Transportsystem für freies Verfahren in der Fläche

Beckhoffs Xplanar zielt auf Losgröße 1

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Mit frei in der Ebene verfahrbaren, schwebenden Movern bietet das Transportsystem Xplanar eine bislang nicht erreichte Freiheit beim Aufbau von Transportsystemen im Maschinen- und Anlagenbau. Grund genug für die elektro AUTOMATION, mit Uwe Prüßmeier, Senior Product Manager Drive Technology bei Beckhoff Automation, über den Aufbau des Systems und insbesondere die Möglichkeiten zur Steuerung zu sprechen.

Fragen: Michael Corban, Chefredakteur, elektro AUTOMATION

elektro AUTOMATION: Herr Prüßmeier, das zur SPS IPC Drives 2018 vorgestellte Xplanar erlaubt die freie Bewegung in der Fläche – was hat Beckhoff dazu veranlasst, ein solches System zu entwickeln?

Uwe Prüßmeier (Beckhoff Automation): Zahlreiche potenzielle Anwender suchten schon seit Jahren nach einer entsprechend flexiblen Lösung für ihre Transportprobleme innerhalb der Fertigungsanlagen – gerade im Hinblick auf die steigende Produktindividualisierung und die zunehmende Forderung nach Losgröße-1-Fertigung. Und diesen Bedarf decken wir mit Xplanar auf äußerst innovative Weise ab.

elektro AUTOMATION: Können Sie kurz das Funktionsprinzip und den physikalischen Aufbau beschreiben?

Prüßmeier: Xplanar ermöglicht eine Bewegung auch in der zweiten Dimension und damit beispielsweise das problemlose, systemintegrierte Überholen beziehungsweise das Bufferbilden oder -umfahren in der Fläche. Von besonderem Vorteil ist zudem das Prinzip der schwebenden Planarmover, die sich naturgemäß berührungslos und damit geräuschlos und völlig verschleißfrei bewegen. Basis sind die – zu beliebigen und damit exakt anwendungsorientierten Flächen – anreihbaren 240 x 240 Millimeter großen Planarkacheln. Diese beinhalten die gesamte Elektronik und die Ethercat-G-Kommunikation. Darüber schweben die mit integrierten Permanentmagneten ausgestatteten Planarmover.

elektro AUTOMATION: Für die Anordnung der Permanentmagnete in den Movern nutzen Sie ein Halbach-Array (siehe Kasten) – welche Vorteile bringt das?

Prüßmeier: Die Halbach-Anordnung der Magnete bietet drei Vorteile: Die magnetischen Feldlinien treten nur auf einer Seite aus, in unserem Fall auf der Unterseite des Movers. Damit ist die Oberseite frei von starken Magnetfeldern. Der zweite Vorteil liegt darin, dass die Feldstärke doppelt so groß wie die eines einfachen Magneten ist. Dies führt zu einem deutlich kompakteren Bauraum. Der dritte Vorteil ergibt sich aus dem zweiten – das Gewicht eines solchen Arrays ist deutlich geringer als Standardmagnete gleicher Stärke. Damit steht für den Mover mehr Nutzlast zur Verfügung.

elektro AUTOMATION: Ein Knackpunkt bei der Umsetzung war sicherlich die Steuerungstechnik. Können Sie kurz die Anforderungen an die Steuerungstechnik skizzieren und erläutern, wie diese erfüllt werden?

Prüßmeier: Die extrem hohe Leistungsfähigkeit der PC-basierten Steuerungstechnik von Beckhoff bietet die optimale Grundlage, um eine so datenintensive Anwendung wie Xplanar entsprechend steuern zu können. Hinzu kommt mit dem auf Gigabit-Ethernet aufsetzenden Ethercat G auch eine Datenkommunikation mit ausreichend hoher Datenübertragungsrate.

elektro AUTOMATION: Welche Hard- beziehungsweise Software ist dazu erforderlich?

Prüßmeier: Für die Berechnung der Position, die richtigen Stromwerte und zur Vermeidung von Kollisionen wird eine gewisse Rechenleistung benötigt. Mit der Moverzahl und der Flächengröße verändert sich der Rechenbedarf. Das Produktspektrum der Beckhoff-IPCs ermöglicht hier eine optimale Anpassung der Rechenleistung an den Bedarf. Die gesamte Twincat-Toolbox mit Motion Control und PLC steht für die optimale Nutzung von Xplanar zur Verfügung. Der Anwender findet auch für das Xplanar-System bewährte Programmierschnittstellen.

elektro AUTOMATION: Ein System mit einer so hohen Flexibilität will kollisionsfrei programmiert werden. Wie erleichtern Sie dem Anwender die Programmierung und damit den Einsatz?

Prüßmeier: Twincat sorgt für eine möglichst einfache Handhabbarkeit von Xplanar für den Anwender. So werden die Planarmover in der Software als einfache Servoachsen dargestellt – prinzipiell mit all ihren sechs Freiheitsgraden. Da aber in der Praxis nicht immer beziehungsweise nicht in allen Bereichen des Xplanar-Systems diese hohe Flexibilität eines 6-Achsers erforderlich ist, bietet Twincat die Möglichkeit, diese Komplexität zu reduzieren und jeden Mover als eindimensionale Achse zu behandeln, die optional – zum Beispiel beim Erreichen von Bearbeitungsstationen – die Möglichkeit für Bewegungen in weiteren Dimensionen wie Heben, Kippen und Drehen bietet. Dazu kommt das Twincat Track Management als komfortables Tool, um die Mover auch mehrere verschiedene Bahnen befahren zu lassen beziehungsweise an beliebigen Stellen der Xplanar-Fläche zu positionieren.

elektro AUTOMATION: Wie stellen Sie systemseitig die Kollisionsfreiheit sicher?

