《伺服與運動控制》編輯劉恒

　　訪德國倍福自動化有限公司 XTS/XPlanar 產(chǎn)品專家丁翔

　　最近，磁懸浮柔性輸送系統(tǒng)在一些新興制造業(yè)中的應用受到了業(yè)內(nèi)的高度關注，一些技術(shù)實力雄厚的工控自動化企業(yè)也相繼推出了自主開發(fā)的此類解決方案。人們對于這個“小眾”的市場的關注不斷升溫。

　　2012 年，倍福 XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)一經(jīng)展出，就迅速在全球各大工業(yè)展會上引起轟動。2018 年，倍福又推出了具有六自由度的 XPlanar 平面磁懸浮輸送系統(tǒng)，并且他們在各種具體項目實施的過程中也逐步積累起了豐富的柔性輸送線開發(fā)實踐經(jīng)驗。近期，本刊采訪到德國倍福自動化有限公司 XTS/XPlanar 產(chǎn)品專家丁翔先生，請他詳細介紹了倍福在這一技術(shù)領域的開發(fā)思路和技術(shù)發(fā)展動向。

德國倍福自動化有限公司

　　XTS/XPlanar 產(chǎn)品專家

　　丁翔先生

　　談到近年來柔性輸送線技術(shù)日益受到市場的高度關注，丁翔認為其中的原因是多方面的，在當前全球制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮下，無論是“中國制造 2025”，還是德國提出的工業(yè) 4.0 發(fā)展戰(zhàn)略，其目標都是全力推進智能制造，要求設備實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)；另一方面，針對越來越多小批量、多品種的個性化加工需求，如何提高工廠的生產(chǎn)效率，例如實現(xiàn)同時生產(chǎn)或者只需經(jīng)過簡單的軟件改造，就可以生產(chǎn)不同批次、不同規(guī)格的產(chǎn)品，是目前很多制造企業(yè)共同面對的一個課題，這對于設備的智能化和集成度都提出了更高的訴求。在整個工廠生產(chǎn)流程中，輸送系統(tǒng)是其中的重要一環(huán)，也往往成為制約整體生產(chǎn)效率提升的一個“瓶頸”，而基于直線電機原理的柔性輸送線系統(tǒng)能很好地滿足上述需求，因此，這類技術(shù)方案被越來越多地被應用在目前實際生產(chǎn)設備的升級改造當中。

　　動子獨立控制實現(xiàn)異步移動

　　以倍福的 XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)、XPlanar 平面磁懸浮輸送系統(tǒng)為例，丁翔進一步分析道：“機械鏈道或同步帶傳輸系統(tǒng)在柔性化、智能化改造上是非常困難的，這是因為在這些傳統(tǒng)輸送線上所有連接的移動塊或載具都是做同步運動，即以相同的速度、移動相同的距離，這就帶來了一些問題：一是所有操作都需要等待速度最慢的那個工站完成之后，才能移動到下一步，無法‘跳過’某些工站，造成產(chǎn)線速度被限制；二是由于移動距離相同，因此在工站布置上必須要等間距，產(chǎn)線設計受限，容易造成資源浪費；三是無法直接對載具進行操作，而是由其他方式來牽引，在輸送精度上也會出現(xiàn)一定的損失。而我們的 XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)、XPlanar 平面磁懸浮輸送系統(tǒng)采用單獨控制的方式，使得每個動子都可以實現(xiàn)異步移動，大幅提高了系統(tǒng)的柔性化程度。”

　　采用 XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)，能夠針對產(chǎn)線上最慢的那個工站，通過增加單獨控制的動子，來加裝工站的數(shù)量，多個動子為一組，在同一個工站位置進行同時加工，使得這一工站的加工速度成倍提升，從而突破了產(chǎn)線速度的“短板”，整體產(chǎn)線不再需要等待的時間，從而極大地提高了產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍。

