci nejsou odkázáni na určité konkrétní značky HW komponent, ale mohou vybírat ze široké škály standardizovaných alternativ.

S rostoucí poptávkou po zakázkových výrobcích a s tím, jak se jejich životní cyklus stále zkracuje, rostou i požadavky na variabilitu výroby. Stroje musejí být navrženy s ohledem na potřebu flexibility dosažené modularitou. Také řídicí jednotky by měly být schopny jednoduše podporovat různé verze strojů, od nižších po nejvyšší. Softwarová platforma, která se používá pro vývoj jádra ovladače, musí pracovat v reálném čase a technikům poskytnout možnost snadno přidávat funkce specifické pro jejich společnost nebo pro jejich zákazníky. Pro výrobce strojů musí ovladač poskytovat možnost přidávat nebo odebírat moduly nebo vybírat různé stupně výbavy hardwaru stroje. Také systémovým integrátorům ve výrobním závodě by prospěla modularita ovladače, stejně jako výrobci strojů. A konečně, struktura stroje musí být navržena tak, aby ho bylo možné snadno integrovat do tovární sítě a operátor byl schopen načítat, vytvářet a zadávat různé úkoly, které mají být strojem provedeny.

Zásuvné jednotky – jde například o moduly, které mohou načíst výrobek, převrátit desku plošných spojů nebo označit výrobek. Ty lze nyní přímo ovládat hlavním strojem jako podřízenou jednotku pomocí průmyslové sběrnice fieldbus. Volitelné funkce stroje, které vykonává volitelný hardware, jako gravírování nebo provádění testů, vyžadují ke své práci další specifický hardware. Stroje jsou proto sestaveny jako skupina nezávislých stanic, z nichž každá plní specifický úkol. Řídicí jednotka stroje musí být schopna správně identifikovat a ovládat každou jednotlivou stanici. Řada výrobních společností má různé verze hardwaru svého stroje pro různé velikosti užitečného zatížení a úrovně přesnosti. Ty používají různé hardwarové moduly pro pohony a akční členy, ale téměř identickou logiku ovládání. Proto jeden typ řadiče musí být schopen podporovat všechny různé verze hardwaru. Dnešní stroje také mají často volitelné čistě softwarové komponenty, jako jsou editory úkolů, CAD/CAM software v CNC nebo analytika pro optimalizaci rychlosti výroby a předvídání potřeb údržby. Protože stroje zřídkakdy pracují samostatně, je třeba je integrovat s jinými stroji a s továrními SCADA a MES systémy. Přitom fieldbus a formát dat určuje koncový zákazník (ne výrobce stroje). To znamená, že musí být k dispozici nezávislý výměnný modul rozhraní stroje používaný zákazníkem pro kompatibilitu se všemi výrobními závody zákazníka. A nakonec, protože stroj by měl během svého životního cyklu vyrábět různé produkty, potřebuje podporovat různé způsoby zadávání úkolů. Každé odvětví a továrna může mít své vlastní nástroje a formáty zadávání úkolů, což znamená, že „interpreter“ úloh musí být také nezávislým modulem s několika verzemi rozhraní úkolu, aby byl stroj použitelný v různých prostředích.

Platforma Kingstar, navržená s ohledem na poskytnutí potřebné modularity, se skládá z pěti komponent: Kingstar Fieldbus EtherCat Master pracující v reálném čase, Kingstar Motion pro ovládání pohybu, Kingstar softwarové PLC, Kingstar Vision řešení pro strojové vidění GigE Vision, které pracuje v reálném čase, a Kingstar IoT platforma pro podporu IoT.

Implementuje síťové propojení komponent. Pro flexibilitu aplikací využívá sběrnici EtherCat a výhody plynoucí z její funkce skenování. Tím dociluje možnosti automatické konfigurace, takže dovoluje automatické spuštění stejné aplikace s různými hardwarovými konfiguracemi. Podporuje všechny hlavní značky hardwaru servopohonů a I/O. Vrstva průmyslové sběrnice navíc poskytuje přímý přístup k proměnným, jako by byly lokální, a zcela tak skrývá sběrnici před aplikacemi.

Softwarová komponenta pro řízení pohybu. Vyhovuje standardním specifikacím PLCopen Motion Control pro pohyby point to point, synchronizované, skupinové pohyby, míchání a kinematiku. Aplikace mohou například používat 20 os s dobou cyklu 125 us nebo 60 os s dobou cyklu 500 us. Každá osa může obsluhovat jinou značku hardwaru a má svůj vlastní režim ovládání. Komunikace s měniči je založena na cyklických synchronních režimech, interpolace se provádí v řadiči a regulátor PID může být buď v řadiči, nebo v měniči. Algoritmy pohybu umožňují provádět modifikace profilu pohybu, i když se osa již pohybuje. Synchronizace podporuje koordinaci pro elektronické vačkové převody a skupinové pohyby s lineárními, kruhovými a šroubovicovými pohyby. Funkce Kingstar Motion jsou velmi flexibilní, hlavní osa může mít více podřízených a sama může být virtuální osou, nebo dokonce být podřízenou jiné osy.

Poskytuje plně vybavené softwarové PLC LogicLab, založené na RTOS-RTX64 od IntervalZero. Odpovídá standardu IEC 61131 a má stejné vývojové prostředí i programovací jazyk jako hardwarové PLC. Doplňkové komponenty pro řízení pohybu a strojové vidění mohou být rozvíjeny, doplňovány a spravovány v C++, přístup k nim je možný z programu v soft PLC.

Je určen pro strojové vidění, obsahuje utilitu GigE Vision pracující v reálném čase, která umožňuje zákazníkům vyvinout řízení pohybu odvozené od vidění pomocí OpenCV. Obsahuje komplexní sbírku softwarových nástrojů pro vývoj aplikací strojového vidění, analýzu obrazu a také mnoho kamerových rozhraní.

Tato platforma přidává do řízení stroje funkce, které podporují IoT.

Producent softwarové platformy IntervalZero se na vytváření časově kritických aplikací pro řízení strojů s použitím systému Windows zaměřuje dlouhodobě. Už přes 20 let vyvíjí a udržuje produktovou řadu RTX (Real-Time Extension), která Windows transformuje na operační systém reálného času, vhodný pro řídicí aplikace.