Endüstriyel Robotların Evriminde Profibus Rolü

Endüstriyel otomasyon derin bir dönüşüm geçiriyor. Özerk bir mobil robotlar (AMRs) sabit yolları olmayan fabrika zeminleri, işbirliği robotları (kobotlar) insan operatörleriyle omuz omuz omuz omuz omuz omuz omuz omuz omuz omuzlama, gerçek zamanlı olarak güçleniyor.Bu sistemler, modern robotların sıkı gereksinimleriyle karşı karşıya kaldığı ve dünya çapındaki uyum sağlama konusunda çok sayıdaki rolüyle gelişen iletişim protokolleri talep ediyor.

Profibus'un temel gücü, kesin bir kaynak ve bir çarpışma ile ilgili farkları ifade etme yeteneğine sahiptir, bu determinist davranış, programlanabilir mantık kontrolörleri (PLCs), sürücüler, sensörler ve eylemciler. Özerk robotikte, bir milisaniye gecikmesi, birden fazla eksenli, çalışkan ve vizyon sistemlerini koordine eden robot kontrolleri için ideal bir seçim anlamına gelir.

İşbirliği robotlar için, hisse senedi daha yüksek. Güvenlik tarafından yapılan iletişim, ISO 13849 ve IEC 62061 gibi standartları karşılamalıdır ve bu görev insan-robot işbirliği için gerekli güvenlik katmanları ekleyerek güvenlik-kırık uygulamaları ile kanıtlanmış takip eder.

A Özerk Robot Kontrolündeki Profibusların Avantajları

Özerk robotlar sensör füzyon, yol planlaması ve infazın kilitlenmede gerçekleşeceği dinamik ortamlarda çalışır. Profibus bu zorlukların doğrudan ele alınması gereken birkaç avantaj sunar.

Deterministic Real-Time İletişim

Profibus, yüksek hızlı uygulamalar için 1 milisaniye kadar döngü katlarını destekler, mikrosaniye aralığındaki jitter ile bu determinizm, servo sürücülerin ve robot kollarının kapalı-loop kontrolü için kritiktir.Farklılık kontrol ve daha güvenilir bir engel oluşturabilir.

Kompleks sistemler için erişilebilirlik

Tek bir Profibus ağı, birçok robot kontrol cihazı, güvenlik röleleri, vizyon kameraları ve I/O modülleri dahil olmak üzere 126 cihaza destek verebilir. Bu ölçeklenebilirlik sistemi bütünleyicileri ağ topolojiye eklemeden kapsamlı otomasyon hücreleri inşa edebilir. Üretim hatları geliştikçe, yeni robot veya sensörler ekleyerek, genellikle donanım aşırılamadan ziyade sadece konfigürasyon değişiklikleri gerektirir.

Interoperability Across Vendors

Profibus, 2000'den fazla üretici tarafından desteklenen açık uluslararası bir standarttır. Bu interoperability, çok sayıdaki ortamda önemli bir avantajdır. KUKA'dan bir robot kolu, Cognex'tan bir vizyon sistemi ve Siemens'ten bir güvenlik PLC, tüm aynı Profibus ağı üzerinde özel ağ üzerinden iletişim kurabilir.Son kullanıcılar için, bu entegrasyon maliyetlerini azaltır ve bakım kolaylaştırır.

Meydanlar ve Evrime İhtiyacı

Güçlü yönlerine rağmen, Profibus, Endüstri 4.0 çağındaki zorluklarla karşı karşıyadır. Orijinal Profibus DP (Merkez Periphery) bulut platformlarıyla maksimum 12 Mbit /s - birçok kontrol görevi için yeterli, ancak 3D noktası bulutları, yüksek çözünürlüklü görüntüler ve vitreus verilerinin yetersiz kalması için yetersizdir.

Bu kısıtlamalar, Profinet gibi tamamlayıcı teknolojilerin geliştirilmesine yol açtı, bu da Profibus konseptlerini endüstriyel Ethernet'e genişletiyor. Ancak, Profibus terk edilmedi. Bunun yerine, karma mimarlıklar, ağ geçidi ve protokol geliştirmeleri ile IP dünyasına geçiş yaparken temel avantajlarını koruyor.

