02.04.2014

Neue Steuerungs-Generation:

Axiocontrol: für anspruchsvolle Automatisierungsaufgaben

Auch außerhalb von Motion-Control-Anwendungen spielt die Bearbeitungsgeschwindigkeit in vielen Automatisierungs-Applikationen eine immer wichtigere Rolle. Dabei steht die Geschwindigkeit der gesamten Anwendung im Fokus, die maßgeblich von den eingesetzten Komponenten abhängt. Denn mit den entsprechenden Geräten lässt sich eine höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit der einzelnen Arbeitsschritte erreichen, was wiederum die Produktivität der ganzen Maschine oder Anlage steigert (Bild 1).

Autor: Benjamin Homuth, PHOENIX CONTACT Electronics GmbH.


Spezielle Steuerungsarchitektur erlaubt hohe Geschwindigkeit

Im Maschinen- und Anlagenbau gibt es neben dem Bereich Motion Control verschiedene Anwendungen, in denen beispielsweise Signale gezählt und eine schnelle Reaktion auf einen voreingestellten Zählerstand ausgelöst werden soll. Diese Applikationen lassen sich jetzt standardmäßig mit der neuen Hochleistungs-Steuerung AXC 3050 und den I/O-Modulen der Produktfamilie Axioline F umsetzen. Denn die in den AXC 3050 integrierten Technologiefunktionen ermöglichen das Abbilden von Zählfunktionen sowie schnellen Ein- und Ausgängen auf Standard-I/O-Komponenten. Aufgrund der direkten Anreihung der Axioline-F-Module an die SPS und der darauf ausgelegten Steuerungsarchitektur liegen die Reaktionszeiten im Mikrosekunden- und das Zählen von Signalen im kHz-Bereich. Durch die einfache Zuweisung in der Engineering-Software PC Worx kann jeder beliebige digitale Ein-/Ausgang eines lokal angeschlossenen Axioline-F-Moduls zu einem schnellen Event-Ein-/Ausgang oder Zähleingang gemacht werde. Die I/O-Komponenten lassen sich dann im SPS-Programm über vorgefertigte Funktionsbausteine eigens auswerten. Aus der Nutzung der Hochleistungs-Steuerung AXC 3050 sowie der Einsparung spezieller I/O-Hardware ergibt sich somit eine leistungsfähige und kostenoptimierte Lösung für entsprechende Anwendungen.

Bild 1: Die neue Steuerung AXC 3050 der Produktfamilie Axiocontrol eignet sich auch für komplexe Automatisierungsaufgaben
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Das Herzstück jeder Maschine oder Anlage bilden die SPS und ein leistungsfähiges E/A-System. Bei der SPS erweisen sich die Bearbeitungsgeschwindigkeit des Steuerungsprogramms, die Übertragungsrate des verwendeten Bussystems sowie eine möglichst hohe Synchronität respektive ein geringer Jitter bei der Datenübergabe zwischen den Geräten als wichtige Kriterien. Das gilt insbesonders, wenn es sich um Anwendungen handelt, in denen kurze Reaktionszeiten oder eine schnelle Auswertung beispielsweise von Zählimpulsen gefordert sind. Deshalb hat Phoenix Contact die genannten Eigenschaften bei der Entwicklung der neuen Steuerungs-Generation Axiocontrol zum Maßstab genommen. Nach der erfolgreichen Markteinführung der Axioline-Kleinsteuerung AXC 1050 wird das Portfolio zur Hannover Messe 2014 um eine weitere SPS für das Echtzeit-E/A-System Axioline F ergänzt. Mit dem AXC 3050 steht den Anwendern nun eine Hochleistungs-Steuerung zur Verfügung, die auch sehr hohe Anforderungen der Anwendung abdeckt. Die SPS zeichnet sich durch drei wesentliche Eigenschaften aus, die in den einzelnen Applikationen in unterschiedlicher Ausprägung erforderlich sind: schnelle Datenübertragung, robustes Design und einfache Handhabung. Der AXC 3050 wurde speziell für Anwendungsbereiche konzipiert, die besondere Anforderungen an die Flexibilität und Geschwindigkeit der Applikation und somit auch der installierten Komponenten stellen. Dazu gehören die regenerativen Energien mit Windenergieanlagen, Infrastruktur-Projekte sowie der Maschinen- und Anlagenbau.

Reaktionszeit im Mikrosekunden-Bereich

Soll die Geschwindigkeit einer Automatisierungs-Anwendung erhöht werden, kommt neben der Bearbeitungsgeschwindigkeit der Zeit eine große Bedeutung zu, die für die Bearbeitung der verschiedenen Prozessschritte benötigt wird. In vielen Applikationen sind hierzu schnelle Reaktionszeiten und die zügige Auswertung von Eingangssignalen erforderlich. Unter Reaktionszeit wird dabei die Zeit verstanden, die zum Einlesen eines Signals sowie dessen Bearbeitung und Ausgabe notwendig ist. Der AXC 3050 bietet Anwendern eine Bearbeitungsgeschwindigkeit von einer Mikrosekunde pro 1.000 Anweisungen (Bit-Datentyp) sowie integrierte Technologie-Funktionen. In Anwendungen, in denen das schnelle Zählen und eine Eventtask-Verarbeitung gefragt sind, nutzt die Hochleistungs-Steuerung die Geschwindigkeit des Axioline-E/A-Systems voll aus. Durch die Kombination der Axiocontrol-SPS und der E/A-Module der Produktfamilie Axioline F lassen sich Reaktionszeiten im Mikrosekunden- und Zählfunktionen im kHz-Bereich realisieren.

