esd: Leistungsfähige E/As für die Automatisierung

Hinter der Idee, Feldbussysteme in der industriellen Automatisierung einzusetzen, steht eigentlich, dass die Signale dort aufgenommen werden, wo sie anfallen und dort ausgegeben werden wo sie benötigt werden. Im idealen Fall wünscht man sich also den \’einkanaligen Feldbus-Sensor\‘ und den \’einkanaligen Aktor\‘. An jeden Schalter und Messaufnehmer, zu jeder Signalleuchte und zu jedem Stellglied führen wir unseren Feldbus direkt. Irgendwo mittendrin, wie eine Spinne im Netz, sitzt die SPS und hat die totale Kontrolle über das Netzwerk. Dezentral vernetzte Einheiten In der Realität sieht es jedoch anders aus. Entweder sind feldbusfähige Sensor/Ak­tor-Einheiten nicht oder noch nicht verfügbar, die Funktionalität des Feldbus-Systems ist nicht ausreichend, oder aber eine \’Einzelvernetzung\‘ ist schlichtweg zu teuer. Ein guter Kompromiss liegt wie so häufig in einem Mittelweg: Warum fassen wir Sensor-/Aktor-Ansteuerungen nicht einfach vielkanalig zu feldbusfähigen Modulen zusammen? Wenn wir nun noch mehrere dieser Baugruppen simpel und ohne großen Verdrahtungsaufwand zu dezentralen Einheiten (Clustern) z.B. für den Einsatz in Schaltschränken zusammenfassen, lösen wir schnell, flexibel und kostengünstig die gestellte Automatisierungsaufgabe. Kompakte E/A-Baugruppen Die esd CAN-CBX-Serie mit In-Rail-Bus bietet industriegerechte CAN­open-Ein-/Ausgabe-Baugruppen in Kombination mit servicefreundlicher \’Verdrahtung\‘ des CAN-Feldbusses und der Versorgungsspannung. Damit entsteht ein modulares E/A-System, bei dem jede Einheit ein eigenständiger CANopen-Knoten ist. Die Signal-Funktionalität wird in jedem Knoten mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit verarbeitet und ereignisgesteuert auf dem Feldbussystem gesendet. Ein langsames Einsammeln der Eingangsinformationen der Prozesssignale in einer Kopfstation und damit erst späteres Versenden über den Feldbus entfällt also. Prozessinformationen, seien sie nun binär, analog oder gar seriell, gelangen mit minimalster Latenzzeit zur Verarbeitung. Die Module der CBX-I/O-Serie lassen sich stand-alone betreiben, also dort einsetzen, wo die Signale benötigt werden, oder aber sehr einfach zu Clustern über den In-Rail-Bus zusammenfassen. Für jeden etwas Das Portfolio der CBX-I/O-Serie wächst ständig. Neben rein digitalen und analogen Modulen sind zur vollständigen Automatisierungslösung auch Controller mit SPS-Funktionalität unter dem IEC61131-Programmiersystem CoDeSys verfügbar. Auch Sonderbaugruppen, angepasst an die spezielle Mess- und Steuerungsaufgabe, können auf Kundenwunsch schnell realisiert werden. Eine Übersicht verfügbarer CBX-Komponenten finden Sie in nebenstehender Tabelle. CANopen – schneller E/A-Feldbus Alle CAN-CBX-IO-Module basieren auf dem CANopen-Standard nach CiA DS301 und den entsprechenden Profilen aus der Reihe CiA DS 4xx. LED-Diagnoseanzeigen auf jedem Modul geben Auskunft über den Kommunikationsstatus einer jeden Baugruppe. Zusätzlich wird bei digitalen E/A-Baugruppen für jeden Kanal einzeln der Signalzustand angezeigt. Die CAN­open-Knotennummer und die CAN-Bit-rate wird praxisgerecht über Drehschalter eingestellt. Die Versorgungsspannung und der CAN-Bus-An­schluss werden entweder über den in die Hutschiene integrierten