Управляемые электрошкафы, местные блоки управления и несложные системы контроля качества включают в себя десятки программируемых контроллеров каждый. Это самая простая и приземленная часть абстракции. На первый взгляд кажется, что задача человека ограничивается включением главного рубильника для подачи питания - контроллеры в этом случае берут на себя большую часть операций. Но современная производственная линия - это не пара десятков независимых реле и тумблеров. Это сотни программируемых контроллеров, которые работают в сложных связках, и часто уже в виде собранных шкафов. И, как ни удивительно, первой проблемой становится время.

Контроллеры работают с электрическими сигналами, но почти все забывают, что не только реле не работают со скоростью света, но даже полупроводниковые приборы имеют задержку. Трансформаторы, катушки и даже дроссели тоже имеют индукцию. Учебник теоретической физики хорош только пока не покидает стен лаборатории.

Необходимо учесть все фактические параметры каждого блока, шкафа и даже потерь в кабелях сопряжения. Это выясняется при помощи расчетов и испытаний. Но шкафы должны еще уметь общаться между собою и станками и, главное, с оператором!

При разработке АСУ мы обеспечиваем быстрый и очевидный вывод всех органов управления и индикаторов на общую панель - неважно, экран, тач-панель или старомодный пульт с неоновыми сигнальными лампами. Принцип общий: информация должна быть мгновенно доступной. Но попробуйте уместить хотя бы 20 переключателей одного единственного станка на одной тач-панели!

Поэтому приходится прибегать к программированию.

Чтобы предельно упростить самую сложную 1/4 часть рутины любого инженера, создается программный комплекс с наглядным отображением управления как в хорошем симуляторе, состоящем из двух условных блоков: SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных) и HMI (Human Machine Interface - интерфейс человек-машина).

SCADA - это подводная часть современных систем управления. Она условно копирует устройство совместимых компьютеров вплоть до современных, в которых множество разных плат связаны вместе под управлением операционной системы посредством драйверов. Такой подход имеет неоценимое преимущество - гибкую автоматизацию и перестройку производства в любой момент, так как любой участок конвейера имеет свой драйвер в системе - от каждого контроллера, до шкафа и даже целого цеха: можно скомпоновать из драйверных модулей разных производителей конвейер от системы открытия гаража по номеру автомобиля до 4го экспериментального сборочного цеха ВАЗ.

Любой модуль с собственным драйвером легко подключается в общую систему SCADA. Если драйвера нет, или мы сами для вас разработали готовый шкаф управления, то мы создадим и драйвер.

В итоге "зоопарк", который требует задания алгоритмов конвейеру и робототехнике на целом десятке языков программирования, начинает "понимать" инопланетные тач-мониторы или древние командные сигналы станков Shtains 1933го года выпуска. Контроллеры, которые запрограммированы с помощью LAD, STL, LD, FBD, SFC, ST, IL и даже CFC принимают и отправляют управляющие сигналы в SCADA одинаково, по общему внутреннему протоколу. Вам не придется, например, досконально разбираться в различиях языков для роботов Kuka и Fanuc - это наша работа, причем единоразовая.

Самый верхний уровень общей системы, наверное, самый простой и интересный. Конечному оператору только он и необходим, а роботы пусть общаются со станками сами.

HMI - это способ отобразить все внутренние процессы в робото-алгоритмах наглядно и удобно. Для этого достаточно обычного персонального компьютера или даже монтируемого моноблока с тач-панелью и, собственно, грамотно отпрограммированного HMI-софта. По сути, монитор с мышкой или планшет - неважно, главное, чтобы все было сделано для удобства человека.

Задача HMI очень похожа на задачу обычного веб-броузера: красиво и наглядно отобразить тонны текста, картинок и ссылок, чтобы пользователь одним кликом добирался до нужной информации. HMI, конечно, сложнее веб-верстки, но свою задачу выполняет идеально: организует обычное "офисное" рабочее место с любой операционной системой на выбор: Windows, Linux, Android, iOS или даже универсальный веб-доступ, который не так удобен, но запускается вообще на любых устройствах. При этом в некоторых случаях, например Linux и Android, есть возможность адаптировать ядра операционных систем, чтобы на самом низком и при этом самом быстром уровне контролировать особо важные или скоростные узлы вашей робототехники.

