Systém rovinných (planárnych) motorov XPlanar kombinuje výhody konvenčných lineárnych technológií s magnetickou levitáciou. Levitujúca preprava produktov umožňuje nové možnosti manipulácie s produktmi vnútri stroja a tiež medzi niekoľkými strojmi. Používateľ ťaží z voľného pohybu, pretože jednotlivé tovary možno prepravovať na akékoľvek miesto akoukoľvek cestou. XPlanar je kombináciou flexibility s dynamikou konvenčných lineárnych motorov a ponúka pridanú hodnotu prostredníctvom prepojenia jednotlivých výrobných krokov. Tým sa optimalizuje čas výrobného cyklu. Vďaka šiestim stupňom voľnosti a vysokej presnosti XPlanar výrazne zjednodušuje jednotlivé výrobné kroky. Nespornou výhodou je minimálna náročnosť na údržbu. Levitácia nahrádza všetky mechanické súčasti vedenia a výrazne znižuje náklady na čistenie a údržbu.

Minimum komponentov pre maximálnu flexibilitu

Princíp magnetickej levitácie netreba detailne predstavovať. Táto technológia je známa niekoľko desaťročí. Planárne motory nie sú v automatizácii tiež úplnou novinkou. Využívajú sa v kamerových systémoch, pri montáži a spájkovaní elektrotechnických súčiastok na dosky plošných spojov atď. Zameriame sa teda na to, ako technológiu planárneho motora integruje spoločnosť Beckhoff. Celý systém sa skladá z piatich základných častí: dlaždice XPlanar, XPlanar Mover, komunikačná zbernica EtherCAT, priemyselné PC a softvérová platforma TwinCAT. Poďme si teraz na jednotlivé časti priblížiť.

Základom je dlaždica XPlanar

Základným stavebným modulom systému XPlanar je rovinná dlaždica APS 4322-0000 s rozmermi 240 x 240 x 67 mm. Obsahuje kompletnú riadiacu a výkonovú elektroniku. Z elektrického hľadiska ide o stator planárneho motora. Výkonová časť je rozdelená do štyroch kvadrantov, v ktorých ploché cievky generujú pohyblivé magnetické pole. Do dlaždice je integrovaná spätná väzba na detekciu polohy pohyblivých častí – moverov. Riadiaca elektronika je napájaná zo zdroja napätím 24 V DC, výkonová časť je napájaná napätím 230 V AC. Spotreba elektrickej energie jednej dlaždice závisí od viacerých faktorov. V pohotovostnom režime bez moveru je to 13 W. Spotreba s moverom záleží na veľkosti, zaťažení a výške levitácie nad povrchom dlaždice. V tomto prípade môže byť 40 až 115 W. Pripojenie napájacích napätí je riešené skrutkovacími konektormi M12. Výber finálneho povrchu dlaždíc je na koncovom zákazníkovi. Možno použiť ľahko čistiteľné sklo, nehrdzavejúcu oceľ v hygienickom vyhotovení alebo s plastovou fóliu. Dlaždice môžu byť usporiadané ľubovoľne do akéhokoľvek tvaru podľa požiadaviek aplikácie.

XPlanar mover

Mover je pohyblivá časť XPlanaru, z elektrického hľadiska ide však čisto o pasívny komponent. Tvorí ho hliníkové telo s permanentnými magnetmi usporiadanými podľa Halbachovej konfigurácie. Táto konfigurácia magnetov má špeciálne rozloženie magnetického poľa. V spodnej časti sústavy má magnetické pole silnú indukciu a pri hornej časti sústavy je naopak indukcia nízka. K dispozícii sú štyri rôzne typy moverov:

  • Mover AMP4220-0000 s rozmermi 95 x 95 mm pre užitočné zaťaženie do 0,4 kg,
  • Mover AMP4330-0000 s rozmermi 155 x 155 mm pre užitočné zaťaženie do 1,5 kg,
  • Mover AMP4550-0000 s rozmermi 275 x 275 mm pre užitočné zaťaženie do 6 kg,
  • Mover AMP4330-0001 s rozmermi 155 x 155 mm pre užitočné zaťaženie do 1 kg v hygienickom vyhotovení.

