Aktuální vydání

celé číslo

08

2021

Digitální transformace a konvergence provozních, informačních a inženýrských systémů

Výzkum, vývoj a vzdělávání v automatizaci

celé číslo

XPlanar: nové možnosti pro transport materiálu

V roce 2019 představila společnost Beckhoff ve své nabídce nový transportní systém XPlanar. Po úspěšné instalaci několika těchto systémů v Německu je uvedená novinka od začátku roku 2021 k dispozici také pro zákazníky v České republice a na Slovensku.

 

Systém rovinných (planárních) motorů XPlanar kombinuje výhody konvenčních lineár­ních pohonů s magnetickou levitací. Transport levitujících předmětů umožňuje manipulovat s produkty na jedné strojní lince i mezi nimi. Výhodou pro uživatele je volný pohyb: jednotlivé kusy zboží lze přepravovat na jakékoliv místo jakoukoliv cestou. XPlanar kombinuje flexibilitu s dynamikou konvenčních lineárních motorů a nabízí přidanou hodnotu prostřednictvím propojení jednotlivých výrobních kroků. Tím se optimalizuje doba výrobního cyklu. Díky šesti stupňům volnosti a vysoké přesnosti XPlanar výrazně zjednodušuje jednotlivé výrobní kroky. Nespornou výhodou je rovněž minimální náročnost na údržbu. Levitace nahrazuje všechny mechanické součásti vedení a výrazně snižuje náklady na čištění a pravidelný servis.

 

Minimum komponent pro maximální flexibilitu

Princip magnetické levitace není třeba detailně představovat. Tato metoda je známá několik desetiletí. Planární motory nejsou v automatizaci také úplnou novinkou. Využívají se pro kamerové systémy, montáž a pájení elektrotechnických součástek na desky plošných spojů atd. Zaměřme se tedy na to, jak techniku planárního motoru společnost Beckhoff integruje do systému XPlanar. Celý systém, který byl v časopise Automa již představen v článku XPlanar: maximální flexibilita polohování s šesti stupni volnosti [Automa, 2020, č. 4, str. 12 až 14, https://automa.cz/Aton/FileRepository/pdf_articles/12853.pdf] se skládá z pěti základních částí: dlaždic (tiles), jezdců (movers), komunikační sběrnice EtherCAT, průmyslového PC a softwarové platformy TwinCAT.

 

Základem jsou dlaždice

Základním stavebním modulem systému XPlanar jsou dlaždice (tiles) APS 4322-0000 s rozměry 240 × 240 × 67 mm. Každá dlaždice obsahuje kompletní řídicí a výkonovou elektroniku statoru planárního motoru. Výkonová část je rozdělena do čtyř kvadrantů, ve kterých ploché cívky generují pohyblivé magnetické pole. Do dlaždice je integrovaná zpětná vazba pro detekci polohy pohyblivých částí – jezdců (movers). Řídicí elektronika je napájená ze zdroje napětím 24 V DC a výkonová část ze sítě napětím 230 V AC. Spotřeba elektrické energie jedné dlaždice závisí na více faktorech. V pohotovostním režimu bez přítomnosti jezdce je 13 W. Spotřeba s jezdcem záleží na velikosti, zatížení a výšce levitace nad povrchem dlaždice. Spotřeba může být v tomto případě 40 až 115 W. Napájení je k dlaždicím přivedeno šroubovacími konektory M12. Výběr povrchu dlaždic je na zákazníkovi. Lze použít lehce čistitelné sklo, korozivzdornou ocel v hygienickém provedení nebo povrch chráněný plastovou fólií. Dlaždice mohou být uspořádané libovolně do jakéhokoliv tvaru podle požadavků zákazníka.

 

Pohyblivou částí jsou jezdce s permanentními magnety

Jezdec (mover) je pohyblivá část systému XPlanar. Z elektrického hlediska jde o čistě pasivní komponentu. Tvoří ho hliníkové tělo s permanentními magnety uspořádanými podle Halbachovy konfigurace. Tato konfigurace magnetů má speciální rozložení magnetického pole. V dolní části soustavy je magnetické pole silné indukce a u horní části soustavy je naopak indukce malá. K dispozici jsou čtyři různé typy jezdců:

  • AMP4220-0000 s rozměry 95 × 95 mm pro užitečné zatížení do 0,4 kg,
  • AMP4330-0000 s rozměry 155 × 155 mm pro užitečné zatížení do 1,5 kg,
  • AMP4550-0000 s rozměry 275 × 275 mm pro užitečné zatížení do 6 kg,
  • AMP4330-0001 s rozměry 155 × 155 mm pro užitečné zatížení do 1 kg v hygienickém provedení.

