XPlanar je planární motor, který se stejně jako ostatní typy rotačních motorů skládá z několika stacionárních cívek ( v dlaždicích neboli tiles ) a mobilních permanentních magnetů ( v pohyblivých částech neboli movery ). Na rozdíl od rotačních motorů jsou však cívky i permanentní magnety uspořádány dvourozměrně tedy rovině. Dlaždice XPlanar jsou elektricky aktivní částí systému, přičemž proud v jejich cívkách způsobuje, že se movery nad nimi vznášejí.

Movery jsou elektricky pasivní a jsou odolné proti opotřebení. Jedinečný plovoucí efekt znamená, že žádné znečišťující látky nebo nečistoty z přepravovaného zboží se nerozšíří do celého systému a nedochází k opotřebení způsobenému třením. Systém XPlanar je nová koncepce pro všechny typy přepravy produktů ve výrobním a zpracovatelském průmyslu. Kromě své základní transportní funkce může také provádět i ty nejnáročnější polohovací úkoly s mikrometrickou přesností.

Movery jsou schopné se pohybovat rychlostí až 2 m/s a lze je polohovat s opakovatelnou přesností menší než 10 μm. A protože movery se pohybují zcela nezávisle, může každý produkt projít systémem svou vlastní individuální cestou. Různé produkty tak mohou být vyráběny vedle sebe na jednom stroji, a to je ideální pro ekonomickou hromadnou výrobu. Kromě 2D pojezdu lze přidat také naklánění a zvedání. Ve vhodných aplikacích může XPlanar nahradit XY portály nebo robotiku, čímž se značně sníží mechanická složitost linky. Jedinečná možnost rotace o 360 stupňů otevírá další stupně volnosti pro kontrolu produktu, zarovnání nebo odstřeďování.

Přesnost polohování:                                                  

• Rozlišení polohy: 1 μm (x, y, z), 0,001° (a, b, c)
• Typická přesnost opakování: ≤ ±10 µm (x, y, z), ≤ ±0,03° (a, b, c)

Architektura systému

Architektura systému XPlanar je tvořena jen několika komponenty a to dlaždicemi ( titles ), pohyblivými komponenty ( movery ) a průmyslovým počítačem Beckhoff s TwinCAT a kabely pro napájení a EtherCAT G potřebnými pro provoz. Průmyslové PC je propojeno s první dlaždicí XPlanar přes EtherCAT G. Od tohoto okamžiku komunikace pokračuje z dlaždice na dlaždici prostřednictvím EtherCAT G. Systém je přístupný přes centrální průmyslové PC a to usnadňuje koordinaci s ostatními součástmi výroby, spouštění diagnostiky a optimalizaci stroje.

Pohyblivé komponenty neboli Movery

XPlanar movery jsou magneticky plovoucí, volně pohyblivá a bezdrátové součásti systému. Speciální uspořádání integrovaných permanentních magnetů umožňuje fascinující levitační efekt a volný pohyb. XPlanar mover je pasivní, to znamená, že nemá žádné pohyblivé části a ani připojení. Jeho hladký povrch bez ostrých hran umožňuje snadné čištění. Nosiče obrobků lze upevnit pomocí závitových a předvrtaných otvorů.

Pro různé velikosti a hmotnosti produktů jsou k dispozici různé čtvercové a obdélníkové movery s užitečným zatížením až 4,2 kg. V závislosti na šířce požadovaných pohybů a požadavcích příslušného výrobního procesu lze zvolit tři různé velikosti dlaždic, to je 1-cestný provoz nebo 2-cestný provoz. Správná kombinace dlaždic a moverů zaručuje nejefektivnější využití prostoru.  Systém lze zmenšit až na polovinu. Movery mohou být dokonce mechanicky propojeny nebo provozovány jako skupina pro přepravu břemen vážících nad 4,2 kg. V tomto případě je nosnost celé skupiny součtem nosnosti jednotlivých moverů. ID moveru umožňuje sledovat jednotlivý přepravující produkt samostatně. Může být tak kdykoli identifikován, bez ohledu na jeho pozici.

