W tradycyjnym systemie transportu produktów wzdłuż linii pakowania czy montażu każdy wyrób musi zostać wielokrotnie rozpoznany, przechwycony, a następnie przeanalizowany. W branżach korzystających z długich linii produkcyjnych skutkuje to koniecznością instalacji złożonych, wieloelementowych systemów wyposażonych w dużą liczbę czujników. W odróżnieniu od nich nowoczesne systemy modułowe oferują możliwość jednorazowego podjęcia produktu, a następnie jego ciągłego transportu wzdłuż całej linii za pomocą tej samej karetki. Dzięki temu program sterujący jej ruchem zawsze „wie”, w którym miejscu i w jakim stanie znajduje się produkt. Każda karetka mapowana jest w nim bowiem jako osobny moduł, co pozwala na bieżące śledzenie i dokumentowanie poszczególnych czynności procesowych, jak również rejestrowanie danych ilościowych i komunikatów o błędach. Jeśli np. system zostanie poinformowany o niewłaściwej sterylizacji opakowania, jego śledzenie umożliwi wyłączenie go z procesu dalszego napełniania i znakowania, a także bezpieczne usunięcie po przejściu całego cyklu. Owa zdolność do automatycznej reakcji na wydarzenia zachodzące w cyklu produkcyjnym przydaje systemom modułowym cech inteligentnych, samoorganizujących się produktów wpisujących się w koncepcję Przemysłu 4.0.

Pełny monitoring przemieszczenia
Co więcej, software modułów napędowych może również dostarczać szereg przydatnych informacji na temat stanu przenoszonych na karetkach produktów. Przykładowo, oprogramowanie TwinCAT dedykowane systemowi XTS (ang. eXtended Transport System) firmy Beckhoff w sposób ciągły monitoruje odległość między czujnikiem karetki a modułem napędowym i na tej podstawie ustala m.in., czy ciężar karetki uległ zmianie (tj. czy produkt znajduje się na karetce), czy masa produktu jest prawidłowa lub czy nałożona została odpowiednia ilość kleju. Informacje zbierane przez system pozwalają również na wykrywanie zanieczyszczeń na prowadnicach oraz uszkodzeń łożysk i/lub rolek.

Możliwości systemu w zakresie kontroli położenia karetek, a co za tym idzie – monitorowania stanu transportowanego przedmiotu, prześledzić można na przykładzie linii transportowych ułożonych w kształt litery S (ilustracja 2). Jeśli jedna z transportowanych na karetce kulek wypadnie z naczynia, system natychmiast wykrywa zmianę masy karetki i informuje o tym operatora.   

Od ruchu liniowego do stołu pozycjonującego
Potencjał modułowych systemów transportowych leży jednak nie tylko w zaawansowanym oprogramowaniu monitorującym stan i przemieszczenie karetek, ale także w realizacji różnorodnych zadań – począwszy od prostego ruchu liniowego, przez ruch okrężny po ruchy o skomplikowanych geometriach. Ów szeroki zakres aplikacji jest pochodną ich modułowej budowy pozwalającej na dowolną konfigurację modułów napędowych, a także ich integrację z jednostkami zrobotyzowanymi w celu pełnej automatyzacji produkcji i transportu materiałów.

Podstawową funkcją modułowych systemów transportowych jest realizacja prostych ruchów liniowych. Podobnie jak w przypadku konwencjonalnego silnika liniowego z ruchomym elementem jezdnym, moduł napędowy umożliwia transport materiałów z punktu A do B. W odróżnieniu od tego pierwszego wyróżnia się jednak dużo większą elastycznością zastosowań dzięki możliwości swobodnego sterowania długością linii przez połączenie wielu modułów napędowych oraz zastosowania karetek bezprzewodowych o dużo szerszym zakresie aplikacji.

W przypadku systemu XTS zakres ten może być dodatkowo poszerzany także o możliwość ruchu w płaszczyznach X-Y dzięki zastosowaniu dwóch karetek, z których jedna (główna) wyposażona jest w konwencjonalne łożyska liniowe, a druga (pomocnicza) – w prowadnicę liniową ustawioną pod kątem 45° (ilustracja 3). Podstawowy zakres ruchu w płaszczyźnie X jest w takim układzie realizowany przez równoległy ruch obu karetek w tym samym kierunku. Natomiast ruch przedmiotu w płaszczyźnie Y można uzyskać przez zmianę kierunku ruchu karetki pomocniczej. W ten sposób można realizować niemal każdy rodzaj ruchu, w tym obrotowy (np. w celu naniesienia kleju). Co więcej, skonstruowany w ten sposób stół pozycjonujący nie wymaga ponownej kalibracji systemu pomiarowego uwzględniającej zmianę pozycji poszczególnych elementów układu, a tym samym jest od razu gotowy do użytku. To efekt wspomnianego już mapowania każdej karetki jako osobnego modułu systemu sterowania.

