专家采访 | 柔性输送技术革新，赋能智能制造

　　《伺服与运动控制》编辑刘恒

　　访德国倍福自动化有限公司 XTS/XPlanar 产品专家丁翔

　　最近，磁悬浮柔性输送系统在一些新兴制造业中的应用受到了业内的高度关注，一些技术实力雄厚的工控自动化企业也相继推出了自主开发的此类解决方案。人们对于这个“小众”的市场的关注不断升温。

　　2012 年，倍福 XTS 磁驱柔性输送系统一经展出，就迅速在全球各大工业展会上引起轰动。2018 年，倍福又推出了具有六自由度的 XPlanar 平面磁悬浮输送系统，并且他们在各种具体项目实施的过程中也逐步积累起了丰富的柔性输送线开发实践经验。近期，本刊采访到德国倍福自动化有限公司 XTS/XPlanar 产品专家丁翔先生，请他详细介绍了倍福在这一技术领域的开发思路和技术发展动向。

　　

德国倍福自动化有限公司

　　XTS/XPlanar 产品专家

　　丁翔先生

　　谈到近年来柔性输送线技术日益受到市场的高度关注，丁翔认为其中的原因是多方面的，在当前全球制造业数字化转型的浪潮下，无论是“中国制造 2025”，还是德国提出的工业 4.0 发展战略，其目标都是全力推进智能制造，要求设备实现柔性化生产；另一方面，针对越来越多小批量、多品种的个性化加工需求，如何提高工厂的生产效率，例如实现同时生产或者只需经过简单的软件改造，就可以生产不同批次、不同规格的产品，是目前很多制造企业共同面对的一个课题，这对于设备的智能化和集成度都提出了更高的诉求。在整个工厂生产流程中，输送系统是其中的重要一环，也往往成为制约整体生产效率提升的一个“瓶颈”，而基于直线电机原理的柔性输送线系统能很好地满足上述需求，因此，这类技术方案被越来越多地被应用在目前实际生产设备的升级改造当中。

　　动子独立控制实现异步移动

　　以倍福的 XTS 磁驱柔性输送系统、XPlanar 平面磁悬浮输送系统为例，丁翔进一步分析道：“机械链道或同步带传输系统在柔性化、智能化改造上是非常困难的，这是因为在这些传统输送线上所有连接的移动块或载具都是做同步运动，即以相同的速度、移动相同的距离，这就带来了一些问题：一是所有操作都需要等待速度最慢的那个工站完成之后，才能移动到下一步，无法‘跳过’某些工站，造成产线速度被限制；二是由于移动距离相同，因此在工站布置上必须要等间距，产线设计受限，容易造成资源浪费；三是无法直接对载具进行操作，而是由其他方式来牵引，在输送精度上也会出现一定的损失。而我们的 XTS 磁驱柔性输送系统、XPlanar 平面磁悬浮输送系统采用单独控制的方式，使得每个动子都可以实现异步移动，大幅提高了系统的柔性化程度。”

　　采用 XTS 磁驱柔性输送系统，能够针对产线上最慢的那个工站，通过增加单独控制的动子，来加装工站的数量，多个动子为一组，在同一个工站位置进行同时加工，使得这一工站的加工速度成倍提升，从而突破了产线速度的“短板”，整体产线不再需要等待的时间，从而极大地提高了产线的生产节拍。

　　同时，XTS 系统特有的模块化设计，可以通过选用不同半径的圆弧电机模块，形成 L 型、U 型，甚至是正方形等不同形状的产线，让客户可以根据生产现场的实际情况，自由、合理地设计和安置设备产线，显著提升装配和加工设备的一体化集成度，减小占地面积，协助客户节约投资成本。此外，倍福的一项创新开发——无电缆技术（NCT）通过线圈之间的电磁感应以及无线通讯传输，实现了 XTS 动子的无线供电及同步实时数据传输（数据更新周期为 250 微秒），无需连接线缆拖链，大大缩减了安装空间，再加上支持 EtherCAT 标准协议，整个系统可以以微秒级精度实现同步，产线加工过程中的每一项数据均可在输送线运行期间直接由动子反馈到中央控制系统，令设备的多任务应用得到了质的飞跃。

