03.09.2014

iTrak - Generationswechsel in der Servotechnologie

Mit der iTrak-Technologie hat Rockwell Automation seit der Akquisition von Jacobs Automation ein Linearsystem im Sortiment, das die Produktzu- und abführung nachhaltig verändern wird. Insbesondere im Verpackungsmaschinenbau und im Produkttransport (Materialfluss) ist die Geschwindigkeit dieser Funktion für die Gesamtleistung einer Maschine oder Anlage verantwortlich. Bisher kommen hier häufig Kettensysteme zum Einsatz, die die einzelnen Transportbehälter- oder Tabletts starr koppeln. Mit iTrak ist es möglich, die einzelnen Schlitten individuell zu verfahren. Ein deutlicher Leistungsschub der Maschine ist die Folge. Wie das System funktioniert, zeigt der folgende Beitrag.


Bild 1: Die Technologie erlaubt eine individuelle Steuerung mit einem Gateway von mehreren magnetisch angetriebenen Movern auf Geraden und Kurven.
Bild: Rockwell Automation GmbH

Bereits im November 2013 wurde die Akquisition der Firma Jacobs Automation durch Rockwell Automation bekannt gegeben. Am 27. Januar dieses Jahres wurde der Kauf bescheinigt. Seit dem Datum ist die Firma Jacobs Automation (ansässig im amerikanischen Erlanger, Kentucky) ein Teil von Rockwell Automation. Mit der Akquisition kam auch die iTrak-Lösung zu Rockwell Automation, das in den zurückliegenden Monaten in das Automatisierungssystem von Rockwell Automation integriert wurde.

Die Idee von iTrak

Die Firma Jacobs Automation hat durch ihre Erfahrung in der Verpackungsmaschinenautomation als größtes Problem die starre Kopplung der Produkte auf Tablett oder in Behältern ausgemacht. Der hier oft verwendete Kettenantrieb verursacht nicht nur hohe Maintenance-Kosten, sondern hat zudem noch den großen Nachteil, dass der Abstand und die Geschwindigkeit der Trays durch die starre Kopplung via Kette in jeder Fahrsituation gleich sind, egal, ob das Tray leer ist, es ein Produkt transportiert oder ein Produkt aufnimmt. Zudem benötigt der Kettenförderer eine Menge Platz. Das bisherige Kettensystem ist für moderne Maschinen einfach nicht flexibel genug.

Was ist iTrak?

Die Antwort auf die genannten Probleme ist das iTrak-System. Die Technologie erlaubt die individuelle Steuerung von mehreren magnetisch angetriebenen Schlitten auf Geraden und Kurven. Mithilfe dieses Systems können Maschinen- und Anlagenbauer die Komplexität ihrer Anlagen verringern und gleichzeitig ihre Kosten senken. Die Basis von iTrak sind eine intelligente Linear-Einheit und bewegliche Magneten, die sogenannten Mover. Die beweglichen Schlitten (Linear-Mover) selbst sind keine Linearmotoren, sondern es sind die Magneten. Die Linear-Einheit besteht aus einzelnen Schienensegmenten unterschiedlicher Länge und Geometrie. So gibt es gerade Segmente und Kurven-Segmente. Jedes dieser Segmente beinhaltet ein 400mm-Linear-Schienensystem, welches die einzelnen Spulen beinhaltet, plus den Antrieb, der diese zwölf Spulen im 400mm-Linearmotor mit Strom versorgt, sodass der Mover die gewünschte Bewegung ausführt. Jedes Motor-Segment besitzt also einen integrierten Multiphase Drive, der jede Spule einzeln mit Strom versorgt sowie Encoder. Die Schlitten - oder besser Mover, wie sie vom Automatisierungsanbieter selbst genannt werden - sind rein mechanische Komponenten. Sie beinhalten den Magneten, damit sie auf das elektromagnetische Feld reagieren und besitzen Rollen, die sie in der Bahn halten. iTrak kann horizontal oder vertikal und mit axialer oder radialer Anordnung konfiguriert werden. Die Nutzlast beträgt bis zu 100kg und das System ist grundsätzlich auch in Schutzart IP65 ausführbar. Prinzipiell sind alle möglichen Geometrien einer iTrak-Bahn denkbar, also Rechteck, Quadrat oder Ovale.

