Как выбрать HMI и Motion Stack от Omron EtherCAT

Омрон Кроме того, компания строит свой подход к автоматизации упаковки на основе гибких, масштабируемых, взаимосвязанных, безопасных и надежных машин, что в точности соответствует направлению, в котором стремятся многие производители оригинального оборудования и интеграторы.

Самое сложное не в том, чтобы решить, насколько мощный EtherCAT. Самое сложное — выбрать правильное сочетание его возможностей. ЧМИ, сервопривод, инвертор, удаленный ввод-вывод и проектирование сетей без создания системы, которая будет дороже, сложнее в обслуживании или медленнее в поставке, чем это действительно необходимо для машины.

В этом и заключается настоящая проблема покупателя. Производителю упаковки может потребоваться единая платформа для упаковочных машин, картонажных машин и конвейерных модулей. Системному интегратору же может потребоваться модернизировать оборудование, сохранив при этом работоспособность некоторых полевых устройств.

Дистрибьютору могут предложить комплект компонентов, который доступен сейчас, но по-прежнему будет актуален для повторных заказов через шесть месяцев. Во всех трех случаях “лучший” не означает “самый передовой”. Это означает технически правильный, коммерчески реалистичный и поддерживаемый в долгосрочной перспективе.

Эта статья предназначена для тех, кто занимается закупкой и проектированием систем промышленной автоматизации: дистрибьюторов компонентов для автоматизации, производителей оборудования, проектно-инженерных компаний, системных интеграторов и специализированных подрядчиков.

Цель проста: помочь вам сравнить варианты архитектуры, снизить риски на протяжении всего жизненного цикла, контролировать затраты и с большей уверенностью выбирать поставщиков.

Почему этот выбор важен

Архитектура влияет не только на производительность.

Когда покупатели слышат о “системе управления движением EtherCAT”, они обычно сосредотачиваются на скорости, синхронизации и управлении осями. Это важно, но это лишь часть решения.

Эта конфигурация также влияет на компоновку панели, время работы с проводкой, усилия при запуске, видимость сигналов тревоги, политику в отношении запасных частей, обучение техников и то, насколько сложной будет следующая модернизация.

Хорошая архитектура упрощает ввод машины в эксплуатацию и ее эксплуатацию. Плохая архитектура, наоборот, приводит к обратному результату.

Это создает мелкие проблемы, которые накапливаются: слишком много типов устройств, непоследовательная обработка сигналов тревоги, дополнительные интерфейсные модули, недокументированные обходные пути и еще большая зависимость от одного программиста, который “просто знает, как это работает”.”

На заводе это имеет большее значение, чем многие покупатели ожидают. Если станок останавливается в ночную смену во вторник, никого не волнует, что первоначальный дизайн выглядел элегантно в предложении.

Важно то, может ли служба технического обслуживания быстро выявить неисправность, отображает ли экран оператора полезную информацию и является ли вышедший из строя компонент достаточно стандартным, чтобы его можно было заменить без создания аварийной ситуации с поставками.

Что на самом деле оценивают покупатели в сегменте B2B?

Большинство профессиональных покупателей одновременно занимаются шестью задачами:

• Качество и надежность в реальных условиях, а не только в технических характеристиках.
• Соответствие нормативным требованиям и готовность документации к условиям рынка, на котором они работают.
• Гибкий минимальный объем заказа для прототипов, опытных образцов и серийного производства.
• Сроки поставки и стабильность наличия товара на складе.
• Общие затраты за весь срок службы оборудования.
• Долгосрочное сотрудничество с поставщиком, который будет отвечать на телефонные звонки и после закрытия заказа.

Именно поэтому технический выбор и выбор поставщиков должны происходить одновременно. Если инженеры выберут прекрасную архитектуру, которую отдел закупок не сможет предсказуемо обеспечить, бизнес все равно понесет убытки.

Если закупка вынуждает выбрать более дешевый вариант, который усложняет ввод в эксплуатацию и удорожает поддержку, то и бизнес проигрывает. Правильное решение кроется в пересечении различных аспектов.

