Quantensprung in der Mikrobearbeitung mit offener und schneller CNC. 26 cover. 16 interview. 12 products

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1 Nr. 1 April cover Quantensprung in der Mikrobearbeitung mit offener und schneller CNC 12 products 16 interview Mit systemintegrierter Energiemessung zum erfolgreichen Energiemanagement Industrie 4.0: PC-based Control als Basistechnologie für die Smart Factory

2 2 contents PC-Control Tragarm-Panel-PC CP32xx ergänzt durchgängiges Multitouch-Portfolio 12 Scientific Automation: Mit systemintegrierter Energiemessung zum erfolgreichen Energiemanagement 20 Industrie 4.0: Interview mit Andreas Thome zur Verschmelzung von Internettechnologie und Automation Google Glass für die industrielle Automation 40 Park Hotel Vitznau, Schweiz: PC- und BACnetbasierte Gebäudeautomation sorgt für Effizienz und Komfort hinter historischen Mauern

3 PC-Control contents 3 4 news Hannover Messe 2014: die Evolution von Industrie Verschmelzung von Internettechnologie und Automation: Google Glass für die industrielle Automation 44 Miele, Deutschland: BACnet-, EnOcean- und DALI-Kommunikation für hohe Flexibilität bei Realisierung und Betrieb 8 products Embedded-PC-Serie CX5100: Lüfterlose Kompakt-Steuerung mit Single-, Dual- und Quad-Core-Atom -CPU 9 interview Offene Steuerungstechnik: IO-Link ist internationaler Kommunikationsstandard nach IEC 10 products Tragarm-Panel-PC CP32xx ergänzt durchgängiges Multitouch-Portfolio 12 Scientific Automation: Mit systeminte - grierter Energiemessung zum erfolgreichen Energiemanagement 16 interview Industrie 4.0: PC-based Control als Basistechnologie für die Smart Factory 24 Feldbussysteme versus Industrial Ethernet 26 cover Willemin Macodel, Schweiz: PC-basierte CNC- Lösung bei Kleinteilebearbeitung und -handling 30 worldwide KUKA, Deutschland: Robotersteuerung KR C4 setzt auf EtherCAT 34 building automation Interview: Mehr Effizienz, mehr Komfort, mehr Sicherheit 38 Light + Building 2014: Effizienzsteigerung für Engineering und Gebäude 39 SMI-Masterklemme integriert Lichtund Verschattungslösungen in die Gebäudeautomation 40 Park Hotel Vitznau, Schweiz: PC- und BACnetbasierte Gebäudeautomation sorgt für Effizienz und Komfort hinter historischen Mauern 48 Sensirion, Schweiz: Innovative Gebäudetechnik optimiert die Nutzung natürlicher Energieressourcen 51 worldwide Topocare, Deutschland: Innovative Deichbaumaschine revolutioniert den Hochwasserschutz 54 ETG Neuigkeiten und Aktivitäten der EtherCAT Technology Group 56 events Besucherrekord auf der SPS IPC DRIVES Fachmessen Frühjahr 2014: Interpack, Sensor + Test, Automatica 58 Messen und Events 2014 impressum PC-Control The New Automation Technology Magazine Herausgeber: Beckhoff Automation GmbH Eiserstraße Verl/Germany Telefon: +49 (0) Telefax: +49 (0) Redaktionsleitung: Frank Metzner Projektleitung: Martina Fallmann Redaktion: Gabriele Kerkhoff Stefan Ziegler Telefon: +49 (0) Telefax: +49 (0) Bildnachweis: KUKA Roboter GmbH, Deutschland Park Hotel Vitznau, Schweiz Sensirion AG, Schweiz Topocare GmbH, Deutschland Willemin-Macodel, Schweiz Design: Druck: Auflage: Richter Druck- und Mediencenter, Germany