Reduzierung von Anlagenausfällen

Das Design der Axiocontrol-Steuerung AXC 3050 orientiert sich an der mechanischen Beanspruchung in rauen Umgebungsbedingungen. Die Robustheit der SPS zeigt sich beispielsweise in verschärften Testkriterien sowie zusätzlichen Vibrations- und Schockprüfungen. Darüber hinaus trägt die eingebaute unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) zur Erhöhung der Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen bei. Denn in zahlreichen kleineren Anwendungen ist die Installation einer externen USV im Schaltkasten aus Kosten- und Platzgründen nicht möglich. Daher verfügt der AXC 3050 bereits über einen Kurzzeitpuffer, der die Hochleistungs-Steuerung bei einem Spannungsausfall betriebsbereit hält. Auf diese Weise können die wichtigsten Daten - wie die Werte der als remanent gekennzeichneten Variablen - sicher auf der SD-Karte gespeichert und eine vom Anwender frei programmierbare Maßnahme im Applikationsprogramm abgearbeitet werden. Die SPS wird also zuverlässig heruntergefahren, was in den meisten Fällen auch für die Maschine oder Anlage gilt. Durch die Spannungsausfall-Sicherheit des AXC 3050 lässt sich die Ausfallzeit der Anwendung somit ebenfalls reduzieren.

Flexibilität bei der Vernetzung

Wie alle Steuerungen von Phoenix Contact wird der AXC 3050 mit der Entwicklungs-Umgebung PC Worx programmiert (Bild 2). Dazu stehen die fünf Sprachen der IEC61131-3 zur Verfügung. Die Verwendung des Standards vereinfacht den Einstieg in die Steuerungswelt des Blomberger Automatisierungsspezialisten und ermöglicht die Weiterverwendung von bereits erstelltem Programmcode. Das automatische Einlesen der angeschlossenen E/A-Module sowie eine umfangreiche Diagnose und Debug-Funktion gehören außerdem zu den Standard-Funktionen des Steuerungssystems. Es unterstützt zudem viele IT-Protokolle, die in Verbindung mit den integrierten Ethernet-Schnittstellen seine Einbindung in das Unternehmensnetzwerk erleichtern und so für den schnellen Zugriff auf die Produktionsdaten sorgen. Die drei separaten Ethernet-Ports bieten eine hohe Flexibilität bei der Vernetzung der Maschine oder Anlage (Bild 3). Beispielsweise lässt sich ein IP-Adressbereich für die Standard-Konfiguration innerhalb der Applikation nutzen, während mehrere Maschinen über einen weiteren IP-Adressbereich zu einem Netzwerk zusammengeschaltet werden. Der dritte Port bietet sich dann als Fernwartungsanschluss, zur Ankopplung eines zusätzlichen Bediengeräts oder zwecks Anbindung an die Office-IT an. Der Prozessdaten-Austausch über die Ethernet-Schnittstellen erfolgt mittels Standard-Protokollen wie Profinet oder Modbus TCP, sodass dezentrale E/A-Stationen aufgebaut und Geräte anderer Hersteller angekoppelt werden können.

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Update mittels USB-Stick oder SD-Karte

Neben der einfachen Programmierung und Datenanbindung bietet die Axiocontrol-Steuerung eine kompakte Bauform und intuitive Handhabung, was die Montage und Inbetriebnahme auch unter beengten Platzverhältnissen im Schaltschrank erlaubt (Bild 4). Ist ein Update der Firmware oder des Steuerungsprojekts notwendig, lässt sich dies mittels eines USB-Sticks oder der optional erhältlichen SD-Karte durchführen (Bild 5). Ein PC ist nicht erforderlich. Der USB-Stick und die SD-Karte können auch als Logging-Speicher oder zur Erweiterung des SPS-Speichers eingesetzt werden.

Fazit

Die Verbindung aus den Axiocontrol-Steuerungen AXC 3050 und AXC 1050 sowie dem Axioline-E/A-System macht eine Maschine oder Anlage nicht nur schneller, sondern auch robuster und einfacher handhabbar. So steigern besondere elektromagnetische Eigenschaften (Störaussendung Klasse B), der mechanische Aufbau und die Spannungsausfall-Sicherheit die Zuverlässigkeit der gesamten Applikation. Die integrierten Technologie-Funktionen wie schnelle Zähler oder die Eventtask-Verarbeitung ermöglichen die Umsetzung entsprechender Anwendungen ohne die Nutzung spezieller E/A-Module. Vor diesem Hintergrund lohnt es sich, bei der Planung der Maschine oder Anlage besonderes Augenmerk auf die einzelnen Komponenten der Automatisierungslösung zu legen. Denn der AXC 3050 erhöht hier die Geschwindigkeit, Flexibilität und Verfügbarkeit der Applikation signifikant - und das zu überschaubaren Investitionskosten.

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