Beckhoff Automation - kompleksowa gama systemów sterowania opartych o komputery przemysłowe

Wykorzystanie komputerów przemysłowych (IPC) do zadań sterowania wiąże się z wieloma korzyściami. Przekształcenie komputera w sterownik PLC lub CNC i jednoczesne wykorzystanie go jako jednostki służącej do komunikacji z operatorem, przetwarzania danych i ich wizualizacji zapewnia bardzo duży stopień integracji aplikacji.

Aby to było możliwe i jednocześnie sam system sterowania charakteryzował się niezbędną niezawodnością, konieczne jest zbudowanie go z odpowiednich komponentów. Urządzenia takie od kilkudziesięciu lat rozwija i produkuje firma Beckhoff, oferując obecnie szeroką gamę sterowników i komputerów przemysłowych, które mogą być precyzyjnie dobrane pod kątem wymagań aplikacji.

Ich podstawową grupę stanowią moduły z serii BC i BX, których przeznaczeniem są małe i średniej wielkości systemy. W bardziej wymagających zastosowaniach używane mogą być komputery CX, które łączą funkcjonalność sterowników PLC z możliwościami komputerów przemysłowych.

W ofercie Beckhoffa znaleźć można również wersje modułów i sterowników o stopniu ochrony IP67, które nie wymagają zabudowy w szafach przemysłowych i stosowane mogą być bezpośrednio na maszynach.

Uzupełnieniem tego są komputery panelowe z serii CP, które zapewniają integrację funkcji HMI z wbudowanymi sterownikami, stanowiąc bardzo kompaktowe i jednocześnie wydajne obliczeniowo urządzenia. Dopełnieniem oferty jest oprogramowanie TwinCAT, które pozwala na konfigurowanie wszystkich komponentów i tworzenie systemów typu PC Based Control.

MINISTEROWNIKI MODUŁOWE BC ORAZ BX

Ministerowniki BC oraz BX

Moduły z serii BC i BX należą do podstawowych, aczkolwiek w pełni funkcjonalnych urządzeń będących małymi sterownikami PLC. Są to w rzeczywistości kontrolery sieciowe, które zawierają układy CPU, interfejsy szeregowe i mogą komunikować się z ponad kilkuset różnymi modułami we/wy dostępnymi w ofercie firmy Beckhoff.

Omawiane moduły stosowane mogą praktycznie we wszystkich zadaniach z zakresu automatyki procesów technologicznych, a nawet w automatyce budynkowej. Ograniczeniem jest w tym przypadku tylko liczba sygnałów wejściowych i wyjściowych dołączonych do sterownika oraz rozmiary programu użytkownika.

Komunikacja pomiędzy sterownikiem i modułami odbywa się za pomocą transmisji szeregowej oraz ethernetowej. Ze względu na możliwość wymiany danych ze wspomnianymi modułami I/O, sterowniki pracować mogą w praktycznie dowolnych sieciach - np. Profibus, CANopen, DeviceNet, Ethernet, EtherCAT, Lightbus, Interbus, Modbus i innych.

Różnicami pomiędzy urządzeniami typu BC oraz BX są m.in. wielkość pamięci, liczba dostępnych interfejsów komunikacyjnych i obudowa. Standardowo jednostki centralne BX wyposażone są w dwa interfejsy szeregowe oraz oparty o CAN szybki interfejs SSB (Smart System Bus).

Mają one wyświetlacz LCD, możliwość rozbudowy pamięci poprzez moduł Compact Flash i zegar czasu rzeczywistego dla aplikacji wymagających precyzyjnego sterowania lub archiwizacji danych ze stemplem czasowym. Programowanie obydwu rodzajów sterowników odbywa z wykorzystaniem środowiska TwinCAT zgodnie ze standardem IEC 61131-3, a zmiany w programie użytkownika dokonywane mogą być w trybie online.

CX, CZYLI POŁĄCZENIE PLC I KOMPUTERA PRZEMYSŁOWEGO

Komputer z rodziny CX

W przypadku większych aplikacji, gdzie konieczne jest zapewnienie wydajnego przetwarzania danych, wykorzystywane mogą być urządzenia z serii CX. Rodzina tych produktów zawierających wewnątrz jednej obudowy sterowniki programowalne i komputery przemysłowe obejmuje kilka grup wyrobów różniących się użytymi procesorami, wielkością wbudowanej pamięci operacyjnej i innymi cechami.

Do wydajnych i jednocześnie kompaktowych (58x100x91 mm) jednostek montowanych na szynie DIN należą komputery z serii CX90xx. Bazują one na energooszczędnych procesorach Intel XScale i systemie Windows CE. Jednostki te mają wewnętrzne dyski Flash i nie wymagają stosowania mechanicznego chłodzenia, przez co doskonale nadają się do pracy w trudnych warunkach środowiskowych.

W przypadku zastosowań, w których wymagana jest funkcjonalność komputera przemysłowego, wykorzystywane mogą być embedded PC, którymi są urządzenia z serii CX10xx. Przykładowo w CX1010 zintegrowano procesor Pentium MMX 500MHz, 256MB pamięci RAM i kartę CompactFlash o pojemności 64MB.

W przypadku potrzeby zapewnienia większej wydajności użytkownik wybrać może komputery CX1020 lub CX1030 z procesorami odpowiednio Intel Celeron 1GHz oraz Pentium M 1,8GHz. W każdym z przypadków wykonywane mogą być zadania typowe dla IPC i sterowników, przy czym koszt zakupu urządzeń jest o wiele niższy, niż w przypadku typowych, rozbudowanych komputerów przemysłowych.