Что входит в состав человеко-машинного интерфейса и системы управления движением Omron EtherCAT

На практике стек обычно включает в себя Omron ЧМИ, контроллер станка, сервоприводы и моторы для точного движения, инверторы для функций с регулируемой скоростью, не требующих полного управления сервоприводом, удаленного ввода-вывода и сетевых компонентов, которые связывают все воедино.

В этом контексте компания Omron описывает EtherCAT как полевую сеть для подключения приводов, интеллектуальных датчиков и устройств ввода-вывода, а более широкий спектр решений EtherCAT охватывает контроллеры, сервоприводы, инверторы, устройства ввода-вывода, системы безопасности, системы машинного зрения и датчики.

Это звучит слишком обширно, но решение о покупке становится проще, если рассматривать оборудование в категориях классов, а не семейств продукции.

Для компактной одномашинной системы может потребоваться один контроллер, скромный человеко-машинный интерфейс, от двух до четырех сервоосей, несколько инверторов и небольшое количество удаленных входов/выходов. Модульная OEM-платформа может нуждаться в многоразовом шаблоне управления, который можно масштабировать в зависимости от размера машины.

Для упаковочной линии с высокой осью вращения может потребоваться более тесная координация, больше диагностических функций и место для контрольно-измерительных станций или дополнительных модулей обработки в дальнейшем.

При модернизации может потребоваться сохранение существующей полевой проводки, расположения двигателей или периферийных устройств, поскольку период простоя слишком сжат для полной перепроектировки.

Именно здесь EtherCAT начинает приобретать смысл. В материалах Omron, посвященных EtherCAT, особое внимание уделяется быстрой связи, тесной синхронизации, стандартным кабелям RJ45 и широкой поддержке устройств в одной сети.

Проще говоря, это означает, что одна архитектура часто может охватывать множество машинных функций без путаницы, возникающей при соединении отдельных блоков управления движением, ввода-вывода и устройств.

Тем не менее, не каждой машине требуется одинаковая глубина функционала. Распространенная ошибка — предположение, что если EtherCAT может делать больше, то проект должен использовать больше возможностей. Именно поэтому покупатели в итоге платят за возможности контроллера, функции управления движением или сложность человеко-машинного интерфейса, которые операторы никогда не используют.

Как оценить стек

Начните с оборудования, а не с каталога.

Перед сравнением номеров деталей определите фактическое поведение машины.

Сколько осей действительно скоординированы? Какие движения регулируются только скоростью, а какие требуют точного позиционирования или синхронизации? Требуется ли оператору управление рецептами?

Это устройство с одним экраном и базовыми сигналами тревоги, или для технического обслуживания необходимы более подробные диагностические и сервисные отчеты? Будет ли одна и та же платформа использоваться в нескольких моделях?

Хорошее правило — сначала составить техническое задание на языке, понятном пользователям, а затем перевести его на язык, понятный пользователям оборудования. Например:

• В процессе перемещения продукции необходимо поддерживать синхронизацию двух осей.
• Скорость конвейера может варьироваться, но для этого не требуется сервоприводная точность.
• Операторам необходима переналадка оборудования в соответствии с рецептурой менее чем за три минуты.
• Для проведения технического обслуживания необходимо просматривать историю аварийных сигналов и состояние устройства, не открывая панель.
• Одна и та же базовая архитектура должна работать на машинах трех разных размеров.

Подобное задание заставляет команду отделять истинные технические требования от привычек и предположений.

Согласуйте интерфейс «человек-машина» с рабочим процессом оператора.

Недостаточное описание человеко-машинного интерфейса — один из самых дорогостоящих способов “сэкономить деньги”. Не потому, что сам экран так дорог, а потому, что слабый человеко-машинный интерфейс приводит к увеличению затрат на вызовы сервисной службы, ошибки операторов и более длительному времени восстановления.

Если машина работает с несколькими артикулами, интерфейс HMI должен корректно обрабатывать выбор рецепта и предотвращать случайные изменения. Если клиент экспортирует оборудование, важны язык экрана и права доступа пользователей. Если обслуживание машины осуществляется местными специалистами, сообщения об ошибках должны указывать на необходимость принятия мер, а не просто содержать коды неисправностей.

