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Flexibilität mit SIMOTION und SIMATIC in der
Roboter-Applikation
Robotik - Industrielle Lösungen von Siemens
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26.03.2015 Seite 2
Handling & Robotik erhalten zunehmend Einzug in vielen (Industrie-)Branchen
Packaging Plastics Metalforming Solar WGCS Testing and Assembly Robotics Chaining
►Tires
►IMT
►Rubber
►Transport of
wafers
►Assembly of
panels
Common requirements
►Top loading
►Food
►End of line
►Cutting glass
►Repair/Fill wood
►Feeder
►Transfer
►Electrical
►or mechanical
parts
►Assembly line
►...
►Load
►Unload
►Chaining
►Cutting
►Drilling
Branch specific knowledge
Path Planning Protection Zones Kinematics Vision Systems Product Register … Conveyor Tracking
PMA GMC MTS
► Handling & Robotik ist integraler Teil vieler Produktionslinien– und nicht selten bottleneck!
► Homogene Linienkonzepte mit einer Steuerungsarchitektur sind Innovationsthema im Maschinenbau
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26.03.2015 Seite 3
Handling & Robotik
zwei Gruppen von Industrie-Robotern
Industrieroboter
General purpose robots Dedicated robotics & handling 1 2
„Standard“- Kinematik
Proprietäre Steuerung und Programmierung
„Kundenspezifische“ OEM-Kinematik für (Serien)Maschine optimiert
Kostenoptimiert, Prozessoptimiert, Maschinen-integriert
Konzentration von Anbietern am Markt Hohe Diversifikation am Markt
Linien-Automatisierung bei OEM / Endkunde
► Siemens bietet Produkte und Systemunterstützung für beide Gruppen von Industrierobotern
Quelle: Kuka, Denso, Stäubli, Adept Quelle: GeKu, Majatronic, Bahr Modultechnik
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Handling & Robotik
zwei Gruppen von Industrie-Robotern
Industrieroboter
General purpose robots Dedicated robotics & handling 2
„Standard“- Kinematik
Proprietäre Steuerung und Programmierung
„Kundenspezifische“ OEM-Kinematik für (Serien)Maschine optimiert
Kostenoptimiert, Prozessoptimiert, Maschinen-integriert
Konzentration von Anbietern am Markt Hohe Diversifikation am Markt
Integriertes Motion Control mit SIMOTION Roboteranbindung an SIMATIC / SIMOTION
1
Linien-Automatisierung bei OEM / Endkunde
Quelle: Kuka, Denso, Stäubli, Adept Quelle: GeKu, Majatronic, Bahr Modultechnik
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Integriertes Motion Control mit SIMOTION
Anwendungen
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26.03.2015 Seite 6
SIMOTION Controller
SIMOTION Handling Toolbox
schnelle und effiziente Programmierung von Robotics & Handling Funktionen
► SIMOTION Handling Toolbox ist eine standardisierte und modulare Software-Bibliothek
Controller based
Drive based
PC based
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26.03.2015 Seite 7
Die meisten handelsüblichen Kinematiken sind bereits als
systemintegrierte Bausteine verfügbar
Delta 2 Delta 3 Cartesian 2D Cartesian 3D
Swiveling arm Articulated arm Roller
kinematics
SCARA
STANDARD
► Sogenannte Standardkinematiken sind bereits systemintegriert
► Vorgefertigte Module erlauben schnelles und effizientes Engineering
SPECIAL
Kinematic
Transformation
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26.03.2015 Seite 8
SIMOTION Handling Basic wurde entwickelt um einfache
Handlingaufgaben abzudecken
Merkmale
►Stützpunkte können einer übergeordneter Steuerung
entstammen (x, y, z, φ)
► Interpolation in einem Funktionsblock
►Kein Expertenwissen in SIMOTION notwendig
►Schlankes interface mit nur wenigen Parametern
►Einfach – aber hochperformant
►Einfache Anbindung an übergeordnete Steuerungen
(SPS)
SIMOTION Handling Basic
Interpolierte Bewegung
basierend auf Stützpunkten
Kartesische
Dynamikadaption
Beispielkonfiguration
S7 300
SIMOTION D425
SINAMICS S120
FB
Handling Basic
► Die gesamte Interpolation wird in einem FB realisiert – einfaches und schnelle Engineering
► Schlanke Schnittstelle ermöglicht die einfache Anbindung einer Kopfsteuerung (SIMATIC)
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26.03.2015 Seite 9
SIMOTION TopLoading wurde für high end Anwendungen entwickelt
SIMOTION TopLoading
Bahnplanung Teach In Zonen
Management
Bahnsynchrone
Bewegung
Kommando-
interface
Optimierte
Geschw.Profile
Conveyor
Tracking HMI
Verfahr-
programme
Universalbibliothek für nahezu alle Anwendungen Beispielkonfiguration
►Verfahrprogramm auf Plattform
(z.B. SIMOTION P320)
►Kommandointerface zugeschnitten auf
Handlingaufgaben
►Einschaltfertige HMI-Lösung mit integriertem Pfadeditor
(manuell / teach in)
►Für anspruchsvolle Aufgaben konzeptioniert
(z.B. conveyor tracking, Produktverwaltung, etc.)