Prüßmeier: Twincat stellt hierfür unter anderem das kollisionsfreie beziehungsweise synchronisierte Verfahren von mehreren Movern und eine automatische Bahnoptimierung bereit.

elektro AUTOMATION: Für welche Anwendungen eignet sich das System?

Prüßmeier: Xplanar eignet sich als hochflexibles Transportsystem im gesamten Maschinenbau, und hier insbesondere zur Automatisierung von Verpackungs-, Montage-, Sortier- und Kommissionierprozessen. Die freie Wahl der Oberflächen – leicht zu reinigendes Glas, Edelstahl im Hygienic Design oder Kunststofffolie – unterstützt zudem den Einsatz im Reinraum, in der Pharma- und Lebensmittelindustrie sowie unter Vakuumbedingungen.

elektro AUTOMATION: Ab wann wird das System am Markt erhältlich sein?

Prüßmeier: Xplanar ist in Form von definierten, einfach in Betrieb zu nehmenden Starterkits bereits erhältlich. Diese umfassen sechs oder zwölf auf einem Traggestell installierte Planarkacheln, vier Mover sowie einen kleinen Schaltschrank mit dem passenden Industrie-PC inklusive vorinstallierter Software und den erforderlichen elektrischen Komponenten. Damit erhält der Maschinenbauer die ideale – später auch für die reale Anwendung nutzbare – Grundlage, um Xplanar für sein Anwendungsumfeld zu testen.

elektro AUTOMATION: Im Vergleich zu dem ebenfalls von Ihnen angeboteten linearen Transportsystem, dem Extended Transport System (XTS) – wann empfehlen Sie welches System?

Prüßmeier: Das Hauptunterscheidungsmerkmal ist, dass Xplanar ohne mechanische Führungsschiene für die Mover auskommt und somit die erwähnte höhere Flexibilität in der Bewegung bietet. Diese mechanische Zwangsführung ist aber gleichzeitig auch ein Vorteil von XTS. Denn verglichen mit der magnetischen Gegenkraft bei den Planarmovern ermöglicht eine Führungsschiene bei Kurvenfahrten eine deutlich höhere Dynamik und gerade bei sehr engen Kurven auch mit Nutzlast eine höhere Geschwindigkeit. Dementsprechend gibt die jeweilige Anwendung vor, welches System sich am besten eignet. Xplanar und XTS ergänzen sich also ideal.

elektro AUTOMATION: Lassen Sie uns zum Abschluss noch kurz auf die Hannover Messe 2019 blicken – was zeigen Sie in Hannover?

Prüßmeier: Xplanar wird neben zahlreichen Produktneuheiten im besonderen Fokus unseres Messeauftritts in Hannover stehen. Hierbei spielt auch die Künstliche Intelligenz (KI) eine Rolle, um zum Beispiel die optimalen Wege zu finden, Staus zu verhindern und so eine Selbstoptimierung zu ermöglichen. Damit spiegelt sich das Leitthema der Hannover Messe 2019 ‚Integrated Industry – Industrial Intelligence‘, das die zunehmende Bedeutung von KI in Produktionsprozessen unterstreichen soll, optimal wider. Konkret erlebbar werden die Vorteile des maschinellen Lernens auf dem Messestand von Beckhoff anhand exemplarischer Applikationsszenarien.

www.beckhoff.de

Weitere Details zu Xplanar und zu den verfügbaren Starterkits:

hier.pro/kZ3nc

Hannover Messe 2019: Halle 9, Stand F06


Uwe Prüßmeier, Senior Product Manager Drive Technology, Beckhoff Automation, Verl
Bild: Beckhoff

„Die gesamte Twincat-Toolbox mit Motion Control und PLC steht für die optimale Nutzung von Xplanar zur Verfügung – der Anwender findet für das System bewährte Programmierschnittstellen.“


Info

Halbach-Array

Bei einem Halbach-Array handelt es sich um eine definierte Anordnung von Permanentmagneten die es ermöglicht, dass sich der magnetische Fluss an der einen Seite der Konfiguration fast aufhebt, auf der anderen Seite jedoch verstärkt. Es setzt sich aus Segmenten von Permanentmagneten zusammen, deren Magnetisierungsrichtung gegeneinander jeweils um 90° in Richtung der Längsachse des Arrays gekippt ist. Die Eigenschaft, dass sich der magnetische Fluss auf einer Seite des Halbach-Arrays fast aufhebt, ist in verschiedenen Anwendungen interessant, so zum Beispiel auch bei Magnetschwebebahnen.

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Halbach-Array


Bild: Konradin Mediengruppe
Bild: Konradin Mediengruppe

TIPP

Xplanar im Video

Anlässlich der SPS IPC Drives 2018 war das Videoteam der elektro AUTOMATION auch am Stand von Beckhoff und hat sich das Xplanar im Betrieb angesehen:

hier.pro/tWevH

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