Stacionární dlaždice

Dlaždice XPlanar je plně integrovaná pohonná jednotka, která přeměňuje dodávanou energii na přesně regulovaná elektromagnetická pole. Díky těmto polím se movery nejen vznášejí, ale také se pohybují v přesně definovaném směru. Všechny komponenty, které jsou potřebné pro generování a regulaci magnetických polí, jsou integrovány v každé dlaždici XPlanar. To zahrnuje skupiny cívek a jejich přidruženou výkonovou elektroniku, detekci polohy, napájení a komunikaci EtherCAT G. Tato úroveň integrace vytváří kompaktní a vysoce funkční design, který snižuje náklady na instalaci a celkovou stopu systému. Dlaždice lze také přizpůsobit různým požadavkům na prostředí. Na povrch dlaždic lze aplikovat plastové fólie, skleněné tabule a dokonce i nemagnetickou nerezovou ocel. To chrání dlaždice před kapalinami, čisticími prostředky a mechanickými vlivy, díky čemuž je systém ideální pro použití v náročných prostředích.

Uspořádání 

Uspořádání dlaždic XPlanar je volně konfigurovatelné podle potřeb příslušné aplikace. Snadno lze vytvořit čtvercové, obdélníkové, L-tvarované a dokonce i prstencové systémy. V závislosti na velikosti moverů je dokonce možné postavit obousměrnou lineární transportní dráhu, která je široká jednu nebo dvě dlaždice. Pro speciální aplikace lze dlaždice posouvat horizontálně nebo vertikálně ven ze sítě dlaždic pomocí přídavných pohonů. Tato možnost libovolně uspořádat a přidat dlaždice nabízí nejvyšší stupeň flexibility.

Software

Software TF5890, který je plně integrován do TwinCAT, ovládá všechny funkce systému XPlanar z centrálního průmyslového počítače Beckhoff. Jeho grafická konfigurace systému, zobrazení systému v reálném čase, inteligentní plánování tratí a přesné řízení polohy přináší bezproblémovou funkčnost. Movery se automaticky vyhýbají kolizím a přepínací funkce jim umožňují přecházet z jedné stopy na druhou. Lze dosáhnout i složitých, překrývajících se 6D pohybů tak jako u CNC s GCode nebo CAM. Protože je software hluboce integrován do TwinCAT, všechny možnosti řídicí technologie jsou k dispozici paralelně s řízením XPlanar (TwinCAT, PLC IEC 61131 , pohyb, měření, strojové učení, vidění, komunikace a HMI ).

Hlavní přednosti

Minimální plocha

Systém XPlanar využívá dlaždice různých velikostí pro optimalizaci prostorových požadavků celého systému. Uživatelé začínají výběrem správného moveru, ať už čtvercového nebo obdélníkového, na základě velikosti a hmotnosti přepravovaného produktu. Nejvhodnější dlaždici XPlanar pak lze vybrat v závislosti na zvoleném typu moveru. To znamená, že movery o šířce 115 mm nebo 127 mm (APM42xx) lze optimálně použít pro 2-cestný provoz na dlaždici APS4322 ( 240 mm x 240 mm ). Použitím stejné dlaždice lze dosáhnout jednosměrného provozu největšího stroje XPlanar ( APM4550 ) o šířce 235 mm způsobem, který optimalizuje prostor. A pro movery o šířce 155 mm je k dispozici dlaždice APS4224 ( 160 mm x 320 mm ). Stejný typ moveru může běžet také na dlaždici XPlanar APS4244 ( 320 mm x 320 mm ) v 2-cestném provozu. V závislosti na aplikaci může výběr správné kombinace dlaždice a moveru umožnit výraznou úsporu místa až 50 % . To podporuje optimální využití dostupného prostoru výrobní haly.

Otáčení o 360°

Systém XPlanar plně odemyká další stupeň volnosti prostřednictvím rotace o 360° kolem osy Z. V definovaných polohách otáčení lze měnit orientaci moveru v krocích po 90°. V pohybu lze pokračovat po nové orientaci a lze dosáhnout nekonečné rotace rychlostí až 600 otáček za minutu. Tato funkce je ideální pro celou řadu aplikací, od vyrovnávání jednotlivých produktů a míchání kapalin až po upevnění nádob. Není nutný žádný doplňkový hardware. Otočení je dostupné u dlaždic APS4xxx-0000-0000 XPlanar v kombinaci s aktuální verzí softwaru TF5890 XPlanar.

