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Zukunftssichere Investition

Automatisierungsplattform von Omron sorgt für flexible Maschinenkonzepte

Omron feiert auf der SPS/IPC/DRIVES 2011 in Nürnberg die Europapremiere einer neuen Automatisierungsplattform. »Sysmac« heißt das neue All-in-One Steuerungssystem für die vollständige Steuerung von Maschinen mit nur einem Controller, einer Software und nur einem Maschinennetzwerk. Bei der Kommunikation setzt Omron auf den offenen Standard Ethercat. Da trifft es sich gut, dass Omron gleichzeitig den ersten Vision Sensor mit Ethercat-Schnittstelle vorstellt.

Für zukunftssichere Investitionen im Maschinen- und Anlagenbau sind flexible Automatisierungssysteme erforderlich, die auf Standards basieren und einheitliche Kommunikationslösungen ermöglichen. Bei der Entwicklung der neuen Automatisierungsplattform »Sysmac« ist Omron diesen Anforderungen konsequent gefolgt.

Sysmac (System for Machine Automation Control) ist eine leistungsstarke und robuste Automationsplattform mit einem neuen Maschinencontroller (»Sysmac NJ«), der Steuerung und Motion Control integriert und durchgängig vernetzbar ist. Weiterer Baustein ist eine neue Software (Sysmac Studio) zur vollständigen Kontrolle des Automatisierungssystems einschließlich Konfiguration, Programmierung, Simulation und Überwachung. Die Kommunikation erfolgt über ein Maschinennetzwerk (EtherCAT) für Motion Control, Bildverarbeitung und die Steuerung von Sensoren und Aktuatoren.

Herausragendes Merkmal des neuen Steuerungssystems ist die nahtlose Integration aller Kernkompetenzen von Omron in einer einzigen Plattform. Maschinensteuerung und Motion Control sind nun in einem System vereint. Feldgeräte werden über ein Maschinennetzwerk gesteuert und mithilfe einer einzigen Software programmiert. Dank der neuen Architektur kann der Anwender seine Maschine mit nur einem System vollständig automatisieren, ohne in zusätzliche Prozessoren und Erweiterungen für Multiachssteuerungen investieren zu müssen.

Ein Maschinencontroller

Das Herzstück der neuen Automatisierungsplattform ist der Maschinencontroller Sysmac NJ, der für hohe Geschwindigkeiten und maximale Flexibilität ausgelegt ist. Für den stabilen Betrieb auch unter rauen industriellen Bedingungen verfügt der Controller über einen Intel-Prozessor und läuft mit einem RTOS (Echtzeitbetriebssystem). Zur Auswahl stehen CPUs für die Ansteuerung von 16, 32 oder 64 Achsen. Bei Anwendungen mit bis zu 32 Achsen kann eine Ansprechzeit von weniger als 1 ms erreicht werden. Da der Sysmac NJ Controller auf einer Intel-CPU basiert und mit einem RTOS Betriebssystem läuft, ist die Architektur nicht mehr starr und ASIC-basiert, sondern flexibel, skalierbar und Software-orientiert. Dadurch können Anwender ihre Maschinen und Anlagen wesentlich einfacher an neue technische Anforderungen anpassen. Beispielsweise lassen sich jetzt auf der bestehenden Hardware und dem Echtzeitbetriebssystem Updates von Steuerungs- und Motionengine selbst installieren. Im Zuge dieser Neuentwicklung arbeitete Omron eng mit Intel zusammen. Für Intel ist Omron der wichtigste Partner im Bereich Fabrikautomation in Japan.

Eine Software

Sysmac Studio wurde mit dem Ziel entwickelt, den Zeitaufwand bei der Maschinenentwicklung zu reduzieren und gleichzeitig die Funktionalität der Maschine zu optimieren. Das Ergebnis ist eine Software mit einer umfassenden integrierten Entwicklungsumgebung. Sysmac Studio beinhaltet Konfiguration, Programmierung, Simulation und Überwachung in einer Software und macht damit mehrere Programme für Konstruktion, Entwicklung und Programmprüfung überflüssig. Die Konfiguration über eine grafische Benutzeroberfläche ermöglicht die schnelle Einrichtung von Steuerung, Feldgeräten und Netzwerken. Die auf IEC 1131-3-Standard und PLCopen-Funktionsblöcken basierende Programmierung von Steuerung und Motion Control verringert den Zeitaufwand für die Programmierung erheblich. Der intelligente Editor mit Online-Debugging unterstützt bei der schnellen und fehlerfreien Programmierung. Zudem erleichtert die innovative Simulation von Steuerungsablauf und Motion Control, Datenprotokollierung und -aufzeichnung die Maschineninbetriebnahme und -einrichtung.

