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Comment communiquer avec les robots ?

Les robots industriels sont de plus en plus répandus sur les lignes de production. De plus, ils doivent travailler à proximité directe des opérateurs humains. Dans ce contexte, le choix du protocole de communication est déterminant. POWERLINK et openSAFETY constituent le backbone idéal pour les applications robotiques.

Robots_POWERLINK_openSAFETY #2

Les robots assistent de plus en plus les humains pour les tâches pénibles ou dangereuses comme, par exemple, le déplacement de charges lourdes ou l'introduction de pièces d'usinage dans une machine de fraisage. Utiliser des robots suppose de remplir trois conditions :

  • Motion control précis et réactif
  • Contrôleur puissant
  • Communication interne ultra-rapide

Autrefois, seuls des systèmes propriétaires ou du matériel spécialisé permettaient de satisfaire ces exigences. "Aujourd'hui, les technologies ouvertes et les composants standard gagnent du terrain," affirme Stefan Schönegger, directeur opérationnel de l'EPSG. "Ils sont les seuls à pouvoir assurer la sécurité des investissements destinés à l'outil de production."

Maîtriser la complexité des systèmes robotiques

Bien souvent, les machines dont l'automatisme inclut des robots ont aussi d'autres axes, et les mouvements des robots doivent être synchronisés avec ces axes. Prenons l'exemple d'un bras robotique ayant besoin d'un nouvel outil pour poursuivre l'usinage d'une pièce. Pour accomplir cette tâche, le bras se déplace linéairement sur un axe vers le stock d'outils, se saisit du nouvel outil, puis revient à sa position d'origine.

Tous les axes, individuels et robotiques, doivent être alors parfaitement synchronisés, non seulement pour assurer la précision du process, mais aussi pour accroître la rapidité du système dans son ensemble. Pour ce type de machines, la pratique la plus courante était d'utiliser des solutions proprétaires, et donc de recourir à deux contrôleurs séparés : un pour les robots et un pour les autres axes. "Dans ces conditions, il n'est pas possible d'uniformiser la communication au niveau de la ligne de fabrication," explique Stefan Schönegger. "Et jusqu'à présent, les utilisateurs ont dû en subir les conséquences avec des pertes de performance et des coûts de mise en service et de maintenance nettement plus élevés."

Comau_Palletizing
De plus en plus de machines intègrent des robots. Dans le cas idéal, ces robots font même partie intégrante de la solution d'automation. (Source : Comau)

POWERLINK


 

En raison notamment de son aptitude au temps réel dur, y compris sur des réseaux de grande envergure, POWERLINK relève le challenge de l'intégration robotique comme nul autre système sur le marché.

openSAFETY


 

L'utilisation d'openSAFETY comme protocole de sécurité permet de réaliser des applications Cat. 4 / SIL 3 / PL e. Les robots peuvent ainsi répondre intelligemment à des situations dangereuses en limitant de manière sûre la vitesse du point central de l'outil.

Transmissions rapides sur des réseaux étendus

POWERLINK affiche des temps de réponse très courts, même sur des réseaux étendus à forte charge. Ce standard de communicataion temps réel transmet en effet les données sous formes de télégrammes individuels arrivant sans délai à leur destinataire. Son aptitude à la communication directe entre esclaves permet aux robots de communiquer directement entre eux ou avec d'autres axes. Cette propriété constitue un des atouts de la technologie POWERLINK.

POWERLINK permet aussi le multiplexage : les données sont ainsi transmises au moment précis où d'autres nœuds en ont besoin. Ce procédé permet de traiter les nœuds critiques à chaque cycle réseau et les nœuds non critiques tous les "n" cycles. Sur la machine d'étirage de film de Brückner, par exemple, 728 axes reçoivent leurs valeurs de position précisément toutes les 400 µs et sont ainsi parfaitement synchronisés, alors que dans le même temps des données temporellement moins critiques sont échangées pour la régulation de température.

En matière de topologie réseau, l'utilisateur est totalement libre. POWERLINK supporte en effet les topologies en étoile, en bus et en anneau, de même que n'importe quelle combinaison. Ce protocole ouvert permet aussi de mettre en œuvre des réseaux à haute disponibilité, avec redondance de câbles et redondance de maîtres, sans nécessiter aucun matériel spécifique. Les constructeurs de machines ont donc la liberté d'intégrer des systèmes robotiques où ils le souhaitent tout en assurant une disponibilité maximale.

Libre choix du fabricant de matériel

Les solutions d'automatisation actuelles nécessitent un réseau Ethernet temps réel à la fois performant et ouvert. Pour cette raison, de plus en plus d'utilisateurs de systèmes robotiques choisissent POWERLINK. Disponible en tant que logiciel open source sur www.sourceforge.net, ce protocole ouvert aide les utilisateurs à s'affranchir de tout fabricant spécifique. POWERLINK est aussi conforme à la norme Ethernet IEEE 802.3 tout en étant apte au temps réel dur.

Le protocole de communication doit assurer une synchronisation fiable de tous les axes. "Bon nombre de systèmes Ethernet Industriel offrent une bande passante suffisante, mais avec une rapidité de transmission chutant brutalement lorsque le nombre d'axes augmente," indique Stefan Schönegger.

Schönegger Stefan #2
"Le marché demande de plus en plus des technologies ouvertes comme POWERLINK."
Stefan Schönegger, Managing Director, EPSG

Sécurité englobant toute la ligne de production

Seule une solution de sécurité intelligente permet de libérer les robots de leur barrière de protection et d'optimiser ainsi leur emplacement sur la ligne de production. De plus, dans les usines avec des machines de constructeurs différents, il est nécessaire de disposer d'un protocole de sécurité étendant la communication à toute la ligne de production. "C'est le seul moyen d'assurer que chaque machine sur la ligne réagira correctement à un événement mettant en jeu la sécurité," explique S. Schönegger.

openSAFETY est le seul protocole de sécurité permettant le transport des données liées à la sécurité sur n'importe quel bus ou n'importe quel réseau. La technologie openSAFETY offre de nombreux avantages. En réduisant les temps de réponse, elle réduit aussi les distances de sécurité et permet donc de concevoir des machines avec une surface au sol plus réduite. En permettant l'automatisation des services de paramétrage et configuration, elle réduit aussi les temps de mise en service et de changement de série. "Ceci accroît la disponibilité de l'outil de production et donc la productivité," ajoute S. Schönegger.

openSAFETY garantit des temps de réponse extrêmement courts et ouvre la voie aux fonctions safe motion offrant d'autres possibilités que l'arrêt pur et simple d'une machine. Aux fonctions safe motion s'ajoutent les fonctions safe robotics comme la limitation sûre de vitesse au point central de l'outil.

BR robotic embedded
Avec POWERLINK, les robots s'intègrent totalement au système d'automatisation. Grâce à openSAFETY, il en va de même aussi pour les fonctions de sécurité. Membre de l'EPSG, B&R offre déjà ce type de solutions à ses clients.
Ejemplo
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