Programmierung mit Studio 5000

Programmiert wird das System in in der Rockwell Automation Engineering-Software Studio 5000. Jeder dieser Mover ist eine autonome Achse in Studio 5000. In der Software konfiguriert der Anwender, wie viele Mover und Module das System beinhaltet, sodass die Regler die Kommunikation mithilfe eines Gateways zur Compact Logix oder Control Logix übernehmen. Für die Zukunft hat Rockwell Automation ein komplettes Kinetic-Interface angekündigt, das das Gateway überflüssig macht, sodass die Anwender mit den iTrak-Movern genau so arbeiten können, wie sie es von heutigen Standard-Achsen gewohnt sind. Jeder iTrak-Mover ist eine virtuelle Achse, die alle Befehle, egal, ob CAM-Profile oder eine Gearing-Instruktion, verarbeiten kann. Jede Motion-Instruktion aus dem System von Rockwell Automation kann auch für die iTrak-Mover verwendet werden. Dies alles erfolgt voll synchronisiert mit dem Steuerungsprogramm in der Control Logix, egal, ob es sich dabei um die E/As handelt, andere (herkömmliche) Achsen oder andere Linearmotoren. So ist eine komplette Integration aller Automatisierungsprozesse gewährleistet. Dies erhöht die Systemtransparenz, sorgt für hohe Genauigkeit und senkt die Betriebskosten, insbesondere durch vereinfachte Inbetriebnahme, Wartung und Service.

Empfehlungen der Redaktion

Kommunikation über Ethernet/IP

Das System wird über Ethernet/IP und das CIP-Sync-Protokoll mit den Informationen über die Positionen versorgt. So weiß iTrak immer, wo die Mover zu sein haben. Das Gerät kontrolliert alle Linearmotoren, die im System verbaut sind, und schaltet den jeweiligen Servoverstärker an, um die Spulen zu bestromen und den Mover an die entsprechende Position zu bewegen. Die Stromversorung des gesamten Systems erfolgt über einen DC-Bus für die Geraden- und die Kurvenmodule. Damit erreicht das System Geschwindigkeiten von bis zu 7m/s und Beschleunigungswerte bis 10g. Die Wiederholgenauigkeit liegt bei faszinierenden 35µm.

Vorteile des Systems

Insgesamt kann iTrak erheblich schneller arbeiten als bisherige Ketten-Varianten, denn das flexible Verfahren der Mover mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bringt den Anwendern große Vorteile: Das System bietet im Gegensatz zu den heute noch üblichen starr gekoppelten Systemen (z.B. durch Kettenantriebe) eine erhebliche Verbesserung der Gesamtperformance einer Maschine oder Anlage. Durch die individuelle Regelbarkeit der einzelnen Mover entstehen viele Vorteile. Waren Kunden in den Anfangsdiskussionen immer wieder skeptisch, ob die Anzahl der geplanten Mover ausreichen würde, so hat sich in der Praxis herausgestellt, dass die Anzahl Schlitten sogar erheblich reduziert werden konnte. Denn die leeren Schlitten können mit deutlich höherer Geschwindigkeit verfahren werden als Schlitten mit einem Produkt an Bord. Auch bei unterschiedlichen Produktgrößen hat sich der Einsatz von iTrak bereits bewährt: Für größere Produkte wird das Produkt auf zwei Schlitten aufgelegt, die dann synchron verfahren werden. Dadurch ist eine Produktverstellung sehr schnell und bedarf keinerlei Eingriff in die Mechanik der Maschine. Ein Produktwechsel im laufenden Betrieb ist durchaus möglich. Dadurch gewinnen die Anwendungen im Bereich der Fördertechnik, der Verpackungsmaschinen oder im Materialfluss deutlich an Flexibilität.

Eine Beispiel-Applikation

Auf der diesjährigen Interpack wurde das iTrak-System im Live-Betrieb vorgeführt: Der Anwender hatte das Problem, dass er bei einem bestimmten Produkt den Kettenantrieb immer wieder anhalten musste, um das Produkt handhaben zu können, was den gesamten Prozess natürlich sehr langsam gemacht hat. Mit iTrak ist er jetzt in der Lage, die Mover zur Aufnahme des Produktes kurz anzuhalten, ohne die anderen Transportmover zu beeinflussen. Ist das Produkt aufgelegt, fährt der Mover weiter und holt den verlorenen Fahrweg mit höherer Geschwindigkeit wieder auf.

Die Grenzen von iTrak?

Derzeit können in einem Strang vier Module verwendet werden und es werden vier Stränge mit einer Stromversorgung versorgt. Es gibt zwei verschiedene Größen von Power-Supplies. Das Maximum beim großen Power-Supply ist 16. Das Gateway kann 64 Mover bewegen. Wenn diese Grenzen nicht ausreichen, kann man mehrere Power-Supplies und Gateways miteinander kombinieren, um so größere iTrak-Systeme zu ermöglichen.

Fazit

Anzeige