In-Rail-Bus-Ver­binder oder separat über Klemmenstecker zugeführt. Alle Baugruppen der CBX-IO-Serie zeichnen sich durch 2- oder 3-Leiter-Anschluss der Ein-/Ausgänge aus. In-Rail-Bus Die CBX-I/O-Baugruppen sind über den T-förmigen Bus-Verbinder (In-Rail-Bus) in der Hutschiene anreihbar. Damit entsteht eine sofortige Verbindung des CAN-Busses und der Modul-Versorgungsspannung. Einzelne Baugruppen können sogar im Betrieb ohne Störung des Busverkehrs ausgetauscht werden. Kasten1: esd: Qualität – Made in Germany Die esd gmbh aus Hannover wurde vor über 25 Jahren gegründet und hat sich als Hersteller von Serienprodukten im Bereich industrieller Steuerungstechnik ebenso einen Namen gemacht wie als Anbieter individuell zugeschnittener Automatisierungssysteme im Embedded-Bereich. Als CAN-Pionier der ersten Stunde bietet das Unternehmen standardmäßig industrielle Kommunikationsmodule auf Basis von CAN (CANopen, Devicenet) an. Hierzu zählen neben CAN-Interface-Modulen für die gängigsten PC-Schnittstellen (PCI, CompactPCI, PMC, PCIexpress, PCI/104, USB, Ethernet) und CAN-Gateways (Ethernet, Profibus-DP, Profinet-IO, Ethercat) auch eine umfangreiche Serie an CANopen-E/A-Baugruppen. Mit einem Team von hochqualifizierten und motivierten Ingenieuren entwickeln schwerpunktmäßig individuelle Automatisierungslösungen entsprechend den speziellen Kunden-Anforderungen. Die esd gmbh ist ein weltweit agierendes, mittelständisches Unternehmen. Die esd-Gruppe umfasst neben einer US-Tochter zusätzlich langjährige Partner in Japan, China und Israel sowie Distributoren für den europäischen Raum. Kasten2: CAN-CBX-CPU5201 Ein leistungsfähiger Echtzeit-Controller in smartem Format mit hoher Packungsdichte an Speicher und Schnittstellen. Neben der PowerPC-CPU mit integrierter Floating Point Unit und einer Taktrate von 400MHz sowie dem on-board 512MByte RAM und 1GByte Flash bietet der Controller auch zwei unabhängige CAN-Schnittstellen, davon eine als CANopen auf dem In-Rail-Bus ausgeführt, eine serielle RS232-Schnittstelle, eine 100MBit-Ethernet-Schnittelle, eine Full-Speed (480MBit/s) USB-Schnittstelle sowie optional eine Profibus-DP-Slave-Schnittstelle. Als Betriebssysteme stehen wahlweise Linux, QNX oder VxWorks zur Verfügung. Zusammen mit dem IEC61131-Programmiersystem CoDeSys wird die CPU5201 zu einer flexiblen Hochleistungs-SPS. Kasten3: Ethercat Master Stack für Embedded Systeme Mit dem esd-eigenen Ethercat Master-Stack bietet sich auf der CPU5201 einer der schlankesten derzeit verfügbaren Ethercat-Master-Controller an, der unter verschiedenen Echtzeit-Betriebssystemen z.B. QNX, CE, VxWorks wie auch Linux und Windows lauffähig ist. Kasten4: Digitale Ein-/Ausgänge mit Zählerfunktion Die Ein-/Ausgabe-Baugruppe CAN-CBX-DIO8 bietet die flexible Möglichkeit der Zuordnung von binären Ein- und Ausgängen. So lässt sich jeder der acht Kanäle wahlweise als Eingang oder Leistungsausgang (24V/1A) programmieren. Zudem ermöglicht die DIO8 eine extrem schnelle Erfassung binärer Eingangs-Signale im Bereich von weit unter 1ms. Die standardmäßig für jeden Eingangs-Kanal unabhängig integrierte 32Bit-Zählerfunktion gestattet es, Ereignisse bis zu einer Frequenz von 5kHz zu zählen. Kasten5: Serielle Verbindungen Die Integration von Geräten mit seriellen Standardschnittstellen wie RS232 