Jedinečná identifikace moveru

Jedinečnou identifikaci moverů umožňují volitelné ID nárazníky . ID nárazníky lze kdykoli dodatečně namontovat, bez dalšího hardware pro jedinečnou identifikaci. Jakmile se systém spustí, jsou detekována magnetická pole všech moverů a následně jsou přenesena sériová čísla do řídícího systému. ID moveru lze přečíst na libovolné pozici. Během provozu lze polohu produktu kdykoli sledovat pro zajištění kvality celého systému.

Spojení moverů za účelem zvýšení nosnosti

Pokud užitečné zatížení 4,2 kg APM4550 pro určitou aplikaci nestačí, lze pomocí pevného mechanického adaptéru spojit několik moverů stejného typu. Celkové užitečné zatížení se lineárně zvyšuje s počtem takto spřažených moverů. Díky tomu je možné přepravovat i hmotnosti nad 20 kg. V programování aplikace se spřažené movery jeví jako jeden geometricky zvětšený mover. Není potřeba žádného speciální programování. Kromě zvýšení užitečného zatížení může být flexibilita systému zvýšena pomocí tzv. dynamické spojky. V závislosti na konfiguraci se mohou obrobky během přepravního pohybu otáčet kolem své vlastní osy. Navíc lze rychlé změny formátu dosáhnout změnou vzdálenosti mezi dvěma movery.

Multi computing

XPlanar multi-computing umožňuje vytvářet velké modulární systémy rozdělením celého výrobního závodu na jednotlivé subsystémy, z nichž každý je řízen sub-průmyslovým PC (sub IPC). Dynamické předání moveru mezi dvěma subsystémy je zajištěno komunikací mezi sub IPC. Hlavní IPC, které je nadřazeno vedlejším IPC, řídí provoz celého systému. Možnosti programování aplikací a diagnostiky, stejně jako všechny obvyklé funkce softwaru TF5890 XPlanar, jsou zpřístupněny centrálně prostřednictvím hlavního IPC. Pro provoz systému není vyžadována interakce operátora s dílčími IPC. XPlanar multi-computing usnadňuje zvýšení počtu XPlanar moverů a dlaždic v rámci celého systému na prakticky nekonečné množství. Kromě rozšíření systému existuje celá řada zajímavých možností modularizace stroje. Nové subsystémy lze v případě potřeby snadno mechanicky propojit se stávajícím systémem a subsystém lze snadno integrovat do celkového procesu jednoduchým nastavením programu v hlavním IPC.

Simulační nástroje

Dokonce i ve fázi návrhu výrobního závodu otevírají simulační nástroje integrované do softwaru TF5890 XPlanar zajímavé možnosti. Jakýkoli počet systémů XPlanar lze konfigurovat a provozovat virtuálně, bez potřeby hardware, a uživatelé mohou zásadně vypracovat a optimalizovat celou sekvenci strojů. Pro simulaci lze specifikovat sítě kolejí, čekací doby na jednotlivých pracovních stanicích a dynamické parametry pro pohyb moverů. To umožňuje určit vhodný počet moverů pro konkrétní úkol a zvolit výhodné uspořádání dlaždic. Další komponenty integrované do TwinCAT, jako TwinCAT HMI a TwinCAT PLC HMI lze také použít k vizualizaci. Aplikační kód vytvořený pro simulaci může být rozšířen v dalších fázích projektu a nakonec použit pro provoz konečného systému. Nedochází k zdvojování práce. Programování, simulace, návrh celého systému včetně stavby linky mohou probíhat paralelně, aby se výrazně zkrátil čas potřebný pro celý projekt.

Beckhoff bude vystavovatelem na Mezinárodním strojírenském veletrhu, který je nejvýznamnějším průmyslovým veletrhem ve střední Evropě. Zastoupeny jsou všechny klíčové oblasti strojírenského a elektrotechnického průmyslu. Hlavním tématem MSV 2024 je Průmysl 4.0 a digitální továrna. Mezi další zvýrazněná témata patří cirkulární ekonomika. Součástí veletrhu je špičkový doprovodný program složený z odborných konferencí, seminářů a workshopů na aktuální technická, obchodní a ekonomická témata. Veletrh probíhá na Výstavišti Brno od 8.10. do 11.10.2024. https://www.bvv.cz/msv