　　同時，XTS 系統(tǒng)特有的模塊化設計，可以通過選用不同半徑的圓弧電機模塊，形成 L 型、U 型，甚至是正方形等不同形狀的產(chǎn)線，讓客戶可以根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況，自由、合理地設計和安置設備產(chǎn)線，顯著提升裝配和加工設備的一體化集成度，減小占地面積，協(xié)助客戶節(jié)約投資成本。此外，倍福的一項創(chuàng)新開發(fā)——無電纜技術(shù)（NCT）通過線圈之間的電磁感應以及無線通訊傳輸，實現(xiàn)了 XTS 動子的無線供電及同步實時數(shù)據(jù)傳輸（數(shù)據(jù)更新周期為 250 微秒），無需連接線纜拖鏈，大大縮減了安裝空間，再加上支持 EtherCAT 標準協(xié)議，整個系統(tǒng)可以以微秒級精度實現(xiàn)同步，產(chǎn)線加工過程中的每一項數(shù)據(jù)均可在輸送線運行期間直接由動子反饋到中央控制系統(tǒng)，令設備的多任務應用得到了質(zhì)的飛躍。

　　一套完整的模塊化 XTS 系統(tǒng)由電機模塊、導軌和動子，以及裝有 TwinCAT 自動化軟件的工業(yè) PC 構(gòu)成，可以根據(jù)具體的設備或系統(tǒng)布局進行調(diào)整。

　　而 XPlanar 平面磁懸浮輸送系統(tǒng)則更加靈活，它實現(xiàn)了高達六自由度的懸浮式產(chǎn)品輸送，在同一平面內(nèi)，客戶可以將 XPlanar 平面模塊任意拼接和鋪設，動子集成永磁體，能夠升降和移動負載，運行中的 XPlanar 平面模塊產(chǎn)生電磁場，讓動子在生產(chǎn)過程中高動態(tài)、高精度地移動。系統(tǒng)還可以同時運行不同尺寸的動子，同一臺設備上可加工各種不同的產(chǎn)品和包裝尺寸規(guī)格，在有限的生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)達到最大產(chǎn)線吞吐量的目的，真正體現(xiàn)出柔性、智能制造的先進理念。

　　PC 控制讓系統(tǒng)功能更豐富

　　經(jīng)過多年的市場耕耘，目前倍福的磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)已在醫(yī)療、包裝、裝配、電池制造等行業(yè)得到了廣泛的應用，尤其是 XTS 系統(tǒng)以其高精度（±10 μm）、高集成度、緊湊型結(jié)構(gòu)等特點，幫助醫(yī)療設備商實現(xiàn)小型化設計，因而在醫(yī)療行業(yè)中成為了一款成熟的高性能柔性輸送系統(tǒng)方案。同時，倍福還特別推出了 XTS“衛(wèi)生型”系統(tǒng)，該 XTS 系統(tǒng)防護等級高達 IP69K，客戶可以用有腐蝕性的液體進行清洗，以滿足部分醫(yī)療設備生產(chǎn)中較為苛刻的環(huán)境應用要求。

　　完整的衛(wèi)生型 XTS 系統(tǒng)

　　眾所周知，在工控自動化行業(yè)，倍福以 PC 控制技術(shù)而聞名，在對磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)的開發(fā)上，PC 控制技術(shù)同樣發(fā)揮著至關重要的作用。對此，丁翔介紹道：“磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)本質(zhì)上是直線電機的一種應用模式，如何精準地控制整個系統(tǒng)才是關鍵，倍福在 PC 控制技術(shù)上的專業(yè)度是我們產(chǎn)品的一個重要特點，包括驅(qū)動、控制、測量、應用開發(fā)等都是倍福自主研發(fā)，并且掌握著底層的 Know-how 技術(shù)原理，這些有利條件能夠支持我們及時響應客戶的實際需求，也是 XTS 和 XPlanar 系統(tǒng)具備較強市場競爭力的根本因素。”

　　利用基于 PC 的控制技術(shù)，XTS、XPlanar 系統(tǒng)的各個獨立控制的動子可以看作是一個一個的軸，每個軸上的所有數(shù)據(jù)信息都被收集、匯整到同一臺 PC 上，經(jīng)過計算、處理，然后再把執(zhí)行指令發(fā)回給相應的模塊按此操作，PC 準確掌握每個軸的動態(tài)信息，這樣就提高了系統(tǒng)同步的準確率以及精度，用戶也可以直接在 PC 上讀取任何所需的數(shù)據(jù)，便于編程開發(fā)。

