Vzájemná synchronizace a komunikace s různými řídicími systémy bývá nezřídka problematickou částí úlohy. Zároveň klade vysoké nároky na programátora, který se musí orientovat v několika programovacích jazycích a v různých vývojových prostředích. Nejúčinnějším řešením těchto problémů je využít jednoho řídicího systému a jednoho vývojového prostředí.
Koncepce decentralizovaných periferií Beckhoff umožňuje připojení robotu či robotického systému pomocí sběrnice EtherCAT. Díky realtimovému řídicímu systému, který je tvořen hw straně průmyslovým počítačem a sběrnicí, na straně programu softwarovým PLC a vývojovým prostředím TwinCAT 3, lze vytvořit „all in one“ řešení.Na jednom průmyslovém počítači tak může běžet řídicí aplikace, bezpečnostní aplikace TwinSAFE, sběr dat a vizualizace. Tyto úlohy zahrnující i řízení robota, lze vyřešit v rámci jednoho vývojového prostředí TwinCAT 3. K dispozici je plná podpora programovacích jazyků dle normy IEC61131. Spolu s TwinCAT 3 mohou na jednom IPC paralelně běžet „nerealtimové“ aplikace pod OS Windows např. databázové servery, aplikace pro zpracování kamerového obrazu či aplikace pro vzdálenou správu. Komunikaci mezi aplikacemi v TwinCAT 3 a aplikacemi pod Windows zprostředkovává komunikační vrstva ADS.
Řízení motion aplikací v TwinCAT 3 obstarává NC úloha (NC task). Ta umožňuje nejen point to point řízení (NC PTP), ale i interpolované řízení skupiny pohonů (NC I). V případě NC I lze trajektorii zadávat pomocí funkčních bloků nebo G kódu (dle DIN 66025), který je zpracován integrovaným interpretem.
Obrázek 1. TwinCAT 3 "all in one" řešení.
Pro řízení víceosých a robotických systémů v kartézském souřadném systému pomocí G kódu, lze využít balík kinematických transformací (TC3 Kinematic Transformation L1, L2, L3, L4). Ten umožňuje interpolované řízení jak paralelních, tak i sériových kinematických mechanismů. Nezávisle na zvoleném typu tohoto mechanismu může být doba řídicí smyčky polohové úlohy pod 500 µs. Mezi podporovanými kinematikami jsou např.: 3D delta mechanismy, čtyřosé scara roboty, hexapody či šestiosá sériová kinematika (Obrázek 2). Díky NC I v kombinaci s balíkem kinematických transformací, lze implementovat řízení robotického systému do jednoho řídicího systému společného pro celou aplikaci. Výhodou řešení je rychlá tvorba aplikace, kde odpadá již zmíněná nutnost znát několik řídicích systémů různých výrobců. Další předností je snadná synchronizace se zbytkem technologie např.: dopravníkové systémy.
Obrázek 2. Přehled kinematických transformací z balíků TwinCAT 3 Kinematic transformation L1, L2, L3, L4.
Pro manipulační „pick and place“ aplikace lze využít algoritmů z balíku Motion Pick – and – Place. Tento balík slouží k optimalizaci trajektorie a vyhlazení plynulosti pohybů. Plynulost trajektorie při vysokých pracovních taktech zásadně ovlivňuje nejen životnost manipulátoru, ale snižuje i pravděpodobnost poškození manipulovaného výrobku.
Obrázek 3. 3D delta robot postavený na řízení a hardware Beckhoff (průmyslový počítač, servopohony a distribuované periferie).
V případě, že není možné využít vlastního návrhu kinematického mechanismu, lze zvolit mezi řešeními pro řízení robotů třetích stran - od výrobců KUKA a Stäubli.
Řešení pro přímou komunikaci mezi TwinCAT 3 a KR C4 kontrolérem robotů KUKA se nazývá mxAutomation. Pohyby robota lze programovat přímo z TwinCAT 3 bez znalostí jazyka pro programování robotů. Kinematická úloha v tomto případě běží na straně robota. Master-master komunikace po sběrnici EtherCAT, realizovaná EtherCAT bridge terminálem (EL6695), umožňuje synchronizovat TwinCAT 3 a robot v reálném čase. Díky tomu má programátor neustále přístup k aktuálním pozicím jednotlivých os. Celou aplikaci je možné vytvořit a provozovat bez nutnosti použít Teachpendant.
Pro řízení robotů Stäubli lze vybírat ze dvou produktů: UniVAL PLC a UniVAL Drive. Tato dvě řešení umožňují řízení jak Scara, tak šestiosých sériových robotů, přičemž robot je vždy EtherCAT slave. Oba produkty umožňují programovat robot bez znalosti jazyka pro jeho programování a jeho snadnou integraci do jednoho řídicího systému. V případě použití UniVAL PLC se zpracovává kinematická úloha na straně kontroléru robota. Programátor pomocí funkčních bloků v TwinCAT 3 přistupuje k databázi uložených bodů. Produkt UniVAL Drive využívá odlišného přístupu, kdy kinematická úloha běží na straně TwinCAT 3 a zpracovává se pomocí balíku kinematických transformací. Díky tomu lze realtimově řídit robot z NC úlohy pomocí G kódu.
Portfolio firmy Beckhoff nabízí jak řešení pro řízení kinematických mechanismů vlastních návrhů, tak pro hotové mechanismy třetích stran. V obou případech jsou k dispozici knihovny pro TwinCAT 3, které obsahují funkční bloky pro vytvoření komplexní řídicí aplikace. Ty využívají výhod centralizovaného řízení: jeden hardware, realtimová komunikace a jedno vývojové prostředí. Díky tomu lze zrychlit vývoj celé aplikace, zkrátit dobu pro její nasazení a zjednodušit její údržbu.