Jezdec je možné polohovat v šesti osách. Pohyb v osách X, Y je doplněný o zdvih v ose Z o až 5 mm. Dále je zde možnost naklopení v osách A a B o ±5°. Posledním pohybem je natočení v ose C. V libovolné části plochy je možné natočení o ±5°. Rotace o 360° je možná v pozici, kdy je jezdec nad čtyřmi kvadranty čtyř různých dlaždic. Rozlišení polohové zpětné vazby je 1 μm v osách X, Y, Z a 0,001° v osách A, B, C. Opakovatelná přesnost je 50 μm v osách X, Y, Z. V osách A a B je opakovatelná přesnost 0,15° a v ose C 0,2°. Nezatížený jezdec se může pohybovat rychlostí až 2 m/s a dosáhnout zrychlení 20 m/s˛.

 

Komunikace EtherCAT

Výměnu dat mezi dlaždicemi a průmyslovým počítačem zajišťuje sběrnice EtherCAT. XPlanar je první sériově dodávaný výrobek, kde je použita širokopásmová varianta EtherCAT G s rychlostí přenosu 1 Gb/s. Každá dlaždice má dva porty pro EtherCAT a nezáleží na tom, v jakém pořadí jsou do sběrnice EtherCAT zapojeny.

 

Průmyslové PC

Počet dlaždic a jezdců v jednom systému je limitovaný pouze výkonem průmyslového PC. Konfigurátor části reálného času efektivně rozdělí zpracování dat z dlaždic a jezdců do jednotlivých jader procesoru. Tím je zajištěno optimální využití výpočetního výkonu. Pro řízení systému XPlanaru se používají embedded PC řad CX2062 či CX2072 nebo průmyslový server C6670.

 

Softwarová platforma

Vývojovým softwarem je TwinCAT 3.1 s integrovaným konfigurátorem XPlanar. Konfigurátor je založený na grafickém rozhraní. Konfigurace části reálného času je v maximální možné míře automatizovaná, aby se předešlo chybám ze strany uživatele. Část PLC obsahuje knihovnu, která umožňuje naprogramování bezkolizního a synchronizovaného pohybu jednoho nebo více jezdců. Softwarově lze pohyb několika jezdců současně spojit do jedné skupiny s minimálními vzdálenostmi od sebe. Tím je možné dosáhnout zvýšení maximálního užitečného zatížení. Funkce PLC se programují podle normy IEC EN 61131-3 rozšířené o možnost plně objektového programování.

 

XPlanar je vhodný pro velkou škálu úloh

Systém XPlanar je vhodný jako vysoce flexibilní dopravníkový systém v lehkém průmyslu – pro automatizaci procesů balení, montáže, třídění a sběru produktů. Je vhodný i do provozů se zvýšenými požadavky na hygienu, jako jsou farmaceutický nebo potravinářský průmysl. Systém je možné použít i ve vakuu.

Společnost Beckhoff Automation, s. r. o., která zastupuje mateřskou firmu Beckhoff Automation GmbH & Co. KG v České republice a na Slovensku, má k dispozici XPlanar jako exponát pro prezentaci a školení. Zaměstnanci firmy jej zájemcům rádi předvedou v pobočkách v Brně, Praze a v Trenčíně. Více informací je možné najít také na www.beckhoff.com/xplanar.

 

(Beckhoff Automation, s. r. o.)

Obr. 1. Systém XPlanar se skládá z dlaždic, levitujících jezdců (movers), řídicího počítače, rychlé sběrnice EtherCAT a softwaru TwinCAT

Obr. 2. Startovací sada APS9001 obsahuje dvanáct dlaždic APS4322, čtyři jezdce APM4330, průmyslový počítač a software, vše předem připravené k využití pro testování nového dopravníkového systému