Ethernet-Control-Panel mit eingebauter Intelligenz

Display steuert Maschine

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Die Serie der Beckhoff-TFT- Anzeigegeräte, die sogenannten Control- Panel, haben leistungsfähigen Zuwachs bekommen: Unter Beibehaltung der äußeren Abmessungen wurde eine Intel-Pentium-kompatible 266-MHz-CPU integriert. Dadurch mutieren die vormals passiven Displays zu eigenständigen Steuerungen mit integrierter Intelligenz und Standardbetriebssystemen, wie Windows CE und XP Embedded.

Dieser Beitrag stammt von der Elektro Beckhoff GmbH, Verl

Bislang waren die Control-Panel ausschließlich als passive Anzeige- und Bedienelemente im Einsatz, d. h. sie wurden an einen mehr oder weniger entfernt positionierten Industrie-PC angeschlossen (mit der koaxialen CP-Link-Technologie bis zu 100 m) und dienten im Wesentlichen als Bildschirm und Tastatur. Diese Trennung hat den Vorteil, dass ein mit Lüfter und rotierenden Speichermedien ausgestatteter Industrie-PC, je nach mechanischer und thermischer Beanspruchung, im Schaltschrank oder Rechnerraum besser aufgehoben ist als am Ort der Bedienung.
Das Ethernet-Panel
Die bei Beckhoff in der CX1000-Controller-Serie verwendete CPU eröffnet nun, in Kombination mit dem Control-Panel, die Möglichkeit einer neuen Bauform, die die Trennung von Industrie-PC und Anzeigeeinheit aufhebt: Die CPU wandert in das Gehäuse des Control- Panels, ohne dessen äußere Abmessungen zu verändern. Das Ethernet-Panel wird somit zum vollständigen Steuerungsrechner mit folgenden Eigenschaften:
  • Displaygrößen von 6,5“ bis 15“
  • Intel-Pentium-kompatible CPU, 266-MHz-Taktfrequenz
  • passive Kühlung
  • 256-MB-RAM-Arbeitsspeicher
  • 8-kByte-Novram (nicht-flüchtiger Speicher)
  • IDE-Schnittstelle für Compact-Flash (von außen wechselbar) akkugepufferter Echtzeituhr mit Datum (RTC)
  • 2 x Ethernet-Schnittstellen 10/100 MBit
  • 2 x USB-Masterschnittstellen
  • 1 x RS232-Schnittstelle (optional)
Die beiden Ethernet-Schnittstellen dienen der sauberen Trennung zwischen IT- und Automatisierungsebene. Das Ethernet-Panel bleibt lüfterlos und ohne rotierende Speichermedien, da eine Compact-Flash-Karte als Festplattenersatz dient. Auf ein internes Flash wurde verzichtet. Die aktuelle technische Entwicklung im Bereich der Compact-Flash-Karten ist rasant und bietet Preis- und Performancevorteile, die man durch eine steckbare CF besser nutzen kann. Auch ist eine schnellere Austauschbarkeit im Fehlerfall gegeben. Die üppige Ausstattung mit 256-MB-Arbeitsspeicher kommt hauptsächlich dem Einsatz des Ethernet-Panels mit Windows XP Embedded zugute: Damit sind auch ,,speicherhungrige“ .NET-Anwendungen möglich.
Software bestimmt Einsatz
Die Einsatzmöglichkeiten der Ethernet-Panel sind so vielfältig, wie die eines IPC mit Bildschirm. Da als Betriebssysteme wahlweise Windows CE.NET 4.2 oder Windows XP Embedded zum Einsatz kommen, kann sowohl Scada-Software, als auch durch den Kunden selbst erstellte Visualisierungssoftware, zum Ablauf gebracht werden.
Soll zusätzlich mit dem Ethernet-Panel eine Automatisierungsaufgabe gelöst werden, ist der Einsatz von Twincat sinnvoll und zwar wahlweise als SPS- oder Motion-Control-Anwendung für Achsregelung. Die Anbindung der I/O-Ebene erfolgt über einen der Ethernet-Anschlüsse: entweder über das Beckhoff-Realtime-Ethernet-Protokoll oder zukünftig über das ebenfalls Ethernet-basierte Ethercat-Protokoll, das einen noch höheren Datendurchsatz auf der Feldebene herstellt. Der grundsätzliche Architekturunterschied ist in den Bildern 2 und 3 dargestellt. Beiden Lösungen ist gemeinsam, dass im Idealfall – und das ist mit Beckhoff-I/Os und Antrieben erreichbar – die gesamte Feldebene über Ethernet digital an die Steuerung angeschlossen werden kann. Ein herkömmlicher Feldbus, wie Profibus oder CAN, wird in diesem Fall nicht mehr benötigt. Es muss nochmals betont werden, dass es sich von Seiten des Ethernet-Control-Panels nur um unterschiedliche Protokolle handelt, die in Twincat implementiert sind. Die Hardware des Control Panels ist für Realtime-Ethernet und Ethercat identisch.
Bedingt durch die Tatsache, dass die Ethernet-Panel und die CX1000-Embedded-PC-Steuerungen die gleiche CPU verwenden, sind die für Automationszwecke relevanten Leistungsdaten identisch:
  • 1024 SPS-Befehle (praxisrelevanter Mix aus Bool-, INT-, Dint-, Word- und Real-Operationen) werden in ca. 50 µs abgearbeitet
  • Basiszeit von 200 µs für die Motion-Control-Software, ca. 100 µs für jede aktivierte Achse im Twincat-NC-PTP-System
  • Komplexere Motion-Control-Funktionen wie ,,Kurvenscheiben“, ,,Elektronisches Getriebe“ und ,,Fliegende Säge“ sind ausführbar.
Dezentrale Bedienstationen
Eine weitere Einsatzmöglichkeit für das Ethernet-Control-Panel ist ihre Verwendung als dezentral verteilte, über Ethernet an einen oder mehrere Zentralrechner verbundene, Bedien- und Anzeigestationen. In der Microsoft-Nomenklatur werden hierfür häufig die Begriffe ,,Thin Client“ und ,,Rich Client“ verwendet, je nachdem, ob die tatsächliche Anwendung auf dem lokalen Ethernet-Panel oder dem zentralen Rechner abläuft.
Diese Beispiele verdeutlichen die Flexibilität und Vielseitigkeit der Einsatzmöglichkeiten der Ethernet-Panel. Das Spektrum reicht von reiner Anzeige bis hin zum autarken Automationsgerät. Beckhoff’s Ethernet-Panel und Ethernet als Feldbus sind Bausteine einer kompakten Steuerungstechnik. Den PC wird man in Zukunft an einer Anlage nicht mehr so offensichtlich erkennen. Miniaturisierung und Embedded-Technologie lassen ihn schrumpfen und dennoch in seiner Leistungsfähigkeit dem steten Aufwärtstrend folgen. Das Display wird zunehmend das zum Anwender hin Formfaktor bestimmende Element der Steuerungshardware.
Halle 7, Stand 440
Weitere Informationen
Ethernet-Control-Panel
KEM 455