　　正是基于這一優(yōu)秀的控制技術(shù)，近年來倍福持續(xù)豐富磁驅(qū)輸送系統(tǒng)的軟件輔助控制功能，同時簡化操作程序。XTS 系統(tǒng)提供的“Track Management 換軌功能”可讓客戶按照自己的需求設定不同的區(qū)域，或是區(qū)分不同的加工工藝區(qū)間，“換軌功能”借助每個動子的獨立控制，可以在不同的軌道之間進行切換，以實現(xiàn)對物件的靈活輸送。例如，在某些醫(yī)療器械生產(chǎn)時需要經(jīng)過一個檢測環(huán)節(jié)，當檢測出不合格的產(chǎn)品時，就通過該“換軌功能”將產(chǎn)品改換到另一條軌道，移動到人工檢測區(qū)進行下一道檢測工作。而 XPlanar 系統(tǒng)的“換軌功能”就更方便了，由于它是平面設計，這樣就可以分別設置兩條不同的路徑，一條路徑負責加工，另一條路徑則專門負責移動輸送，系統(tǒng)允許動子“跳過”某些工站或加工步驟，到達下一個工站完成相應的操作，在機器設備中實現(xiàn)了高度靈活的工件輸送效果。

　　倍福衛(wèi)生型 XTS 系統(tǒng)是 HOF Sonderanlagenbau 公司新型醫(yī)藥產(chǎn)品輸送系統(tǒng)設計的核心部分。

　　另外，系統(tǒng)新增的“Leave and Arrival 離開和到達”功能也頗具特色。這個功能允許動子在不停機的情況下離開整個系統(tǒng)，用戶可以在 XTS 系統(tǒng)運行期間移除或添加動子，因此可以在生產(chǎn)模式下動態(tài)調(diào)整 XTS 輸送系統(tǒng)的運行間距和動子數(shù)量；此外，結(jié)合換軌功能，還可以設立獨立于正常生產(chǎn)流程的維修區(qū)域，將動子移動到該區(qū)域進行檢查、清潔或更換載具，在不影響產(chǎn)線產(chǎn)能的前提下，進一步增強了 XTS 系統(tǒng)智能輸送的靈活性。

　　打開機器設計的想象空間

　　從目前倍福 XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)、XPlanar 面磁懸浮輸送系統(tǒng)在國內(nèi)外的一些典型應用案例來看，可以說，這類輸送線新技術(shù)正在為不同行業(yè)的客戶打開機器設計開發(fā)上的想象空間。例如在煙草罐裝/袋裝生產(chǎn)中，只需調(diào)用相應的產(chǎn)品專用參數(shù)集，通過調(diào)整 XTS 系統(tǒng)兩個動子之間的間距，就能輕松完成不同規(guī)格煙草袋子的罐裝工作；再比如在高精度元器件檢測時，被測元器件被放置在 XPlanar 系統(tǒng)的托盤上，圍繞 Z 軸做 360 度不停的旋轉(zhuǎn)，視覺相機固定在支架上，就可以全方位實時檢測元器件是否有瑕疵或裂縫。這些巧妙的機器設計不勝枚舉，更為重要的是，它激發(fā)了設備制造商強大的創(chuàng)造力，開發(fā)出更符合未來智能制造趨勢的機器裝備。

　　Kliklok 集成式飛機盒裝盒機（ITC）使用倍福的 XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)完全控制紙盒。

　　總結(jié)

　　“天空才是人類想象力的極限。我們致力于為客戶提供更廣闊的想象空間，我們希望未來的柔性輸送系統(tǒng)不僅僅只是具有單純的載具移動功能，而是可以通過與一些外部機械部件的結(jié)合，完成更復雜的操作工作，讓動子成為一個可以控制多軸的‘機器人’，讓它具備類似于加工工站的作用，這樣在移動的過程中就能完成各種加工任務，從而進一步提升生產(chǎn)效率。”丁翔總結(jié)道。

　　正如 Beckhoff Automation 總裁 Hans Beckhoff 先生所說的：Engineers must save the world！倍福是一家科技驅(qū)動型公司，我們一直在努力引領這一場輸送線科技的變革。

　　關于德國倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術(shù)的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動產(chǎn)品和 TwinCAT 自動化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領域提供開放式自動化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務遍及 70 多個國家和地區(qū)。

　　倍福于 1997 年進入中國市場，中國區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應用于風力發(fā)電、半導體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領域。

　　公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽。倍福基于 PC 的控制技術(shù)具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術(shù)完美融合在一起，為實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術(shù)基礎。

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