С точки зрения производственного процесса, хороший человеко-машинный интерфейс выполняет сразу три задачи:

1. Это помогает операторам правильно управлять машиной.
2. Это помогает специалистам по техническому обслуживанию быстро восстановить работоспособность оборудования.
3. Это помогает инженерам стандартизировать пользовательский опыт во всех моделях.

Последний пункт важнее, чем кажется. Если одна OEM-платформа использует единую структуру экранов, названия сигналов тревоги и страницы технического обслуживания для всех моделей, обучение становится проще, ввод в эксплуатацию — быстрее, а дистрибьюторам — легче поддерживать постоянных покупателей.

Используйте сервоприводы там, где это действительно важно, а инверторы — там, где они выгоднее по стоимости.

Не каждое вращающееся устройство нуждается в сервоуправлении. Сервоуправление — правильный выбор, когда требуется позиционирование, точная синхронизация, точная регистрация или повторяющиеся профили движения.

Инверторные системы обычно являются более экономичным выбором для вентиляторов, насосов, простых конвейеров и других устройств с регулируемой скоростью, где точность перемещения не является определяющим фактором.

Это один из самых простых способов контролировать стоимость комплектующих без снижения качества оборудования. Смешанная архитектура часто превосходит полностью сервоприводную, потому что она обеспечивает точность только там, где это оправдано.

Например, на упаковочной машине сервопривод может оправдать синхронизацию работы запаечных губок, точность подачи пленки или перемещение индексатора. Подающие конвейеры, разгрузочные конвейеры или вспомогательные приводы могут нуждаться лишь в стабильном регулировании скорости.

Использование сервоприводов повсеместно увеличивает стоимость оборудования, трудозатраты на настройку, потребность в запасных частях и требования к обучению техников. Использование инверторов повсеместно может привести к снижению качества управления там, где это наиболее важно. Опытные покупатели не выбирают одну технологию. Они назначают каждую из них для решения конкретной задачи.

Проверьте масштабируемость до того, как она вам понадобится.

В обзоре EtherCAT от Omron подчеркивается поддержка большого количества устройств, стандартных кабелей и единой сети, которая при правильной архитектуре может включать в себя средства связи, обеспечивающие безопасность.

Даже если ваша первая машина не нуждается в значительном расширении, это важно, потому что успешные платформы редко остаются небольшими.

Возможно, сегодняшняя машина имеет три оси и один человеко-машинный интерфейс. В следующем году заказчик захочет использовать систему визуального контроля, больше удаленных входов/выходов или добавить второй модуль в линию. Если первоначальный план сети не предусматривает возможности расширения, следующая версия быстро станет неудобной.

Масштабируемость не означает покупку самого большого контроллера в первый же день. Это означает выбор базовой архитектуры, которая может расти без необходимости полной переработки. Покупателям следует задавать себе следующие вопросы:

• Можно ли добавить оси позже, не переделывая всё заново?
• Можно ли использовать одну и ту же концепцию человеко-машинного интерфейса на более крупных машинах?
• Может ли сеть расшириться за счет большего количества островов ввода-вывода или станций?
• Может ли эта платформа стать нашим стандартом для различных семейств машин?

Сравнивайте общую стоимость, а не цену оборудования.

Именно здесь многие проекты терпят неудачу. Самый дешевый набор инструментов на бумаге может оказаться самым дорогим в течение двух лет.

В общую стоимость входит:

• Инженерные часы на настройку и отладку.
• Пространство под панелью и управление тепловым режимом.
• Электромонтажные работы.
• Время ввода в эксплуатацию.
• Обучение персонала сервисных служб.
• Сложность комплектующих.
• Возможны простои, связанные с трудностями в поиске запчастей.

Представьте два варианта. Вариант А на 8 процентов дешевле по стоимости оборудования. Вариант Б использует более удобную сетевую схему, стандартизирует шаблон HMI и сокращает время ввода в эксплуатацию на два дня на каждую машину. Если производитель поставляет десять машин в год, вариант Б может обеспечить большую прибыль даже до учета послепродажной поддержки.

Вот почему опытные покупатели говорят о “оправданных затратах”, а не только о цене покупки. Машина, которую проще изготовить и обслуживать, лучше защищает прибыль, чем та, которая дешевле только при первом сравнении цен.

Реальные сценарии покупок и распространенные ошибки.

