I/O-System mit intelligenter Kopfstation: Plattform für SPS- und Motion-Control-Anwendungen

Die Hutschienengeräte aus der Gerätefamilie L-force Controller 3200 C von Lenze ergänzen das I/O-System 1000. Mit seinem schnellen Rückwandbus, dem Zeitstempelsystem und der Palette an schnellen I/O-Modulen eignet sich das moderne Scheibensystem für schnelle Steuer- und Regelungsaufgaben. Es ist daher nur konsequent, dass das Unternehmen das Produktspektrum um intelligente Kopfstationen erweitert. Die Mitglieder der neuen Gerätefamilie L-force Controller 3200 C nutzen die gleiche, vollkommen neu entwickelte Architektur mit Atom-Prozessor, wurden aber für unterschiedliche Aufgabenstellungen optimiert. Modularer Motion Controller Der ab November 2010 erhältliche PLC- und Motion Controller 3221 C aus der Produktfamilie L-force Controller 3200 C ist speziell auf die Belange einer Bewegungssteuerung zugeschnitten und kann über den integrierten Rückwandbus mit Modulen aus dem I/O-System 1000 erweitert werden. Er hat zwei 100MBit-Ethernet-Schnittstellen mit integriertem Switch. Damit entfällt der sonst erforderliche externe Switch beim Aufbau einer Linienstruktur. Eine dritte Ethernet-Schnittstelle ist für den Betrieb als Ethercat-Master reserviert. Aufgrund der modularen Bauweise kann der 136mm breite Motion Controller mit weiteren Kommunikationsbussen ausgestattet werden: Lenze bietet zu diesem Zweck eine Erweiterungskarte mit zwei untereinander synchronisierten CAN-Bussen an, die CANopen unterstützen. Darüber hinaus steht eine Profibus-Karte zur Verfügung, mit deren Hilfe Anwender des Controllers verschiedene Profibus-Feldgeräten einsetzen können. Da die Profibus- und die Ethercat-Schnittstellen parallel arbeiten, eignet sich die Steuerung auch für Einsatzfälle, in denen mit Profibus automatisierte Anlagenteile unverändert beibehalten werden sollen, aber ein moderner, schneller Motion-Control-Bus wie Ethercat und eine leistungsfähige Steuerung erforderlich sind. Als Speichermedium ist ein Flash-Speicher vorgesehen, der die noch verbreitet eingesetzten, aber anfälligeren Festplatten ablöst. Da die Atom-Architektur ohne Lüfter und damit ohne bewegte Teile auskommt, sind die Geräte robust gegenüber Schock und Vibrationen. Für die Nutzung eines Datenwechselträges wurde das Gerät mit einem SD-Speicherkarten-Slot sowie zwei USB-Schnittstellen versehen. Vier LEDs zeigen den Betriebszustand an und ermöglichen eine erste Analyse ohne zusätzliche Diagnosegeräte. Zusätzlich haben die Entwickler für eine bequeme Auswertung einen Webserver integriert, der den Zugriff auf sämtliche Parameter des Controllers oder auf das Logbuch ermöglicht. Dafür benötigt der Anwender lediglich ein Notebook mit einem beliebigen Webbrowser und einer Ethernet-Schnittstelle. Eine integrierte USV-Funktion sorgt bei einem Ausfall der Stromversorgung für die Sicherung von Retain-Variablen des Steuerungssystems. Als Betriebssystem kommt Windows CE 6 zum Einsatz. Plattform für die Visualisierung Der L-force Controller 3231 C aus der Produktfamilie L-force Controller 3200 C unterscheidet sich vom 3221 C durch eine zusätzliche DVI- und eine dritte USB-Schnittstelle. Damit können handelsübliche Monitore mit DVI-Schnittstelle oder die Monitor-Panels von Lenze angeschlossen werden. Bei größeren Entfernungen zwischen Controller und Monitor können mithilfe eines DVI/USB-Extenders Strecken von bis zu 40m überbrückt werden. Die zusätzliche USB-Schnittstelle bietet sich zum Einlesen von Eingaben am Bildschirm (Touch-Panel-Funktion) oder über Tasten an. Damit ist dieses Gerät für Anwendungen geeignet, bei denen die Steuerung gleichzeitig als Hardwareplattform für die Visualisierung fungieren soll. Programmierung mit CoDeSys Für die Programmierung der Steuerungsanwendung steht die IEC61131-konforme Programmierumgebung PLC-Designer 3 zur Verfügung, die auf dem Programmiersystem für SPS und In­dust­rie-Steuerungen