4 4 news Hannover Messe PC-Control Hannover Messe: PC-based Control als Basistechnologie für die Smart Factory Die Hannover Messe 2014 steht unter dem Motto Integrated Industry Next Steps. Damit setzt die weltweite Industriemesse weiterhin auf das Thema Industrie 4.0. Die PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff bietet einen bestens geeigneten Baukasten für Industrie-4.0-Konzepte. So ist es bereits heute für Anwender eine Selbstverständlichkeit, Beckhoff-Steuerungen in Produktionsnetzwerke einzubinden, mit Datenbanken zu kommunizieren, über das Internet Fernwartung durchzuführen und Dienste aus einer Cloud aufzurufen. Diese und weitere Basistechnologien, Funktionen und Dienste für die Smart Factory zeigt Beckhoff auf seinem Hauptstand in Halle 9, Stand F06, in einer Live-Demonstration. Beckhoff präsentiert mit seinem internationalen Vertriebsteam auf über 1000 qm sein komplettes Lösungsspektrum und Neuheiten aus den Bereichen: IPC, I/O, Motion und Automation. Neue Steuerungsklassen durch neue Multicore-CPU Im IPC-Forum liegt der Hauptfokus auf der Sonderpräsentation Durchgängig Multitouch bei der das skalierbare Spektrum der aktiven und passiven Panel vorgestellt wird. Neu ist u. a. die Panel-PC-Serie CP32xx in Schutzart IP 65 mit Prozessoren der höchsten Leistungsklasse bis Intel Core i7. Mit den neuen Intel -Prozessoren Core i3, i5 und i7 der vierten Generation wird ein breites Spektrum an Beckhoff Industrie-PCs ausgestattet. Im Vergleich zur zweiten und dritten Generation bieten die neuen Multicore-CPUs eine Performancesteigerung für PC-basierte Steuerungen durch eine erhöhte PC- Taktrate und einen verbesserten Grafikprozessor. Mit Einführung der neuesten Intel -Atom -CPUs ist die Mehrkern-Technologie auch für Steuerungen der mittleren Leistungsklasse verfügbar. Alle Geräte der neuen Embedded-PC-Baureihe CX5100 sind lüfterlos ausgeführt und zeichnen sich durch niedrigen Leistungsverbrauch und ein kompaktes Gehäuseformat aus.

5 PC-Control news Hannover Messe 5 Effizienz-Steigerung im Engineering mit TwinCAT 3 TwinCAT 3 ist optimiert für effizientes Engineering: Die Integration in Visual Studio, die freie Wahl der Programmiersprache oder die modulare Softwareerstellung führen zu effizienteren und qualitativ hochwertigeren Entwicklungsergebnissen. Als Neuheiten zeigt Beckhoff auf der Hannover Messe die SPS-basierte Visualisierung TwinCAT PLC HMI und TwinCAT PLC HMI Web. Effizientes Engineering wird durch Schnittstellen wie das Automation Interface zur automatischen Codegenerierung und Werkzeuge wie TwinCAT ECAD Import unterstützt. Mit dem TwinCAT ECAD Import Tool können Daten aus einem ECAD-Programm übernommen werden. Servoverstärker in der Busklemme bis 4 A RMS Die Servoklemmen der Serie EL72xx für das EtherCAT-Klemmensystem integrieren im Standard-Klemmengehäuse einen vollständigen Servoverstärker. Die neue Variante EL7211 ist für Servomotoren höherer Leistung bis 4 A RMS bei 50 V DC ausgelegt. Servomotoren für kleine Leistungsbereiche Die neuen Servomotoren AM811x und AM801x bieten Absolutwertgeber mit 15 Bit Auflösung und One Cable Technology für extrem knapp bemessenen Bauraum. Die skalierbare Leistung reicht von 50 bis 250 Watt. Drei Baulängen und optional eine spielfreie Permanentmagnet-Haltebremse decken alle Anforderungen ab. In Kombination mit den EtherCAT-Klemmen EL7201/EL7211 steht ein kostengünstiges Servosystem für alle Anwendungen zur Verfügung. Die wichtigsten Informationen auf einen Blick: Hannover Messe 2014, Deutschland April 2014 Öffnungszeiten: Montag Freitag Uhr Beckhoff-Hauptstand: Halle 9, Stand F06 Beckhoff auf Partnerständen: EtherCAT Technology Group: Halle 9, Stand D18 EPLAN: Halle 7, Stand D18 OPC Foundation: Halle 9, Stand A11 it s OWL: Halle 16, Stand A04 PROFIBUS Nutzerorganisation: Halle 9, Stand D68