Zamknięty krąg
Ruch liniowy nie wyczerpuje jednak całego spektrum aplikacji modułowych systemów transportowych. Połączone w zespoły moduły napędowe pozwalają bowiem nie tylko na dowolne kształtowanie długości linii transportowej, ale również na tworzenie systemów zamkniętych o niemal dowolnym kształcie toru, w tym litery S oraz okręgu (ilustracja 4).

Niezależnie od rodzaju toru ruch karetki jest przy tym stale kontrolowany przez komputer sterujący, który definiuje zarówno sekwencję wykonania, jak i szybkość realizacji poszczególnych procesów transportowych. Pozwala to na zachowanie pełnej kontroli nad pracą systemu, niezależnie od rodzaju wykonywanego ruchu.

Tworzenie układów zamkniętych nie wyklucza również korzystania z funkcjonalności dostępnych w prostym ruchu liniowym. Przykładowo, wspomniany stół pozycyjny X-Y (dostępny w systemie XTS) w ruchu zamkniętym przyjmuje formę stołu mobilnego poruszającego się w sposób ciągły od jednego stanowiska obróbczego do drugiego m.in. w celu realizacji procesów nakładania kleju czy dociskania pokrywek opakowaniowych.

Z kolei funkcja ruchu po okręgu – realizowana dzięki zastosowaniu specjalnych modułów napędowych o kącie zakrzywienia 22,5° lub 45° – zapewnia możliwość tworzenia zamkniętych systemów o średnicy odpowiednio 160 cm bądź 70 cm przeznaczonych do współpracy z maszynami o konstrukcji karuzelowej. Takie rozwiązanie pozwala maksymalnie zoptymalizować proces obróbki dzięki możliwości modyfikacji liczby stanowisk obróbczych w celu regulacji tempa pracy na poszczególnych etapach procesu. Jeśli dana czynność cyklu trwa dłużej niż inne, można przyspieszyć jej realizację, włączając do systemu dodatkowe stanowiska obróbcze dedykowane  wykonaniu tego kroku. Aby maksymalnie rozszerzyć zakres aplikacji takiego układu, można również zastosować prowadnice o wyższym udźwigu lub zwiększonej odporności na oddziaływanie wysokich temperatur, substancji agresywnych bądź zanieczyszczeń.

Ruch w wielu płaszczyznach
Modułowe systemy transportowe mogą ponadto poruszać się nie tylko w dwóch osiach (X-Y), ale również w kierunku pionowym (oś Z), a także po krzywiźnie, zapewniając tym samym pełną obsługę linii produkcyjnej niezależnie  od rodzaju obróbki. Owa funkcjonalność możliwa jest dzięki integracji kilku systemów transportowych – w tym pozycjonowanych w osi pionowej – w jeden złożony układ o skomplikowanych geometriach ruchu. Całość obsługiwana jest przez jeden system sterowania, co pozwala na pełną koordynację ruchów poszczególnych karetek i ich dowolne pozycjonowanie – tak w absolutnym układzie współrzędnych, jak i względem siebie. Rozwiązanie to okazuje się przydatne np. przy realizacji złożonych procesów sortowania produktów. Możliwości koordynacji pracy złożonych układów transportowych o skomplikowanych geometriach dobrze obrazuje przykład aplikacji systemu XTS przedstawiony na ilustracji 5: dzięki połączeniu systemu zamkniętego z kilkoma systemami liniowymi poruszającymi się w osi Z możliwe jest efektywne sortowanie piłeczek przy niewielkim obciążeniu układu napędowego. Co więcej, system pozwala również na wykonywanie innych skomplikowanych ruchów, np. automatyczne odwracanie kilku karetek w celu uniknięcia szarpnięć lub kolizji.

Współpraca z robotem
Jeśli zaś opisane geometrie ruchów własnych systemu nie wyczerpują wymagań danego cyklu produkcyjnego, system transportowy można dodatkowo zintegrować z robotem przemysłowym (ilustracja 6).

W przypadku systemu XTS taka integracja możliwa jest na czterech poziomach – aż do uzyskania 6-osiowej kinematyki ruchów. Efektywną komunikację między systemem transportowym a robotem zapewnia oprogramowanie TwinCAT, które umożliwia przesyłanie komend bezpośrednio z systemu PLC do robota, a także pełną synchronizację ruchów obu urządzeń na ekranie komputera przemysłowego.