Urządzenia z serii CX mają interfejsy Ethernet, szeregowe, USB oraz DVI. Wbudowano w nich także prosty interfejs użytkownika (wyświetlacz i klawisze), co ułatwia kontrolę pracy systemu. Komputery pozwalają na podłączanie modułów we/wy, przez co transmisja danych odbywać się może z wykorzystaniem protokołów Bus Terminal, EtherCAT i różnego rodzaju sieci fieldbus, które wymieniono w poprzednim rozdziale.

Warto nadmienić, że komunikacja ta odbywa się w czasie rzeczywistym, a użytkownik może stworzyć system zawierający wiele mieszanych konfiguracji master/slave oraz różnych interfejsów sieci fieldbus w ramach pojedynczej stacji. Omawiane urządzenia doskonale sprawdzają się również w aplikacjach, gdzie zachodzi potrzeba wykonywania zadań sterowania ruchem (motion control).

Firma Beckhoff ma ogromne doświadczenie w projektowaniu systemów sterowania wykorzystujących PC, z których pierwszy - PC Based Control do sterowania obrabiarkami, pojawił się już w 1986 roku. Obecnie, przy wykorzystaniu oprogramowania TwinCAT, możliwe jest stworzenie wieloosiowego systemu sterowania ruchem i kontroli pracy maszyn bazującego na opisywanych, kompaktowych komputerach przemysłowych.

Tego typu rozwiązania używane mogą być zarówno w sterowaniu maszynami (automatyczne maszyny do cięcia, pakujące, urządzenia montażowe, maszyny w przemyśle papierniczym, metalowym oraz manipulatory), jak też w aplikacjach procesowych (produkcja dyskretna, energetyka, sektor ochrony środowiska) i automatyce budynkowej (kontrola dostępu i inne).

KOMPUTERY PANELOWE CP Z WBUDOWANYMI STEROWNIKAMI

Komputer panelowy CP

Dopełnieniem oferty w zakresie platform sterowania są komputery panelowe (Panel PC), które zawierają wbudowane sterowniki programowalne. Połączenie to zapewnia łatwość tworzenia systemu, wysoki poziom integracji i bardzo dużą wydajność obliczeniową. Panel PC przeznaczone są do instalacji w szafach kontrolnych i pulpitach (wersje CP6xxx) oraz na ramieniu montażowym (CP7xxx).

Biorąc jako przykład te ostatnie, w ofercie Beckhoffa dostępne są urządzenia bazujące na procesorach Intel Atom od 1,1 do 1,6 GHz. Ich cechą charakterystyczną jest mała grubość obudowy wynosząca od 28 do 45mm (w zależności od przekątnej ekranu) i dostępność z wyświetlaczami dotykowymi od 6,5" aż do 19".

Komputery cechują się stopniem ochrony IP65, a do standardowego wyposażenia C77xx należą dwa złącza ethernetowe, interfejs RS-232 oraz czytnik kart Compact Flash. Urządzenia te nie zawierają wentylatorów lub innych elementów ruchomych. W przypadku bardziej wymagających aplikacji zastosować można inne panele z rodziny CP.

Dostępne są komputery wyposażone w bardzo wydajne procesory Intel Core Duo, Core2 Duo oraz Core2 Quad. Ich pamięć operacyjna rozszerzona może być (zależnie od modelu) nawet do 8GB, wykorzystując 64-bitowy system operacyjny.

W każdym z przypadków komputery mogą być łatwo dostosowane do aplikacji - przykładowo wystarczy zdjąć jedynie zaślepkę, aby umieścić dodatkowe karty rozszerzeń czy dyski. Podsumowując - wysoka niezawodność, wydajność i możliwość stworzenia systemu sterowania i wizualizacji z wykorzystaniem pojedynczego urządzenia - to najważniejsze cechy urządzeń z rodziny CP.

WSPÓLNE ŚRODOWISKO PROGRAMOWE TWINCAT

Środowisko programowe TwinCAT

Nawet najlepsze komponenty nie mogłyby pełnić odpowiednio swoich zadań w systemach sterowania, gdyby nie zapewniono możliwości ich zaawansowanego programowania. Beckhoff Automation dostarcza TwinCAT - środowisko pozwalające na konfigurację urządzeń oraz tworzenie i uruchamianie kompletnych systemów. Do jego ważnych cech należą:

• otwartość i kompatybilność z szeregiem systemów sprzętowych oraz zgodność ze standardem IEC 61131-3,
• dostępność wielu wersji - np. przeznaczonych do tworzenia sterowników PLC, NC (w tym wieloosiowych 3D) i CNC,
• integracja z wszystkimi popularnymi sieciami komunikacyjnymi,
• możliwość uruchamiania wielu niezależnych sterowników i systemów,
• wymiana danych z interfejsem użytkownika z wykorzystaniem otwartych standardów (np. OPC, OCX, DLL),
• możliwość pracy pod dowolnym systemem Windows (NT, 2000, XP, Vista, 7, XP Embedded, CE).

TwinCAT to w rzeczywistości coś więcej, niż tylko oprogramowanie narzędziowe i jednolita platforma projektowa. Pozwala ono na tworzenie - wykorzystując przykładowo opisywane wcześniej komputery - rozwiązań sterowania typu PC Based Control.

Przekształca tym samym praktycznie dowolny komputer w kontroler czasu rzeczywistego, który zawierać może wiele sterowników PLC oraz sterowników NC/CNC, a do tego jednocześnie pełnić rolę stacji operatorskiej o funkcjonalności SCADA. Tworzy to unikalne na rynku rozwiązanie, które otwiera nowe możliwości w zakresie tworzenia systemów automatyki i sterowania

Beckhoff Automation Sp. z o.o.
www.beckhoff.pl