►Safety Konzepte
(Zonen-Management z.B. für Kollisionsvermeidung)
► SIMOTION TopLoading ist eine hoch integrierte Lösung für high end Anwendungen
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26.03.2015 Seite 10
TopLoading - Kommandointerpreter
CMD_POWER_ON CMD_HOMING CMD_POS_SEG_START
CMD_POWER_OFF CMD_EMERGENCY_ON CMD_SET_CONDITION
CMD_MOVE CMD_SET_STACK CMD_WAIT_FOR_CONDITION
CMD_POS_ABS CMD_INC_STACK CMD_STOP_PROGRAM
CMD_POS_REL CMD_CLOSE_GRIPPER CMD_ZONE_CHECK
CMD_POS_ABS_XYZ CMD_OPEN_GRIPPER CMD_SET_ZONES
CMD_POS_REL_XYZ CMD_SET_PATH_VELO CMD_SET_MOTION_PROG_STATE
CMD_CREATE_SEG CMD_SET_PATH_ACCEL CMD_INIT
CMD_POS_SEG_ABS CMD_SET_PATH_DECEL CMD_SET_RV_VALUE
CMD_SWITCH_CS CMD_EXT_KINTRANS CMD_CLUTCH_CS
CMD_START_PROGRAM CMD_SET_TRACKING_SHIFT CMD_CALC_VELO_PROFILE
CMD_INTERRUPT_PROGRAM CMD_MOVE_TO_END_STOP CMD_GEAR_IN_ABS
CMD_CONTINUE_PROGRAM CMD_RESET CMD_CAM_IN_ABS
CMD_PATH_INTERRUPT CMD_PATH_CONTINUE ...
In der TopLaoding Bibliothek sind alle für Handlingapplikationen notwendigen Systembefehle in einfachen Kommandos gekapselt.
Für die Programmierung von Handlinggeräten stehen über 50 dieser Einfachkommandos zur Verfügung.
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26.03.2015 Seite 11
TopLoading – Programmierung über HMI
Bahn-Editor
Mit dem Bahn-Editor (Segmenteditor)
können die Stützpunkte der Bahn durch
Teach-In oder von Hand vorgeben werden
und ein Verrundungsradius definiert
werden.
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26.03.2015 Seite 12
TopLoading – Programmierung über HMI
Im Programm-Editor wird aus den
Einfachkommandos ein Verfahrprogramm
erstellt, welches im Automatikmodus
abgearbeitet wird.
Programmeditor
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26.03.2015 Seite 13
SIMOTION
SIMOTION Vorsteuerung
zur optimierten Bewegung von Delta-Kinematiken
Pre-Control
Delta3/2
► Mechanikschonenden Reglereinstellungen sind für Delta-Kinematiken optimiert
TO Bahn
SINAMICS + SIMOTICS
• Bahndynamik
• Bahngeometrie
• Nutzlast
• Trägheit
• Reibung
La
ge
so
llwe
rte
Drehmoment
Kollisions-
erkennung Delta 2
Delta 3
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26.03.2015 Seite 14
SIMOTION TopLoading
automatische Bahnplanung für Pick&Place Applikationen
P1
P2
P3
P4
target pointstart point
working heightst
art
ve
cto
r
targ
et ve
cto
r
► 4D-Interpolation mit Bandsynchronisierung in einem Kommando gekapselt
► Alle notwendigen Berechnungen wie Auf- und Absynchronisierung erfolgen automatisch
Parameter
Parameter 1: Start-Position
Parameter 2: Ziel-Position
Parameter 3: Dynamikvorgaben
Bahngeometrie
Lineare Bewegung in Richtung des Startvektors
Polynomialer Übergang zum Zielvektor
Lineare Bewegung entlang des Zielvektors
Automatische Synchronisierung auf Förderbänder!