oder RS485/RS422 in CANopen-Feldbussysteme ist über das CBX-COM2-Modul realisiert. Die seriellen Daten werden dabei in max. 8Byte lange CANopen-PDOs verpackt, und selbstverständlich wird das gleichzeitige Senden und Empfangen von Daten unterstützt. Die Schnittstellenparameter wie Baudrate und Parität der beiden unabhängigen seriellen Schnittstellen lassen sich ebenso flexibel anpassen wie auch die Kommunikation der Schnittstellen-Protokolle, seien sie auch noch so speziell. Über eine Konfiguration aus Zeichen-Timeout-Parametern und String-Endekennungen, wie z.B. CR, LF oder Kombinationen daraus, wird die Einbindung der seriellen Geräte erreicht. Kasten6: Wireless AIR/2 – E/As kabellos verbinden Das CAN-CBX-AIR/2 gestattet die Kommunikation zu Steuerungs-Baugruppen, die mit einer Kabelverbindung nur schlecht oder gar nicht zu erreichen sind. Es können dabei problemlos Entfernungen bis zu 25m überbrückt werden. Die große Bandbreite im verwendeten 2,4GHz-ISM-Funk-Band gestattet auch CANopen-seitig ein hohes Datenvolumen an E/A-Informationen zu den angeschlossenen CBX-Baugruppen. Im allgemeinen Anwendungsfall einer Wireless-Bridge bietet die on-board-USB-Schnittstelle eine flexible Diagnose des Funk- und CAN-Kommunikations-status. So lassen sich hier Informationen über die Verbindungsqualität wie auch weiterführende Kenngrößen zur Beurteilung der Datenkommunikation wie z.B. Buslast oder aufgetretene Error-Nachrichten abfragen. Auch die Aufzeichnung des gesamten CANopen-Nachrichtenverkehrs mit dem esd-Standard-Monitoring-Tool CANreal ist jederzeit über diese Diagnose-Schnittstelle möglich. Kasten7: EtherCAN/2 Zur Vernetzung modularer I/O-Module bietet sich CAN im Feldbereich auf einfache Weise an. Um eine übergeordnete Steuer- oder Leitebene anzubinden, ist aber Ethernet aufgrund der Netzausdehnung und universelleren Verwendbarkeit besser geeignet. Mit dem EtherCAN/2 bietet esd ein Modul an, dass sowohl als Kopfstation für CBX-E/A als auch als allgemeine CAN/CANopen-Schnittstelle mit einem Automatisierungssystem verwendet werden kann. Zusätzlich ermöglicht der CBX-In-Rail-Bus eine einfache Verschaltung, da CAN und Versorgungsspannung auf dem Steckersystem enthalten sind. Zur Anbindung an ein Rechnersystem steht die bei esd produktübergreifend ausgelegte NTCAN-API (inkl. CANopen) für Windows, Linux, QNX, usw. zur Verfügung. Die bewährten esd CAN-Tools sind bereits im Lieferumfang enthalten. Alternativ lässt sich das Gerät direkt über eine dokumentierte Socket-Schnittstelle ansteuern. Zur einfachen Parametrierung und Diagnose steht ein interner Webserver zur Verfügung. Neben den Einstellungen für Ethernet und CAN, lassen sich auch Status und Kommunikationsstatistiken auslesen. Kasten8: Profinet CAN-PN Um SPS-Nutzern mit Profinet-IO-Schnittstelle einen einfachen Zugang zu CAN-Netzwerken zu ermöglichen, hat esd das bereits zertifizierte CAN-PN Gateway entwickelt. Als Profinet-IO-Teilnehmer kann das Gateway mit den bekannten Profinet-Tools (z.B. Simatic Manager) vollständig von der SPS konfiguriert werden. Zusätzliche Software ist hierfür nicht erforderlich. Eine GSDML-Datei liegt dem Gerät bei. Konfigurierbar sind jeweils bis zu 256Bytes Eingangs- und Ausgangsdaten. Für die Anbindung an Profinet stellt das Modul zwei RJ45-Buchsen zur Verfügung. Die