Evaluation of PLC-based Robotics Concept Applicability for Piece Goods Industry
Salminen, Timo (2019)
Salminen, Timo
2019
Automaatiotekniikka
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2019-03-27
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201901111080
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201901111080
Tiivistelmä
The usage of robotics and automation in industry is increasing all the time. In piece goods industry, the robots often work together with other machines. The PLCs controlling the machines and the robot controllers have different controlling principles and programming languages. The integration of a machine and a robot is done through an interface. Often the interfaces exchange only few signals that is not enough for a smooth robot-machine integration. Programming the robot requires a robot specialist that is familiar with the specific programming language. Almost every industrial robotic company has developed their own programming language for their robots. The complexity of robot programming is the biggest hurdle for small and medium-sized enterprises in utilizing robotics. The programming is difficult, time consuming and expensive. The industry demands for robotic applications that are cheaper and easier to use.
This thesis investigates the applicability of PLC-based robotics in piece-goods industry. The concept is based on the de-facto standard that is specified by the organization PLCopen. The research is conducted for the case company that wants to replace an old application with robotics. The company wants the robotic application to be faster than the old system but it would also increase the flexibility of the application. The company has studied the industrial robotics but realized that it is too expensive in their case. For this reason, the applicability of PLC-based robotics is studied.
As a result, there is a concept for a new PLC-based robotic application integrated to the customer machine. The concept includes four pieces of custom-made robot arms with a PLC controlling them. There is a simulation to illustrate the functioning of the PLC program with the custom-made robot arms. The simulation shows that the concept has potential to reach the cycle time limits set by the company. The evaluation of component prices show that there is also potential for cost savings when choosing the PLC-based robotics instead of industrial robotics. Even though the PLC-based robotics requires mechanical designing and part manufacturing in this case. Robotiikan ja automaation käyttö teollisuudessa lisääntyy jatkuvasti. Kappaletavarateollisuudessa robotit työskentelevät usein yhdessä eri koneiden kanssa. Koneita ohjaavilla PLC:llä ja robottien ohjaimilla on erilaiset toimintaperiaatteet ja ohjelmointikielet. Koneen ja robotin integroiminen yhteen tapahtuu rajapintojen kautta. Usein rajapinnat vaihtavat vain muutamia signaaleja, jotka eivät ole tarpeeksi mahdollistaakseen sulavan robotti-kone -integraation. Robotin ohjelmointi vaatii robottispesialistin, joka tuntee tietyn ohjelmointikielen. Lähes jokainen teollisuusrobottiyhtiö on kehittänyt oman ohjelmointikielen roboteilleen. Robottien ohjelmoinnin monimutkaisuus on suurin este pien ja keskisuurille yrityksille robotiikan hyödyntämisessä. Ohjelmointi on vaikeaa, aikaa vievää ja kallista. Teollisuus vaatii robottisovelluksia, jotka ovat halvempia ja helpompia käyttää.
Tämä diplomityö tutkii PLC-pohjaisen robotiikan käytettävyyttä kappaletavarateollisuudessa. Konsepti pohjautuu de-facto standardiin, jonka on määritellyt organisaatio PLCopen. Tutkimus keskittyy yrityksen applikaatioon, joka halutaan korvata robotiikalla. Yritys haluaa robottiapplikaation olevan nopeampi kuin vanha järjestelmä, mutta se lisäisi myös applikaation joustavuutta. Yritys on tutkinut teollisuusrobotiikkaa, mutta todennut sen olevan liian kallista kyseiseen tapaukseen. Tästä syystä PLC-pohjaisen robotiikan soveltuvuutta tutkitaan.
Tuloksena on konsepti uudelle PLC-pohjaiselle robottisovellukselle integroituna asiakkaan koneeseen. Konsepti sisältää neljä kappaletta erikoisvalmisteisia robottikäsivarsia ja PLC:n, joka ohjaa niitä. Simulaatio havainnollistaa PLC-ohjelman toiminnan yhdessä robottikäsivarsien kanssa. Simulaatio näyttää, että konseptilla on potentiaalia saavuttaa yrityksen asettamat sykliaikavaatimukset. Komponenttihintojen arviointi näyttää, että PLC-pohjaisella robotiikalla voi olla mahdollista säästää kuluissa teollisuusrobotiikkaan verrattuna. Vaikkakin PLC-pohjainen robotiikka vaatii mekaanista suunnittelua sekä osien valmistamista tässä tapauksessa.
This thesis investigates the applicability of PLC-based robotics in piece-goods industry. The concept is based on the de-facto standard that is specified by the organization PLCopen. The research is conducted for the case company that wants to replace an old application with robotics. The company wants the robotic application to be faster than the old system but it would also increase the flexibility of the application. The company has studied the industrial robotics but realized that it is too expensive in their case. For this reason, the applicability of PLC-based robotics is studied.
As a result, there is a concept for a new PLC-based robotic application integrated to the customer machine. The concept includes four pieces of custom-made robot arms with a PLC controlling them. There is a simulation to illustrate the functioning of the PLC program with the custom-made robot arms. The simulation shows that the concept has potential to reach the cycle time limits set by the company. The evaluation of component prices show that there is also potential for cost savings when choosing the PLC-based robotics instead of industrial robotics. Even though the PLC-based robotics requires mechanical designing and part manufacturing in this case.
Tämä diplomityö tutkii PLC-pohjaisen robotiikan käytettävyyttä kappaletavarateollisuudessa. Konsepti pohjautuu de-facto standardiin, jonka on määritellyt organisaatio PLCopen. Tutkimus keskittyy yrityksen applikaatioon, joka halutaan korvata robotiikalla. Yritys haluaa robottiapplikaation olevan nopeampi kuin vanha järjestelmä, mutta se lisäisi myös applikaation joustavuutta. Yritys on tutkinut teollisuusrobotiikkaa, mutta todennut sen olevan liian kallista kyseiseen tapaukseen. Tästä syystä PLC-pohjaisen robotiikan soveltuvuutta tutkitaan.
Tuloksena on konsepti uudelle PLC-pohjaiselle robottisovellukselle integroituna asiakkaan koneeseen. Konsepti sisältää neljä kappaletta erikoisvalmisteisia robottikäsivarsia ja PLC:n, joka ohjaa niitä. Simulaatio havainnollistaa PLC-ohjelman toiminnan yhdessä robottikäsivarsien kanssa. Simulaatio näyttää, että konseptilla on potentiaalia saavuttaa yrityksen asettamat sykliaikavaatimukset. Komponenttihintojen arviointi näyttää, että PLC-pohjaisella robotiikalla voi olla mahdollista säästää kuluissa teollisuusrobotiikkaan verrattuna. Vaikkakin PLC-pohjainen robotiikka vaatii mekaanista suunnittelua sekä osien valmistamista tässä tapauksessa.