　

　　一套完整的模块化 XTS 系统由电机模块、导轨和动子，以及装有 TwinCAT 自动化软件的工业 PC 构成，可以根据具体的设备或系统布局进行调整。

　　而 XPlanar 平面磁悬浮输送系统则更加灵活，它实现了高达六自由度的悬浮式产品输送，在同一平面内，客户可以将 XPlanar 平面模块任意拼接和铺设，动子集成永磁体，能够升降和移动负载，运行中的 XPlanar 平面模块产生电磁场，让动子在生产过程中高动态、高精度地移动。系统还可以同时运行不同尺寸的动子，同一台设备上可加工各种不同的产品和包装尺寸规格，在有限的生产区域内达到最大产线吞吐量的目的，真正体现出柔性、智能制造的先进理念。

　　PC 控制让系统功能更丰富

　　经过多年的市场耕耘，目前倍福的磁驱柔性输送系统已在医疗、包装、装配、电池制造等行业得到了广泛的应用，尤其是 XTS 系统以其高精度（±10 μm）、高集成度、紧凑型结构等特点，帮助医疗设备商实现小型化设计，因而在医疗行业中成为了一款成熟的高性能柔性输送系统方案。同时，倍福还特别推出了 XTS“卫生型”系统，该 XTS 系统防护等级高达 IP69K，客户可以用有腐蚀性的液体进行清洗，以满足部分医疗设备生产中较为苛刻的环境应用要求。

　

　　完整的卫生型 XTS 系统

　　众所周知，在工控自动化行业，倍福以 PC 控制技术而闻名，在对磁驱柔性输送系统的开发上，PC 控制技术同样发挥着至关重要的作用。对此，丁翔介绍道：“磁驱柔性输送系统本质上是直线电机的一种应用模式，如何精准地控制整个系统才是关键，倍福在 PC 控制技术上的专业度是我们产品的一个重要特点，包括驱动、控制、测量、应用开发等都是倍福自主研发，并且掌握着底层的 Know-how 技术原理，这些有利条件能够支持我们及时响应客户的实际需求，也是 XTS 和 XPlanar 系统具备较强市场竞争力的根本因素。”

　　利用基于 PC 的控制技术，XTS、XPlanar 系统的各个独立控制的动子可以看作是一个一个的轴，每个轴上的所有数据信息都被收集、汇整到同一台 PC 上，经过计算、处理，然后再把执行指令发回给相应的模块按此操作，PC 准确掌握每个轴的动态信息，这样就提高了系统同步的准确率以及精度，用户也可以直接在 PC 上读取任何所需的数据，便于编程开发。

　　

　　正是基于这一优秀的控制技术，近年来倍福持续丰富磁驱输送系统的软件辅助控制功能，同时简化操作程序。XTS 系统提供的“Track Management 换轨功能”可让客户按照自己的需求设定不同的区域，或是区分不同的加工工艺区间，“换轨功能”借助每个动子的独立控制，可以在不同的轨道之间进行切换，以实现对物件的灵活输送。例如，在某些医疗器械生产时需要经过一个检测环节，当检测出不合格的产品时，就通过该“换轨功能”将产品改换到另一条轨道，移动到人工检测区进行下一道检测工作。而 XPlanar 系统的“换轨功能”就更方便了，由于它是平面设计，这样就可以分别设置两条不同的路径，一条路径负责加工，另一条路径则专门负责移动输送，系统允许动子“跳过”某些工站或加工步骤，到达下一个工站完成相应的操作，在机器设备中实现了高度灵活的工件输送效果。