CAN-Schnittstelle ist nach ISO11898-2 ausgelegt und enthält ebenfalls eine galvanische Trennung. Das Gehäuse wurde entsprechend den CAN-CBX-IO Modulen zur Montage auf der Hutschiene ausgelegt. Die praktische In-Rail-Bus-Schnittstelle ermöglicht eine schnelle Anbindung von CBX-I/O-Modulen. Da weder CAN noch die Versorgungsspannung verdrahtet werden müssen, steigt die Servicefreundlichkeit und die Fehleranfälligkeit verringert sich. Kasten9: Ethercat Verschiedene Feldbussysteme existieren häufig nebeneinander in komplexen Automatisierungssystemen. Die Verwendung mehrerer Bussysteme, aufgrund spezieller technischer Eigenschaften oder bestehender Systemteile, lässt sich nicht vermeiden. Die Notwendigkeit des Datenaustausches bzw. der Kopplung solcher Systeme ist eine alltägliche Problemstellung. Das CAN-Ethercat-Gateway bietet die Möglichkeit des Datenaustausches zwischen CAN und Ethercat. Dabei verhält sich das Modul für die CAN-Teilnehmer z.B. in einem CAN­open-System als Manager oder auch als Slave. Die galvanisch getrennte CAN-Schnittstelle entspricht ISO11898-2. Die Anbindung des Gateways an ein Ethercat-Netzwerk erfolgt als Slave über eine ebenfalls galvanisch getrennte 100Base-TX-Ethernet-Schnittstelle. Die maximale Größe an Ein- bzw. Ausgangsdaten entspricht 8kByte. Die Konfiguration erfolgt komfortabel über den Ethercat-Master unter Verwendung einer XML-Datei, das interne Web-Interface oder die USB-Schnittstelle. Kasten10: CBX-Systemübersicht – CAN-Ein-/Ausgabemodule mit In-Rail-Bus – kompakte eigenständige CANopen-IO-Baugruppen – Schaltschrank gerechte Verdrahtung mit 2- oder 3-Leiter-Anschluss – Durch In-Rail-Bus anreihbar – Verbindung von CAN und Versorgungsspannung ohne Verdrahtungsaufwand – Einzelne Baugruppen sind ohne Störung anderer Module austauschbar – Einfache Hutschienen-Montage – Automatischer Funktionserde-Kontakt (FE) – Spannungsversorgung 18V bis 32VDC – Umgebungstemperaturbereich -20°C bis 60°C – Firmware kundenspezifisch erweiterbar und über CAN nachladbar – CAN-Schnittstelle nach ISO11898-1, galvanisch getrennt – einstellbare CAN-Bitrate bis zu 1MBit/s – CANopen nach CiA DS 301 – CANopen-I/O-Profile nach CiA DSP 4xx Kasten11: Controller / SPS CPU5201… PowerPC mit FPU, 400MHz, 1x Ethernet, 2x CAN, CoDeSys Digital I/O DIO8…8x Ein-/Ausgänge, 24V/1A, Zähler bis 5kHz programmierbar REL4…4 Relais, 2 Wechsler, 2 Schließer, Schaltleistung je 2.000VA PCIO…8x Ein-/Ausgänge mit Timer, Zähler, PWM, Frequenz, Periodendauer etc., 1MHz Analog I/O AI814…8 analoge Eingänge, ±10V, 14 Bit Auflösung, 200kHz Abtastrate AI420…4 analoge Eingänge, ±10V, 20 Bit Auflösung, Sigma-Delta AO412…4 analoge Ausgänge, ±10V, Auflösung 12 Bit+VZ DMS…1 analoger Eingang für Widerstands-Messbrücke, 20 Bit Auflösung PT100…4 analoge Eingänge für Pt100/Pt1000, -100°C bis 500°C, 20 Bit Auflösung Seriell I/O COM2…2 serielle Schnittstellen RS232, optional RS485 / RS422 / TTY(20mA) Antriebsmodul STEPCON…1 Achsansteuerung für bipolaren Schrittmotor, max. 1,2A Wireless AIR/2…Drahtlose CAN-Bridge Spannungsversorgung NT24…24V-Spannungsversorgung, Eingangsspannung 115 bis 230VAC / 50 bis 60Hz Gateways zu Industrial Ethernet Systemen EtherCAN… Ethernet zu CAN/CANopen und CBX-IO Ethercat…Ethercat zu CAN/CANopen und CBX-IO CAN-PN…Profinet-IO zu CAN/CANopen und CBX-IO