Mover možno polohovať v šiestich osiach. Pohyb v osiach X, Y je doplnený o zdvih v osi Z až o 5 mm. Ďalej je tu možnosť naklopenia v osiach A a B o ±5°. Posledným pohybom je natočenie v osi C. V ľubovoľnej časti plochy je možné natočenie o ±5°. Rotácia 360° je možná v pozícii, keď je mover nad štyrmi kvadrantmi štyroch rôznych dlaždíc. Rozlíšenie polohovej spätnej väzby je 1 µm v osiach X, Y, Z a 0,001° v osiach A, B, C. Opakovateľná presnosť je 50 mikrometrov v osiach X, Y, Z. V osiach A, B je opakovateľná presnosť 0,15° a v osi C je to 0,2°. V prípade nezaťaženého movera môže byť jeho rýchlosť 2 m/s a zrýchlenie 20 m/s2.

Komunikácia EtherCAT

Výmenu údajov medzi dlaždicami a priemyselným počítačom zabezpečuje zbernica EtherCAT. XPlanar je prvým sériovo dodávaným výrobkom, kde je použitý širokopásmový variant EtherCAT G s rýchlosťou prenosu 1 Gb/s. Každá dlaždica má dva porty EtherCAT, pričom nezáleží na tom, v akom poradí sú do zbernice EtherCAT zapojené.

Priemyselné PC

Počet dlaždíc a moverov v jednom systéme je limitovaný len výkonom priemyselného PC. Konfigurátor časti pracujúcej v reálnom čase efektívne rozdelí spracované údaje z dlaždíc a movera do jednotlivých jadier procesora. Tým je zaistené optimálne využitie výpočtového výkonu. Na riadenie XPlanaru sa používajú zabudované PC radu CX2062, CX2072 alebo priemyselný server C6670.

Softvérová platforma

Vývojovým softvérom je TwinCAT 3.1 s integrovaným konfigurátorom XPlanar. Konfigurátor je založený na grafickom rozhraní. Konfigurácia časti pracujúcej v reálnom čase je v maximálnej možnej miere automatizovaná, aby sa predišlo chybám zo strany používateľa. PLC časť obsahuje knižnicu, ktorá umožňuje naprogramovanie bezkolízneho a synchronizovaného pohybu jedného alebo viacerých moverov. Softvérovo možno pohyb niekoľkých moverov súčasne spojiť do jednej skupiny s minimálnou vzdialenosťou od seba. Tým možno dosiahnuť vzostup maximálneho užitočného zaťaženia. Programovanie PLC je podľa štandardu IEC EN 61131-3 rozšírené o možnosť úplne objektového programovania.

XPlanar je vhodný pre veľkú škálu aplikácií

XPlanar je vhodný ako vysoko flexibilný dopravný systém v ľahkom priemysle – na automatizáciu procesov balenia, montáže, triedenia a zberu produktov. Je vhodný aj do prevádzok, ktoré vyžadujú zvýšenú čistotu, ako je farmaceutický alebo potravinársky priemysel. Systém možno použiť aj vo vákuu.

Spoločnosť Beckhoff Automation, s. r. o., má k dispozícii exponát XPlanar na prezentáciu a školenia. Po dohode uvítame všetkých záujemcov v niektorej z našich pobočiek v Brne, Prahe a Trenčíne, kde vám XPlanar radi predvedieme.

Záujemcovia si môžu transportný systém XPlanar pozrieť do konca novembra aj na živo a konzultovať svoje požiadavky a aplikácie priamo s našimi odborníkmi v pobočke v Trenčíne.