Современные станки используют множество видов и стандартов связи: Modbus, CAN, PROFIBUS, Ethernet и EtherCAT. К классическим протоколам неявно присоединились исконно компьютерные Wi-Fi, Bluetooth, 4G/LTE и даже коротковолновые радиомодули любительских IoT-конструкторов. Но для конечного пользователя это уже неважно: графическая схема всего производственного цикла полностью скрывает всю эту низкоуровневую подоплеку железного общения под очевидными и удобными пиктограммами.

SCADA-HMI не имеет никаких ограничений или предпочтений по типу оборудования или протоколам связи. Мы подключим все, что работает на электричестве и поддается паяльнику от полуторавольтовых инфракрасных датчиков до 300кВт-электродвигателей.

Черчение перебралось с бумаги в компьютерные системы как возможность отобразить плоский чертеж в 3D максимально наглядно и быстро. Первые параллельные успехи SCADA показали, что передача информации от одного станка к другому может не только происходить автоматически, но и принимать правки извне в процессе работы. 3D-модели сами по себе являются цифровым отображением чертежей "почти" на языке станков, так почему же их не улучшить до логического завершения - до универсального формата?

Cистема автоматизированного проектирования, то есть CAD, быстро переросла простую задачу 3D-отрисовки. Форматы файлов пока еще не устоялись и не установили формат de facto, но самые популярные из них включают в себя не только форму детали или абрис обработки, но и все необходимые параметры от точности реза до типа инструмента. CAD-системы даже значительно быстрее интегрировались в среду несложных ЧПУ-станков, чем управляемая автоматика в мир тяжелой промышленности.

Но вместе, CAD и SCADA, могут практически все:

- Создание и обработка полноценной 3D-модели из чертежных исходников;
- Автоматическая оценка как изначальных данных, так и возможных изменений типов допуска: как в идеале, так и по заданным параметрам производства;
- Подгонка изначальной модели под производственные требования и ограничения. Часто нет необходимости переделывать чертеж, так как CAD/SCADA все сделают самостоятельно;
- Реверсивное проектирование пресс-форм, матриц и частей оснастки;

Заметим, что самым распространенным и популярным свойством CAD является автоматическое программирование ЧПУ. Оно тоже повторило путь развития SCADA-HMI, но в более высоких абстракциях: интеграции данных и приложений.

Интеграция данных напоминает сведение всех сигналов контроллеров к единому стандарту у SCADA. Но в CAD это возможность использовать один и тот же файл или даже базу данных в разных программах и станках одновременно. Например, достаточно старый, но когда-то популярный IGES-формат часто требует доводки качества поверхностей в каждом программном пакете. В это время как простейший STL-файл, о котором теперь знает любой студент, увлекавшийся 3D-печатью, стал одиним из стандартов для фрезерных станков по дереву и 3D-принтеров отнюдь не любительского уровня.

Логично, что облегчение жизни чертежникам - это далеко не предел возможностtq компьютерной техники. CAD перекинул мостик между чистым черчением и производством, но хорошо бы ибавиться от очень трудозатратной и "ошибкоемкой" части работы - черчения и обработки чертежа.

Теоретически эту задачу решают системы CAM. Вы чертите прямо в системе, а на выходе отсылаете одним кликом управляющую программу на выполнение станку или производству. Шаманизм с переводом кривых в движение резца, луча или экструдера остаются программному модулю Computer-Aided Manufacturing. Созвучный термин Complementary and Alternative Medicine тоже неплохо описывает процесс.

Современые 3D-пакеты давно переросли старые чертежные программы, и теперь они соревнуются между собою в каличестве поддерживаемых форматов, опций и "узнаваемых" станков. Но конкуренция хороша после драки, когда выяснился победитель со всеми своими достоинствами. Пока необходимо аккуратно выбирать лучшее решение для каждой определенной задачи.

На данный момент системы CAD и CAM срослись на уровне программных модулей и плагинов, поэтому их уже можно успешно собирать в общий рабочий комплекс. Пока еще приходится грамотно подбирать недешевый и изредка капризный софт, "привязывать" его именно к вашей конфигурации оборудования и подключать в общей системе SCADA, но после первичной настройки он гарантированно заработает.