Ein Maschinennetzwerk

Auch bei der Kommunikation setzt Omron auf offene Standards. Der neue Sysmac NJ Controller nutzt Ethercat als durchgängiges Maschinennetzwerk und Ethernet/IP für die Kommunikation mit der Leitebene. Omron setzt Ethercat bereits als Standard-Netzwerk für ein breites Produktspektrum an Feld- und Motion-Geräten ein, die sich nahtlos mit der Sysmac Automatisierungsplattform verbinden lassen. Neben Servoantrieben, Frequenzumrichtern und Vision Systemen bietet Omron auch dezentrale E/A mit Ethercat an. Dank Ethercat gehören Kompatibilitätsprobleme und Geschwindigkeitseinbußen durch unterschiedliche Schnittstellen und Gateways der Vergangenheit an. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich mit Ethercat große Datenmengen in kürzester Zeit übertragen lassen. Je schneller Maschinen produzieren, desto mehr Produktionsdaten fallen an. Damit kommt Ethercat nicht nur der Anforderung nach der Maschinengeschwindigkeit zu folgen, sondern auch die anfallenden Produktionsdaten jederzeit zurückverfolgen zu können, Stichwort Traceability.

Bildverarbeitung mit Ethercat

Ethercat eröffnet auch im Bereich der Bildverarbeitung neue Wege. Als erstes Unternehmen bietet Omron jetzt auch Vision-Sensoren mit Ethercat-Schnittstelle für die einfache und schnelle Maschinenintegration an. Der neue Vision Sensor »FQ-Motion«, den Omron ebenfalls auf der SPS/IPC/DRIVES präsentiert, ist speziell für den Einsatz in Pick & Place Anwendungen entwickelt worden. Alle implementierten Funktionen, wie z. B. die Kalibrierung oder der Algorithmus ECM Search Motion, unterstützen die einfache Maschinenintegration sowie die schnelle Bildverarbeitung und Kommunikation des Sensors. Die kurzen Zykluszeiten des Vision Sensors wirken sich aber nicht nur positiv auf den Produktionsdurchsatz aus, sondern kommen auch der Forderung nach immer höherer Qualität entgegen.

Einfache Integration in die Maschine

Der FQ-Motion beinhaltet eine einzigartige Hochgeschwindigkeits-Suchfunktion genannt ECM Search Motion. Dieser kantenbasierte Algorithmus berechnet die X-Y Koordinaten, die Drehlage sowie die Korrelationsdaten von bis zu 32 Objekten gleichzeitig. Der nächste Schritt ist die Datenausgabe an eine Steuerung und hier wartet der Vision Sensor mit zwei Besonderheiten auf. Zum einen stimmt das Koordinatensystem eines Bildverarbeitungssystems meist nicht mit dem Koordinatensystem des Roboter- bzw. des Linearsystems überein. Aus diesem Grund muss eine Koordinatentransformation durchgeführt werden, bevor die Informationen für den Roboter verwendbar sind.

Diese komplexe Berechnung übernimmt der kompakte FQ-Motion und erleichtert somit erheblich die Integration des Vision Sensors in die Maschine, da eine zeitraubende Programmierung in der Steuerung vermieden wird. Mittels einer Kalibrierungsroutine im Sensor gleicht der FQ-Motion die Koordinatensysteme des Roboters und des Sensors aufeinander ab. Dafür werden Referenzobjekte im Sichtfeld des Vision Sensors platziert und die Objektkoordinaten im Sensor abgespeichert. Anschließend werden die Referenzobjekte im Arbeitsbereich des Roboters positioniert und angefahren. Die daraus resultierenden Koordinatendaten werden ebenfalls in den Vision Sensor übertragen, der damit die Transformation durchführt und im Anschluss alle weiteren Positionsdaten im Roboterkoordinatensystem ausgibt.

Integrierte Objektverfolgung

Eine Besonderheit des FQ-Motion ist das Conveyor Tracking. Der Sensor verknüpft die Positionsdaten des Drehgebers mit den Bildverarbeitungskoordinaten der Objekte auf dem Transportband. Somit erkennt der Vision Sensor bei der nachfolgenden Bildaufnahme bereits detektierte Objekte und gibt nur die Koordinaten der neu hinzugekommenen Objekte aus. Ein weiterer Vorteil des FQ-Motion ist das flexible Datenausgabeprotokoll zur direkten Anbindung an Steuerungen. Der Anwender definiert die Form des Datenstrings nach Vorgabe der verwendeten Steuerung und kann ohne weiteren Aufwand die Daten des FQ-Motion direkt in die Steuerung einlesen. Als Datenschnittstelle kann der Anwender zwischen Ethercat und Ethernet wählen. Die Parametrierung des Sensors erfolgt mittels PC-Software oder »Touchfinder«, einem portablen Monitor mit integriertem Touchscreen.

Starke Kooperation mit Robotern

Der FQ-Motion ist dank der stabilen Objekterkennung und schnellen Datenausgabe über EtherCAT prädestiniert für Anwendungen, in denen ein Scara- oder Deltaroboter Objekte aufnehmen und positionieren muss. Hierbei können die Objekte entweder auf einem Förderband transportiert werden oder in einem Behälter positioniert sein. Des weiteren eignet sich der Vision Sensor für den Einsatz an Linearsystemen, die in Hochgeschwindigkeit Sortier- oder Positionieranwendungen ausüben.

Omron auf der SPS/IPC/DRIVES

Omron präsentiert die Automatisierungsplattform Sysmac, den neuen Vision Sensor FQ-Motion sowie das gesamte Ethercat-Portfolio auf der SPS/IPC/DRIVES in Halle 9, Stand 350.

Martin Greslehner