Profibus'un Evrimi: Bridging Fieldbus ve Industrial Ethernet

Profibus PA ve Süreç Otomasyonu

Profibus PA (Process Automation), iki kablo üzerinde iletişim ve güç sağlayan standartı genişletiyor, kimyasal tesislerde kullanılan gaz rafinerileri veya farmasötik tesislerde çalışan Profibus PA, Dağıtım Kontrol Sistemleri (DCS) ile aynı protokolü kullanıyor, bu iki kabloya da daha fazla robotları veriyor ve Exibus PA'nun bu ortamlardaki kanıtlanmış rekorları, Ex-based güvenlik ve sorunsuz bir şekilde entegre etmesini sağlayacak şekilde, ayrıca, farklı bir Ethernet tabanlı güvenlik sağlar.

Yüksek seviyeli Başarı Olarak Profinet

Profinet, Profibus'un endüstriyel Ethernet alanına mantıksal evrimidir, aynı uygulama profilini ve mühendislik felsefesini desteklerken 100 Mbit /s'e kadar hızlar teslim edilir (Robot üreticileri için, Profinet, mevcut robot kontrolleri ve üst düzey sistemler arasında iletişim kurar.) Bu komplikeli hareket kontrolü için Profibusu korurken.

TSN ve Zaman-Sensitive Networking

Profibus-derived teknolojisi için bir sonraki sınır, sabit gerçek zamanlı garantiler devam ederken, TSN'nin geliştirmesinde, halihazırda, TSN'nin aynı ağ altyapısını paylaşması için gerekli olan bir IEEE standardıdır.

Collaborative Robotics'deki Profibus'un Geleceği

Collaborative robotlar, hafif inşaata, tork algılamaya ve yazılım tabanlı hız / kuvvet sınırlarına güvenmek için tasarlanmışlardır. İletişim protokolü, güvenli hız izleme ve güvenli tork olmadan robot kontrol işlevlerine entegre edilmelidir.Proibus, onun için kanıtlanmış bir çerçeve sunar.

Ethernet ve IoT ile entegrasyon

Modern cobotlar, Üretim Yürütme Sistemlerine (MES), bulut analiz platformları ve dijital ikiz ortamlara giderek daha fazla bağlı olsa da, Profibusların yaygın olarak kullanılabilirliği, Profibus-to-Ethernet ağ geçidinin entegrasyonu basit hale getirir. Tipik bir mimari, robot içindeki gerçek zamanlı kontrol döngülerini kullanır, böylece OPC UA veya MQTT'ye geçiş için operasyonel verileri OPC UA veya MQTT'ye dönüştürür.Bu hibrit yaklaşım üreticilerin her iki dünyanın en iyi şekilde sağlar: Deterministic kontrolleri, doğrulayıcı, kaliteli izleme ve bulut bağlantı için sağlar.

Önümüzdeki gibi, PROBUS International organizasyonu, IoT iletişimini destekleyen profillerde aktif olarak çalışıyor. "PROFIFINET over TSN" spesifikasyonları, gerçek zamanlı veri akışlarını bütünleştirmek için, tek bir kablonun hem kontrol trafiği hem de IoT telemetrisi taşımasına izin veriyor. Bu, donanım maliyetlerini azaltıp sistemi tasarımını basitleştirmek için gerekli olan araçları ortadan kaldıracak.

Pratik bir örnek olarak düşünün: Otomotiv fabrikasında bir araya gelen ortak robotlar filosu. Her robot, Profibus DP'yi gerçek zamanlı eksen kontrolü ve sağlam hareket değerlendirmesinde kullanır. Aynı ağ, güvenli hız izleme için otomatik olarak güvenli sinyalleri taşır. Tüm robotlardan bir ağ konsolide verileri ve merkezi bir analitik platformuna yayınlar.Bir robotun titreşim imzası giydiğinde, sistem otomatik olarak sistem otomatik olarak zamanlamalar bakım yapar.Bu senaryosu varsayımsal değildir - zaten fabrikalarda dağıtılır ve bulut entegrasyonuna giden yol açık.

İnsan-Robot İşbirliği için Güvenlik ve Yeniden Güveni

İşbirliği robotlar için güvenlik standartları ISO 10218-1/2 tarafından tanımlanır ve standart Profibus kablo için "kara kanal" olarak çalışır ve altta yatan otobüsleri değiştirmeden ilgili kontrol kodları ekler.Bu güvenlik işlevlerinin kullanılması, standart kontrol mantığının bağımsız kalması, sistem bütünleştirme protokolü standart bir temel olarak çalışır.