CoDeSys 3 fußt. Lenze hat dafür das Standardsystem modifiziert und qualifiziert, um einen zuverlässigen Dauerbetrieb in Automatisierungssystemen sicherzustellen. Damit ist Lenze einer der ersten Hersteller, der Anwendern den Einsatz dieser Variante von CoDeSys ermöglicht. Gegenüber dem PLC-Designer 2 bietet das neue System folgende Eigenschaften: – Modernes Look & Feel: angelehnt an Microsoft Visual Studio.NET und mit Detailverbesserungen der Editoren – Versionierung von Bibliotheken: verschiedene Versionen der gleichen Bibliothek nutzbar – Bedingte Code-Generierung erleichtert die Erstellung skalierbarer Programme durch die Verwendung von Präprozessor-Anweisungen – Verteilte Applikationen: Trennung von Funktion und Hardware; mehrere Applikationen auf einer Hardware; mehrere Steuerungen in einem Projekt – Zusätzliche Sprachelemente: objektorientierte Programmierung Anders als das reine CoDeSys 3 verfügt der PLC-Designer über weitere Funktionen, die auf die Hardware von Lenze zugeschnitten sind. So wurde das Timing optimiert und auf die CAN-Karte MC-CAN2 angepasst, sodass eine verbesserte Packungsdichte zur Ausnutzung der Busperformance auf dem CAN-Bus gewährleistet ist. Ferner wurde das System um eine Gateway-Funktion erweitert, die es Engineering-Umgebungen wie dem L-force Engineer ermöglicht, durch die Steuerung bis auf die Feldebene zuzugreifen – speziell für Ethercat eine sinnvolle Systemerweiterung. Die wesentlichste Ergänzung ist jedoch die Einbindung des I/O-Systems 1000 in die Steuerungskonfiguration. Die einzelnen I/O-Module können direkt als Element in der Struktur des Projektbaums im PLC-Designer eingefügt werden – der Rückwandbus des I/O-Systems ist nahtlos in die Engineering-Umgebung integriert. Für die Parametrierung des I/O-Systems stehen dedizierte Bedienoberflächen zur Verfügung. Die Parameterstruktur des I/O-Systems 1000, die sich an dem CiA-Profil 401 orientiert, tritt hier in den Hintergrund und schafft Raum für grafische Benutzeroberflächen. Motion-Bausteine nach PLCopen I/II Für die Realisierung von Bewegungsführungen enthält der PLC-Designer Bibliotheken mit zertifizierten Motion-Bausteinen nach PLCopen Part I und II sowie Funktionen zur Umsetzung von elektronischen Kurvenscheiben, elekt­ronischen Nockenschaltwerken oder einer 3D-NC-Steuerung. Entsprechend enthält die PLCopen-Bibliothek u.a. Bausteine, mit denen die Bewegungssteuerung einzelner Achsen, aber auch die synchronisierte Bewegung mehrerer Achsen programmiert und realisiert werden kann. Bestandteile der Bibliothek sind Bausteine zur Statusabfrage, Parametrierung und allgemeinen Bedienung sowie Funktionsbausteine für den Antrieb einer Achse gemäß vom Anwender festgelegter Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofile, wie sie beispielsweise in Form einer mit dem PLC-Designer generierten Kurvenscheibe vorliegen. Zum Lieferumfang gehören außerdem Funktionsbausteine zur Programmierung elektronischer Getriebe oder zur Phasenverschiebung. Integrierter 48MHz-Rückwandbus Die Kommunikation zwischen den Geräten aus der Produktfamilie L-force Controller 3200 C und den I/O-Modulen aus dem I/O-System 1000 erfolgt über den integrierten 48MHz-Rückwandbus, der als Master-Slave-System so einfach gehalten wurde, dass er sich für die Einbindung in verschiedene übergeordnete Bussysteme eignet. Das ist insbesondere bei kleinen Stationsaufbauten sinnvoll, da er sich im Wesentlichen auf die Übertragung der reinen Nutzdaten beschränkt und keinen Overhead durch umfangreiche Header in Protokollstrukturen mit sich bringt. Für die Verarbeitung der Prozessdaten stellt der Rückwandbus verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Dementsprechend lässt sich die für die jeweilige Anwendung optimale Lösung wählen. Beispielsweise ist ein Einzelzugriff des Buskopplers auf ein I/O-Modul, aber auch der gleichzeitige Zugriff auf mehrere Module nach einer Gruppenbildung möglich.