Производители упаковочной продукции, выпускающие упаковочные машины, картонажные машины и конвейерные системы, обычно выигрывают от использования единой общей платформы управления движением, единой концепции проектирования человеко-машинного интерфейса и единой воспроизводимой сетевой топологии.

В позиционировании компании Omron в сфере упаковки явно делается упор на гибкую и масштабируемую конструкцию машин, что соответствует подобной стратегии стандартизации. Победа заключается не только в технической согласованности.

Преимуществом является снижение затрат на повторное использование инженерных решений, повышение уровня осведомленности технических специалистов и упрощение хранения распространенных запчастей.

Системный интегратор, занимающийся модернизацией, сталкивается с иной реальностью. Технически идеальная конструкция может не соответствовать временным рамкам отключения.

В этом случае лучшим решением может стать поэтапная миграция: сначала заменить контроллер и человеко-машинный интерфейс, временно сохранить некоторые полевые устройства, а затем стандартизировать остальные на втором этапе.

Это не “компромисс” в негативном смысле. Это согласование архитектурных амбиций с ограничениями проекта.

У дистрибьютора, занимающегося срочной сборкой оборудования, есть еще один приоритет. Клиент может запросить стек, ориентированный на Omron, но на самом деле он имеет в виду: “Предоставьте мне надежную архитектуру, которую я смогу приобрести сейчас и поддерживать позже”.”

Это меняет ход разговора. Доступность, альтернативы, документация и стабильность сроков поставки имеют такое же значение, как и производительность.

Разработчики специализированных систем безопасности или контролируемого доступа часто уделяют большое внимание удобству обслуживания и документации.

Возможно, у них не самое большое количество осей, но к ним предъявляются строгие требования по времени безотказной работы, и конечные пользователи оказывают на них давление в процессе проверки. В этом случае поддерживаемая архитектура с подробными руководствами, четкими схемами и повторяемой логикой замены может оказаться более ценной, чем попытка выжать максимум производительности в управлении движением.

Наиболее распространенные ошибки покупателей предсказуемы:

• Выбор исключительно по цене за единицу товара.
• Излишняя детализация системы движения.
• Недостаточная детализация человеко-машинного интерфейса.
• Время выполнения проекта не учитывается до момента утверждения проекта.
• Смешивание компонентов без соблюдения стандарта.
• Неспособность планировать жизненный цикл и устаревание.

Решение также предсказуемо: определить класс оборудования, составить карту реальных функций движения, задокументировать потребности оператора, проверить риски поставок на раннем этапе, стандартизировать ядро и протестировать архитектуру перед ее повсеместным внедрением.

Как выбрать поставщика, а также ответы на часто задаваемые вопросы покупателей.

Надежный поставщик Omron должен разбираться не только в номерах деталей. Он должен уметь обсуждать архитектуру движения, размеры человеко-машинного интерфейса, вероятные риски, связанные с поставками, и границы замены.

Они должны четко представлять информацию о наличии товара на складе, реалистично оценивать сроки поставки с завода и быть готовыми обслуживать как опытные образцы, так и повторные заказы от OEM-производителей.

Задавайте конкретные вопросы перед оформлением заказа:

• Что есть в наличии сейчас?
• Каков срок выполнения заказа на заводе для остальных товаров?
• Существуют ли минимальные требования к объему заказа для прототипов или опытных образцов?
• Вы можете выполнять как групповые заказы, так и плановые релизы?
• Какие документы прилагаются к заказу?
• Что произойдет, если выбранная деталь окажется под ограничением?
• Вы готовы поддерживать повторные сборки в течение следующих 12-24 месяцев?

Тревожные сигналы не менее важны. Будьте осторожны с поставщиками, которые уклончиво отвечают на вопросы отслеживаемости, обещают сроки поставки, которые не могут подтвердить документально, навязывают оборудование нестандартных размеров, не объясняя причин, или исчезают после этапа составления коммерческого предложения.

Для покупателей хорошо подойдет простой контрольный список для оценки:

• Возможности технической поддержки.
• Коммерческая гибкость.
• Глубина складских запасов.
• Поддержка экспорта там, где это необходимо.
• Время отклика.
• Согласованность порядка повторения.