Cobots daha bağımsız hale gelir - insan yakınlığı temelinde yollarını adapte etme konusunda yetersiz - güvenlik sistemi daha dinamik hale gelmelidir. Future Profibus profilleri, robot hızına dayanan değişken güvenlik bölgeleri destekleyecek, ücret yükü ve insan pozisyonu. Bu, güvenlik iletişimini aynı otobüs altyapısını korumak için daha karmaşık veri setlerini ele almak için daha karmaşık veri setlerini gerektirir.

Gerçek Dünya İşbirlikleri ve Vaka Çalışmaları

Birkaç büyük robot üreticisi, Profibus'un önümüzdeki nesil sistemler için uygulanabilir olduğunu zaten göstermiştir. KUKA, örneğin, mevcut Siemens tabanlı otomasyon hatlarına sorunsuz bir şekilde entegrasyon sağlar.Bu sistemler, yüksek seviyeli kaynak kontrolleri, yüksek seviyeli senkronizasyonun nerede kritik olduğunu gösterir.

İşbirliği segmentinde, Evrensel Robotlar (şimdi Teradyne’nın bir parçası) Profibus bağlantılarını üçüncü taraf alanbus ağlarından gerçekleştirir ve Profibus tabanlı güvenlik sistemleri ve PLC'ler ile entegre etmek için ortak anahtar bir dağıtım, Profibus ağ geçidiyle donatılmış bir Alman otomotiv Tier 1 tedarikçide bulunur ve ISO 1'in işlem ağ geçidine kıyasla %30 azaltımı elde edilir.

Bir diğer zorlayıcı durum yarı iletken endüstriden geliyor, otonom mobil robotlar süreç araçları arasında düşüş sağlar. Bu AMRs, yeni kablosuz protokollerin tavan destekli şarj istasyonları, asansör kontrol cihazları ve araç yük portu için Profibus'u tercih etti.Profesyonel mobil robotlar, buhar transferlerinin sıkı zaman pencereleri olmasını sağlar, fab'da şişeleri önlemek için Profibus kullanır.

Yol Ahead: AI ve Digital Twins Çağında Profibus

Yapay zeka ve dijital ikiz teknolojiler robotların nasıl programlanmış, izlenmiş ve optimize edilmiştir. Dijital ikiz, fiziksel robotdan simülasyon ortamına kadar sürekli operasyonel verilerin akışını gerektirir. Profibus, tanı ve süreç verileri determinist olarak, bu veri boru hatları için arka kemiği sağlar.

Örneğin, bir Profibus özellikli robot kontrol cihazı, motor akımlarını, pozisyon hataları ve sıcaklık okumalarını her kontrol döngüsünde aktarabilir. Bu granular veri, AI inference motorlarını tespit eden bir makine öğrenme modelidir. Modelin yakın zamanda robot hızını otomatik olarak ayarlar veya bir araç optimizasyonudur.

Benzer şekilde, bulut tabanlı filo yönetimi, Profibus ağ geçidi onlarca veya yüzlerce robotdan gelen verileri birleştirir ve bulut depolama ve analiz için uygun formatlara dönüştürür. Bulut bağlantısı standart IP protokolleri kullanırken, verilerin güvenilirliği sahabus iletişimin kalitesine bağlıdır.Profesyonelbusların hata algılaması ve yeniden deneme mekanizmaları, fiziksel sistemin durumunu doğru bir şekilde temsil eder - anlamlı dijital ikizler için önemli bir gerekliliktir.

Sonuç: Profibus, Sonraki Sanayi Devrimi'nin bir köşe taşı olarak

Alanbus teknolojilerinin Ethernet ve Endüstri 4.0 çağındaki yok olduğu anlatı yanıltıcıdır. Profibus, birkaç nedenden ötürü otonom ve işbirlikçi robotikte önemli bir rol oynamaya devam etmektedir. İlk olarak, deterministic gerçek zamanlı iletişim, ikinci kez, Profibus cihazlarının yüklü üssünün göç yollarının pratik ve maliyetle etkisiz olmasını sağlar.

Robot yatırımlarını düşünen üreticiler, üretim hatlarının tükenmesine izin vermeden Profibus'u miras almamalı, ancak olgun, güvenilir bir temel olarak, modern ağ geçitleri ve dolaylı olarak işletmelerini sağlayan karma mimarlıkları, endüstri 4.0 bağlantılarını mümkün kılmaya devam edecektir.

Daha derin teknik ayrıntılarla ilgilenenler için, özellikler ve profiller Profibus & tarafından korunur; Profinet International ([Dönetici:0) birlikte çalışan birçok protokolde (Döneticileri) gerçekleştirilir ve Profibuslar bu temelin önemli bir parçası olarak ele alınacaktır.