　　倍福卫生型 XTS 系统是 HOF Sonderanlagenbau 公司新型医药产品输送系统设计的核心部分。

　　另外，系统新增的“Leave and Arrival 离开和到达”功能也颇具特色。这个功能允许动子在不停机的情况下离开整个系统，用户可以在 XTS 系统运行期间移除或添加动子，因此可以在生产模式下动态调整 XTS 输送系统的运行间距和动子数量；此外，结合换轨功能，还可以设立独立于正常生产流程的维修区域，将动子移动到该区域进行检查、清洁或更换载具，在不影响产线产能的前提下，进一步增强了 XTS 系统智能输送的灵活性。

　　打开机器设计的想象空间

　　从目前倍福 XTS 磁驱柔性输送系统、XPlanar 面磁悬浮输送系统在国内外的一些典型应用案例来看，可以说，这类输送线新技术正在为不同行业的客户打开机器设计开发上的想象空间。例如在烟草罐装/袋装生产中，只需调用相应的产品专用参数集，通过调整 XTS 系统两个动子之间的间距，就能轻松完成不同规格烟草袋子的罐装工作；再比如在高精度元器件检测时，被测元器件被放置在 XPlanar 系统的托盘上，围绕 Z 轴做 360 度不停的旋转，视觉相机固定在支架上，就可以全方位实时检测元器件是否有瑕疵或裂缝。这些巧妙的机器设计不胜枚举，更为重要的是，它激发了设备制造商强大的创造力，开发出更符合未来智能制造趋势的机器装备。

　　Kpklok 集成式飞机盒装盒机（ITC）使用倍福的 XTS 磁驱柔性输送系统完全控制纸盒。

　　总结

　　“天空才是人类想象力的极限。我们致力于为客户提供更广阔的想象空间，我们希望未来的柔性输送系统不仅仅只是具有单纯的载具移动功能，而是可以通过与一些外部机械部件的结合，完成更复杂的操作工作，让动子成为一个可以控制多轴的‘机器人’，让它具备类似于加工工站的作用，这样在移动的过程中就能完成各种加工任务，从而进一步提升生产效率。”丁翔总结道。

　　正如 Beckhoff Automation 总裁 Hans Beckhoff 先生所说的：Engineers must save the world！倍福是一家科技驱动型公司，我们一直在努力引领这一场输送线科技的变革。

　　关于德国倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家专注于自动化新技术的德资企业，创立于 1980 年，总部位于德国威尔市。作为全球自动化技术的驱动者，倍福定义了自动化领域的许多标准，是国际标准的制定者和推动者。公司所生产的工业 PC、现场总线模块、驱动产品和 TwinCAT 自动化软件构成了一套完整的、相互兼容的控制系统，可为各个工控领域提供开放式自动化系统和完整的解决方案。经过 40 年的发展和努力，倍福已在世界各地设立 30 多家分支机构，加上全球的合作伙伴，业务遍及 70 多个国家和地区。

　　倍福于 1997 年进入中国市场，中国区总部落户于上海市北高新产业园区，现有员工 300 人，办事处遍及国内 30 座大中城市。创新产品和解决方案广泛应用于风力发电、半导体、光伏太阳能、电子制造、金属加工、包装机械、印刷机械、塑料加工、轮胎加工、木材加工、玻璃机械、物流输送以及楼宇自动化等众多领域。

　　公司倾力推广的 EtherCAT 实时工业以太网于 2014 年成为中国国家推荐性标准，并已入编工信部的《国家智能制造标准体系建设指南》。作为一家技术驱动型公司，倍福一直注重在技术上寻求突破创新，在业内享有“创新引擎”的美誉。倍福基于 PC 的控制技术具有良好的开放性，它支持所有主流的工业通信协议，将 IT 技术、互联网和自动化技术完美融合在一起，为实现工业 4.0 和智能制造奠定了坚实的技术基础。

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