Flexibel und skalierbar - einfach programmierbarer Multi-Protokollansatz

Echtzeitfähige Kleinsteuerung mit Anschluss an alle Busse

Moderne Steuerungen können heute ganze Fertigungsanlagen miteinander verbinden und aufeinander abstimmen. Selbst unterschiedliche Kommunikationsprotokolle einzelner Fertigungsinseln oder Anlagenteile werden dabei mit eingebunden. Bei kleineren Einheiten vor allem wenn diese auf „gewachsenen Strukturen“ beruhen, wird die Auswahl drastisch kleiner. Kommen alte und neue Kommunikationswege zusammen, oder müssen ältere Anlagenkomponenten eingebunden werden sinkt die Auswahl weiter. Ebenso ist es schwierig kompakte Steuerungen für mobilen Stand-Alone-Betrieb zu finden, die erstens mit dem Produkt „wachsen“ und zweitens sich in vielfältige Kommunikationswege einbinden lassen. Abhilfe schafft hier nun ein leistungsfähiger kompakter Embedded-PC für Echtzeit-Industrial-Ethernet.

Anwender, die kleinere Geräte oder Produktionseinheiten herstellen, stehen oft vor der Frage nach der passenden Steuerung. Sie muss kompakt sein und dennoch für Weiterentwicklungen aufrüstbar. Die nächste Frage ist dann, wie wird die Steuerung programmiert? Während z.B. in der Medizintechnik aus historisch gewachsenen Gründen, aus Gründen der Leistungsfähigkeit und wegen der sicheren Überprüfbarkeit im Haus die Anwendung oft in C programmiert wird, werden in anderen Bereichen immer mehr Software-SPS-Lösungen nach IEC 61131-3 verwendet. Beide Welten eint aber der Wunsch nach kompakten, preiswerten Lösungen für eine Steuerung, die sich auch in vielfältige bestehende Netzwerke einbinden lässt. HMS Industrial Networks hat sich dieser Zielgruppe angenommen und mit der IXXAT Econ 100 eine praxistaugliche Lösung für eine Kleinsteuerung für Real-Time-Ethernet und klassische Feldbussysteme entwickelt. Dass dieses Konzept eine breite Palette an Möglichkeiten bietet und sich damit hervorragend für die unterschiedlichsten Einsatzgebiete eignet, zeigen die folgenden Anwendungsbeispiele.

Röntgenscanner für die Medizin

Die moderne Medizin kann auf Kommunikationstechnik nicht verzichten. Natürlich sind manche Untersuchungsmethoden nicht ohne Großgeräte möglich, der Trend geht jedoch auch hier zu immer kompakteren, intelligenten Einheiten, die beispielsweise in Arztpraxen aufgestellt sind. Neben der Baugröße zählt auch der Marktpreis des Gerätes. Der Hersteller muss also den richtigen Kompromiss finden zwischen leistungsfähiger Hardware und einer kompakten Steuerung und zudem das für medizinische Anwendungen essenzielle Sicherheitskonzept berücksichtigen. Im vorliegenden Fall wurde ein mobiler Röntgenscanner bisher über einen zusätzlichen, externen Windows-PC gesteuert. Durch den Einsatz der IXXAT Econ 100 konnte die Steuerung im Gerät selbst mit untergebracht werden. Weiterer Vorteil: Die Rechenleistung sowie die Anzahl der I/Os reichen aus, um zukünftige Upgrades und Weiterentwicklungen des Scanners problemlos zu bewältigen. Änderungen der Komponenten wie bspw. höherwertige Antriebe für eine höhere Auflösung, genauere Sensoren oder zusätzliche Antriebe bewältigt der Rechner problemlos.

Da die Steuerungssoftware in C programmiert ist, hat der Hersteller auch immer die notwendige Übersicht in die laufenden Programme und konnte auch insbesondere bestehende Softwarekomponenten wiederverwerten. So war die Umstellung auf die neue Steuerung problemlos, da bestehende Programme teils weiterverwendet werden konnten. Integrierte Kommunikationsschnittstellen erlauben auch eine sichere Fernwartung sowie die selbsttätige Anforderungen von Verschleiß- und Verbrauchsmaterialien per Standard-Ethernet direkt beim Hersteller oder Serviceunternehmen.

Flexible Handhabung

In der Produktion oder Verpackung sind Handhabungsroboter kaum noch wegzudenken. Ein kleines Handhabungsgerät für den flexiblen Einsatz vor Ort, da wo gerade Bedarf besteht, stellt jedoch ganz andere Anforderungen an die Steuerung als Großgeräte. Natürlich spielen Abmessungen und Gewicht eine Rolle, noch wichtiger sind aber „Nehmer-Qualitäten“ des Rechners bei den Einsätzen an unterschiedlicher Stelle im Betrieb. Läuft nebenan ein Elektromotor an oder die Ladestation für einen Stapler, kann es zu Spannungseinbrüchen kommen. Gelöst wird das Problem bei herkömmlichen Steuerungen mit einer kosten- wie wartungsintensiven USV, die zusätzliches Gewicht mit sich bringt und Platz beansprucht. Der Einsatz der dauerbetriebsfähigen IXXAT Econ 100 brachte auch hier die Lösung. Der integrierte, nichtflüchtige Speicher behält alle relevanten Daten zu Greiferladung, Position des Auslegers und anderen Sensor- und Motordaten bei Spannungsausfällen im Gedächtnis. Stabilisiert sich nach einigen Sekunden die Stromversorgung wieder, wird die Arbeit nahtlos fortgesetzt.

