デカルトロボットの制御アーキテクチャをシンプル化し効率向上

著者：バリー・ウェラー、三菱電機プロダクトマネージャー

競争力を維持するためには、一般的に産業界がリーン生産戦略を採用し、プロセス効率を改善すべきとされています。

重要なアクションの一つは、部品点数の削減、すなわちアセンブリやシステム内のコンポーネント数を減らすことです。これは、高精度なデカルト座標（直線）運動アプリケーションにおいて特に困難です。このような場合、機械メーカーは、機械内の動きを完全に管理するために、PLCとCNC（コンピュータ数値制御）の両方を使用する必要がありました——これまで。

デカルト座標ロボットとCNCの関係

デカルト座標ロボットは、機械的、レーザー、プラズマ切断などの機能自動化に広く使用され、一貫性があり、高度にカスタマイズ可能な高品質製品を迅速に提供します。デカルト座標ロボットとCNC工作機械は必ずしも同一ではありませんが、両者の動きは通常CNCシステムで制御されます。その理由は、コンピュータ数値制御装置でのモーション制御軌道プログラミングの簡潔さと、そのGコード言語にあります。このプログラミング言語は、CAD/CAM画像とファイルに基づいて、機械にどこへどう動くかを指示する点で独自です。Gコードは、意図する最終製品のCAD/CAMファイルを読み取り、デカルト座標ロボット内のCNCサーボドライブへの軌道と方向に変換します。その結果、高精度、高精密、再現性のある動きで、最も複雑で珍しい2D形状と輪郭も作成可能です。

PLCとCNCの二重構成がもたらす課題

CNCソリューションはロボットコントローラーとして優れていますが、ソレノイドバルブ、クランプ、エアホースなど他のコンポーネントを監視・制御することはできません。それにはPLCが必要です。理論的にはPLCがタイトな工具制御とすべての異なるオートメーション部品のフィードバックを処理し、CNCシステムを不要にできます。しかし、5つのPLC言語のいずれかでデカルト座標ロボットのモーション制御コードを書くのはかなり困難です。結果として、機械メーカーとユーザーは1台の機械に2つの異なる制御システムを使用せざるを得ません。この解決策は理想的とは言えません：追加ハードウェアは機械の総所有コストを増やし、構築/立ち上げ時間にも影響します。実際、2つの別個の制御ユニットがタイムクリティカルな情報を共有する必要があり、サイクルタイム増大と、同一機械上のPLCベースとCNCベースのプロセスの脱同期を招く通信ジッターの可能性を高めます。

PLCとCNCの境界を越える統合マシンコントローラー

これらの問題に対処するため、工場オートメーションコンポーネント・システムメーカーは、PLCとCNCシステムの境界を越えるモーション制御技術への投資を開始し、両ソリューションの主要機能を組み合わせた統合マシンコントローラーを構築しています。好例が三菱電機の「MELSEC iQ-Rモーションコントローラー」とその「Gコードアドオンライブラリ」です。このソリューションを選択すれば、機械メーカーは汎用サーボとMELSEC iQ-RシリーズPLCを使用し、必要に応じてGコードライブラリをインストールすることでCNC機能を実装できます。これにより、コンピュータ数値制御装置なしで、Gコードによる高精度な複雑切削軌道とプロファイルのプログラミングが可能になります。

より正確には、アドオン機能がシステムにPLC固有のプログラミング指示（モーションSFC：シーケンシャルファンクションチャート等）に従わせ、CAD/CAMファイルからモーションプロファイルを自動生成・読み取り可能にします。Gコードプログラムはテキスト形式で提供されるため、三菱電機のHMIや汎用エディターで容易に編集可能。別個のPLCとCNCコンポーネントハードウェアを不要にすることで、MELSEC iQ-Rシステムは1台の機械内の異なるプロセスを同期させ、サイクルタイムを短縮できます。さらに、単一ソリューションでCNC加工を含む様々なアプリケーションに使用でき、それらを容易に切り替えられるため、機械メーカーは完全な生産ラインを制御するために使用できます。その結果、企業は真に産業プロセスを合理化し、品質と一貫性を提供する、高柔軟性、高速、コスト効率の良いシステムの恩恵を受けられます。