Ethercat-Slave-Controller
Ethercat (Ethernet for Control Automation Technology) ist die Ethernet-Lösung für die Industrieautomatisierung, die sich durch überragende Performance und besonders einfache Handhabung auszeichnet (siehe auch KEM 4/2004, S. 24). Die Grundlagenentwicklung von Ethercat und die technische Erprobung sind abgeschlossen. Ethercat-Slave-Controller werden seit Oktober 2003 kontinuierlich auf FPGA-Basis geliefert. Während noch einige spezielle Protokoll-Features – zum Teil angeregt durch die Beiträge der Ethercat Technology Group (ETG) – ergänzt werden, beginnt bereits die Umsetzung vom FPGA ins ASIC. Da bei der FPGA-Implementierung bereits eine leistungsfähige und flexible Lösung verfügbar ist, liegt der Schwerpunkt bei der Asic-Entwicklung nicht auf „time to market”, sondern auf „all inclusive”. Die ersten Ethercat-Slave-Controller auf Asic-Basis werden für das 2. Quartal 2005 erwartet.

Ethercat auf der SPS/IPC/Drives 2004
Auf Veranlassung der Ethercat Tecnology Group (ETG) wird Ethercat aktuell in die IEC-Normung eingebracht. Es wird auch an Themen wie Safety und Hochverfügbarkeit mit Leitungsredundanz bereits gearbeitet.
Auf der SPS/IPC/Drives präsentiert sich die ETG erstmalig mit einem eigenen Messeauftritt. Die ETG-Mitgliedsfirmen stellen neue Ethercat-Geräte, sowohl Slave- als auch Master-Implementierungen, vor.
Halle 7, Stand 544

Beckhoff EtherCAT
EtherCAT Technology Group
Deutsche Forschungsgesellschaft für die Anwendung der Mikroelektronik e.V
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