Neben dieser freeze-and-go-Funktion war es für den Anwender hier wichtig, auch in unterschiedlichen Netzwerken kommunizieren zu können. Da das mobile Gerät in Anlagen mit höchst unterschiedlicher Infrastruktur eingesetzt wird, ist die Einbindung in verschiedene Kommunikationsnetze wichtig. Der dritte Punkt war die Zukunftssicherheit. Arbeitet das Gerät aktuell noch mit einem Greifer, so sind weitere Ausführungen mit Schaufel oder Fingern geplant. Die dazu nötigen zusätzliche Sensoren und Antriebe müssen sich also einfach anschließen lassen. Auch hier punktet die kompakte Rechenzentrale mit ihren zahlreichen lokalen I/Os und Kommunikationsschnittstellen. Zusätzlich können über die HMS Anybus-Modulschnittstelle der IXXAT Econ 100 praktisch alle bestehenden Feldbussysteme eingebunden werden. Nicht zuletzt spielt bei solchen Geräten auch der Preis eine große Rolle, je nach Kundenanforderung ist daher das skalierbare Leistungspotential eine gute Variable im Kampf um Marktanteile.

Druck gemacht

Ein weiteres Beispiel und nicht weniger interessant ist die Steuerung eines Spezialdruckers für Sicherheitslabels. Bei einem Drucker beanspruchen das Druckwerk und der Etikettenvorrat sowie die Ausgabe den doch eher begrenzten Platz, für die Steuerung bleibt so nur wenig Raum. Außerdem soll ein solcher Drucker bei jedem Kunden in dessen Kommunikationsnetz problemlos anzuschließen und zu betreiben sein. Da die IXXAT Econ 100 alle Bussysteme per Anybus CompactCom in sich vereinen kann, stellt sie die ideale Rechenzentrale für diesen Fall dar. Die Rechenleistung der Steuerung reicht auch für höchste Druckauflösung bei hoher Geschwindigkeit problemlos aus und ist dabei vergleichsweise preiswert zu haben, da das System bei Bedarf den Anforderungen gemäß über Erweiterungskarten angepasst werden kann. Zusätzlich konnte der Hersteller alle bisher vorhandenen Druckmodule, welche noch auf RS-232 und RS-485 basieren, direkt an die in der IXXAT Econ 100 vorhandenen seriellen Ports anschließen. Dies ermöglicht den komfortablen Einsatz dieser flexiblen Steuerung in „mehr-Generationen“ Anlagen, welche serielle Kommunikation mit Feldbussen und real-time-Ethernet kombinieren.

Nicht zuletzt können die vielfältigen Möglichkeiten der Kompaktsteuerung auch für OEMs interessant sein. Als Plattform für eigene Sonderformen können kundenspezifische Wünsche bei Form, Farbe, Ausrüstung mit Anschlüssen, bei Soft- und Hardware und den benötigten Schnittstellen exakt auf das Anforderungsprofil zugeschnitten werden.

Technik im Einzelnen

Als ARM-basierte Embedded-PC-Plattform für die Hutschiene, die Abmessungen betragen nur 72 x 154 x 105 mm, mit Linux-Betriebssystem bietet die IXXAT Econ 100 als Embedded-PC eine einzigartige Multi-Protokoll-Unterstützung. So lassen sich kundenspezifische Gateway- und Steuerungslösungen für eine Vielzahl unterschiedlicher Feldbus- und Industrial-Ethernet-Standards schnell und einfach umsetzen. Eine leistungsfähige CPU, bis zu 1 GB RAM, lüfterloses Design und der erweiterte Temperaturbereich von -40 °C bis +70 °C machen sie flexibel für viele Anwendungen. Anwendungen mit kritischer Spannungsversorgung, bei denen der letzte Betriebszustand mit allen Prozessvariablen gespeichert werden muss, sind per NVRAM-Option ebenfalls abgedeckt.

Die Schnittstellen, zwei Ethernet-, zwei CAN- und zwei USB-Schnittstellen sind Standard, können mittels eines zusätzlichen Erweiterungsboards um diverse Schnittstellen erweitert werden. Analoge und digitale I/Os, serielle Schnittstellen, 512 kB NVRAM sowie ein Steckplatz für die Anybus-CompactCom-Module stehen dann zur Verfügung. Die Anybus CompactCom Module decken alle gängigen Feldbus- und Industrial-Ethernet-Protokolle ab und lassen sich einfach und schnell in die Anwendungssoftware integrieren. Daneben hat die Erweiterungskarte 24 Ein- und Ausgänge, z.B. für die direkte Anbindung von Sensoren und Aktoren. Bis zu 2 A Ausgangsstrom bei den digitalen Ausgängen und 12-Bit-Auflösung bei den analogen Kanälen erlauben eine anwendungsspezifische Vielfalt bei der Wahl der anzuschließenden Komponenten. Zwei zusätzliche RS232/RS485-Schnittstellen auf der Erweiterungskarte sind ein ideales Bindeglied zwischen echtzeitfähigem Industrial Ethernet und CAN-basierenden Netzwerken oder bewährten seriellen Anwendungen. Neben der Programmierung in C/C++ bietet HMS zusammen mit einem führendem Soft-SPS-Hersteller eine intuitiv zu bedienende Soft-PLC-Programmierumgebung gemäß IEC 61131-3 für die einfache Programmierung und Konfiguration der Steuerungsanwendungen. Das Softwarepaket unterstützt alle namhaften Protokolle inklusive CANopen, EtherCAT, Powerlink, PROFINET und EtherNet/IP.

Titelbild: HMS