Pre-Stop nach/vor Start/Zielvektor möglich
Pre-Stop
möglich
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26.03.2015 Seite 15
Handling & Robotik
zwei Gruppen von Industrie-Robotern
Industrieroboter
General purpose robots Dedicated robotics & handling
„Standard“- Kinematik
Proprietäre Steuerung und Programmierung
„Kundenspezifische“ OEM-Kinematik für (Serien)Maschine optimiert
Kostenoptimiert, Prozessoptimiert, Maschinen-integriert
Konzentration von Anbietern am Markt Hohe Diversifikation am Markt
1
Integriertes Motion Control mit SIMOTION Roboteranbindung an SIMATIC / SIMOTION
Linien-Automatisierung bei OEM / Endkunde
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Quelle: Kuka, Denso, Stäubli, Adept Quelle: GeKu, Majatronic, Bahr Modultechnik
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26.03.2015 Seite 17
Roboter Anbindung über IO Signale (Standard) Roboter Anbindung über Bibliothek (KUKA mxAutomation)
Roboter Schnittstelle zur SIMATIC
Vorteile für End-Kunden und OEMs
■ PROFINET ■ PROFINET
FB
9.. FB
FB
move
Kommandos mit
Position etc.
• Ablaufsequenz
im S7 Programm • Ablaufsequenz und
Bahnplanung auf dem
Roboter Controller
Start-/ Stop
Kommandos
• Bahnplanung
im Roboter
Controller
Vorteil
• Bedienung des gesamten Prozesses über ein zentrales HMI
• Einfache Einbindung der Roboter-Befehle in das S7-Programm
und in die HMI Oberfläche
• Höhere Flexibilität im Ablauf der Maschine/Anlage
Nachteil
• Nur vordefinierte Programme können auf dem Roboter
Controller ausgeführt werden. Damit feste Programmstruktur
• Zwei HMI für die Maschinebedienung erforderlich
• Roboter HMI nicht
erforderlich
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26.03.2015 Seite 19
Roboteranbindung an SIMATIC / SIMOTION
Funktionsweise mxAutomation von KUKA mit SIMATIC S7
SIMATIC S7 KUKA
KRC4 Controller Lese Prozessabbild
schreibe Prozessabbild
Anwender Bausteine
Anwender Bausteine
read Axis data
….
KRC move direct
Write Axis data
KRC_Initialize
PROFINET
Interface
mxAutomation
(embedded)
Instruction_buffer[1]
…
…
…
…
Instruction_buffer[100]
read Instruction
path calculation
ececute Instruction
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26.03.2015 Seite 20
Roboteranbindung an SIMATIC / SIMOTION
mxAutomation von KUKA
Funktionen der mxAutomation Bibliothek:
• Aufbau der Kommunikation zum Roboter
• Einschalten des Roboters (Power)
• Referenzieren des Roboters (Calibrate)
• Verfahren der Roboter Achsen absolut und relativ
• Verfahren der Roboterachsen im Handbetrieb (JOG)
• Ablaufsteuerung (Interrupt, Continue, Abort)
• Bahnbezogen Schaltpunkt (Trigger)
• Diagnosefunktion für die Robotersteuerung
und mxAutomation-Schnittstelle
• etc.
► Vertraute Programmierung durch Bausteine im TIA Portal / STEP 7
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26.03.2015 Seite 21
Roboteranbindung an SIMATIC / SIMOTION
Beispiel für Oberfläche am SIMATIC HMI – Move direct
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26.03.2015 Seite 22
Roboteranbindung an SIMATIC / SIMOTION
Beispiel für Oberfläche am SIMATIC HMI - JOG
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26.03.2015 Seite 23
Roboteranbindung an SIMATIC / SIMOTION
Beispiel für Oberfläche am SIMATIC HMI - Programmsteuerung
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26.03.2015 Seite 24
Roboteranbindung an SIMATIC / SIMOTION
Einsatzgebiete
• Be- und Entladen von Maschinen
• Pick & Place Aufgaben
• Palettieren
• Verketten von Produktions-Linien
• Einfache Konturen
Gut geeignet für:
• Komplexe Konturen mit hoher Anzahl von
Bahnpunkten wie z.B. Schweißen
Nicht geeignet für:
Video: http://youtu.be/TJ_dNgksOqQ
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26.03.2015 Seite 25
Arno Schönhals
DF FA S OEM
Business Development-General Assembly Solutions
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!