6 6 news Hannover Messe PC-Control Die Evolution von Industrie 4.0 Im Industrie-4.0-Forum zeigt Beckhoff, dass bereits heute die Basistechnologien sowie Grundfunktionen und Dienste für Industrie 4.0 vorhanden sind. Neue Produkte und Weiterentwicklungen werden in den nächsten Jahren diese Entwicklung unterstützen. Im Fokus des Forums steht mit PC-based Control die Basistechnologie für die Smart Factory. Mit dem PC als allgemein akzeptierter Plattform, in Verbindung mit der Automation Device Specification (ADS), dem EtherCAT Automation Protocol (EAP) und der OPC Unified Architecture (OPC UA), ist die Voraussetzung gegeben, die von Industrie 4.0 geforderte vertikale und horizontale Integration optimal umzusetzen. Die Technologie-Demonstration fasst verschiedene Teilprozesse einer Smart Factory zusammen: durchgängige Kommunikation vom Sensor bis in die Cloud M2M-Kommunikation über das Internet der Dinge neue Bedien- und Diagnosekonzepte in Form von Web-basierten Bedienpaneln und Google Glass Prozesssicherheit, realisiert über systemintegrierte Messtechnik und Zustandsüberwachung über Condition Monitoring nachhaltige Produktion durch Power Monitoring und Power Management RFID als Basis für die Teileverfolgung und das intelligente Produkt Einbindung von Robotik und neuen Antriebstechnologien flexible und effiziente Produktion von Losgröße 1 bis n durch hoch dynamische Positionierung mit dem Linearen Tranport System XTS Integration von Safety und Security durchgängiges Engineering Reduzierung der Inbetriebnahmezeiten durch Echtzeitsimulation Fernwartung der Produktion weltweit Dr. Ursula Frank, Projektmanagement Forschung & Entwicklung bei Beckhoff, zum Grundkonzept des Industrie-4.0-Forums: Auf der Hannover Messe wollen wir zeigen, dass aufgrund der offenen PC-basierten Steuerungstechnik schon heute Produktionssysteme und -module nahtlos in bestehende sowie neue Produktionssysteme integriert sind und mit diesen sowie mit überlagerten Produktionsplanungs- und Steuerungsebenen kommunizieren können. Änderungen in der Auftragsplanung oder in der laufenden Produktion können somit direkten Einfluss auf den aktuellen Produktionsschritt nehmen. Das funktioniert schon heute in der Praxis. Zur vollständigen Umsetzung von Industrie 4.0 sind in den nächsten Jahren noch weitere umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten notwendig. weitere Infos unter:

7 PC-Control news Hannover Messe 7 Dr. Jochen Köckler, Mitglied des Vorstandes, Deutsche Messe AG Effizienter. Schneller. Flexibler. Die Industrie verändert sich rasend schnell. Unternehmen stehen heute vor enormen Herausforderungen: Da geht es um eine immer effizientere Produktion, unmittelbare Reaktionen auf Schwankungen am Markt und einen steigenden Bedarf an immer individuelleren Produkten. Die Fabrik der Zukunft muss noch flexibler und intelligenter sein. Der Schlüssel zu diesen Herausforderungen liegt in der Automatisierung. Auf der Hannover Messe 2014 zeigen die führenden Anbieter von Automations-Technologien und -Software, wohin die Reise geht. Die weltweit wichtigste Industriemesse ist somit die Zukunftsplattform für Entscheider aus dem produzierenden Gewerbe: Auf der Hannover Messe findet der direkte Vergleich statt ein Hochleistungs-Kräftemessen um die stärksten Ideen und besten Lösungen. Denn die zentrale Voraussetzung für eine flexible und intelligente Fabrik der Zukunft sind Maschinen, Anlagen und Produkte, die miteinander kommunizieren können. In jüngster Vergangenheit sind viele Technologien in dieser Hinsicht entwickelt worden. So bietet die Steuerungstechnik von Beckhoff bereits heute einen geeigneten Baukasten für Industrie-4.0-Konzepte. Damit hat Beckhoff spannende Antworten auf die wichtigste Fragestellung der Hannover Messe 2014: Wie kommt die Industrie Schritt für Schritt von der Vision der Smart Factory zur realen, vernetzten Industrie-4.0-Fabrik? Wer sein Unternehmen wettbewerbsfähig für die Zukunft aufstellen will, kommt an der Hannover Messe nicht vorbei. Der Weg zur Fabrik der Zukunft führt über Hannover. Ich freue mich auf Ihren Besuch. Mit dem Leitthema Integrated Industry Next Steps besetzt die Hannover Messe das zentrale Zukunftsthema der Industrie und verweist auf die nächsten Schritte in Richtung der intelligenten Fabrik. Im Themenfeld Industrieautomation und IT zeigt die Branche das gesamte Spektrum an Innovationen aus den Bereichen Fertigungs- und Prozessautomation sowie IT-Lösungen für die Industrie. Dr. Jochen Köckler, Mitglied des Vorstandes, Deutsche Messe AG weitere Infos unter:

8 8 products PC-Control Embedded-PC-Serie CX5100: Lüfterlose Kompakt-Steuerung mit Single-, Dual- und Quad-Core-Atom -CPU Mehrkern-Prozessoren für Steuerungen der mittleren Leistungsklasse Mit dem Embedded-PC CX5100 ist Mehrkern-Technologie, auf Basis der neuesten Intel -Atom -CPUs, nun auch für Geräte der mittleren Leistungsklasse verfügbar. Die 22-nm-Technologie der neuen Atom -Prozessoren führt zu einer höheren Leistungsfähigkeit bei gleichbleibendem Wärmebudget. Alle Geräte der CX5100-Baureihe sind lüfterlos ausgeführt und zeichnen sich durch niedrigen Leistungsverbrauch und ein kompaktes Gehäuseformat aus. Die hutschienenmontierbaren Steuerungen des Typs CX5100 verwenden Prozessoren der neuesten Intel -Atom -Generation ( Bay Trail ). Die Baureihe CX5100 umfasst drei verschiedene Gerätetypen, die sich bezüglich des Prozessors und der Gehäusegröße voneinander unterscheiden: CX5120: Intel -Atom -CPU, 1,46 GHz, single-core CX5130: Intel -Atom -CPU, 1,75 GHz, dual-core CX5140: Intel -Atom -CPU, 1,91 GHz, quad-core Die CX5100-Geräte ergänzen die bestehenden Geräteserien CX5010 und CX5020, die auf Prozessoren der ersten Generation von Intel -Atom -CPUs aufgebaut sind. Im Vergleich zu diesen sind die jetzt vorgestellten Prozessoren wesentlich leistungsfähiger, da sie über eine Out-of-Order-Befehlsabarbeitung und einen leistungsfähigeren Grafikkern verfügen. Ausgestattet mit der Automatisierungssuite TwinCAT 3 profitiert der Anwender nun auch bei Intel - Atom -basierten Geräten von der Verfügbarkeit echter Mehrkernprozessoren und somit der optimalen Aufteilung der verschiedenen Programmteile. Die Interface-Grundausstattung entspricht der Ausstattung der CX5000-Geräte: automatische Erkennung von K-Bus- oder EtherCAT-Klemmen, zwei unabhängige Gigabit-fähige Ethernet-Schnittstellen, vier USB-2.0-Ports, eine DVI-I-Schnittstelle sowie eine Multioptionsschnittstelle, die mit verschiedensten Feldbussen bestückbar ist. Der erweiterte Betriebstemperaturbereich von C ermöglicht den Einsatz der Embedded-PCs CX5100 in klimatisch anspruchsvollen Anwendungen. Die neuen Steuerungen vom Typ CX5100 sind preislich und leistungsmäßig zwischen den Geräten der CX5000- und der modularen CX2000-Baureihe positioniert. weitere Infos unter:

9 PC-Control interview 9 Offene Schnittstelle bietet innovative Lösungen für die untere Feldgeräteebene IO-Link ist internationaler Kommunikationsstandard nach IEC Torsten Budde, Produktmanager Feldbussysteme, Beckhoff Seit Oktober 2013 steht das Kommunikationssystem IO-Link als internationaler Standard (IS) nach IEC weltweit zur Verfügung. Damit ist IO-Link die erste, weltweit standardisierte Technologie zur Kommunikation mit Sensoren und Aktoren unterhalb der Feldbusebene. Zwar bieten zahlreiche Hersteller der Fertigungsautomation bereits eine beträchtliche Gerätevielfalt an, doch soll IO-Link künftig noch stärker ins Blickfeld potenzieller Anwender rücken. Mit seinen offenen I/O-Systemen unterstützt Beckhoff alle gängigen Feldbusse und Industrial Ethernet Systeme. Über die IO-Link-Implementation in das EtherCAT-Klemmensystem sprach Ines Näther, Redakteurin der Elektrotechnik, mit Torsten Budde, Produktmanager Feldbussysteme bei Beckhoff. Welche technischen und wirtschaftlichen Vorteile bietet IO-Link als offene Technologie der unteren Feldgeräteebene den Anwendern? Welcher Mehrwert resultiert daraus, und welche neuen Lösungsmöglichkeiten lassen sich damit erschließen? Torsten Budde: Mit IO-Link ist eine einheitliche Schnittstelle mit einfacher Verdrahtung auf der Sensor-/Aktorebene geschaffen worden, welche die Inbetriebnahme und Integration von komplexen Sensoren in alle gängigen Feldbussysteme vereinfacht. Beckhoff liefert ein umfangreiches Programm an Feldbuskomponenten, das die Verbindung aller gängigen I/Os und Feldbussysteme mit der IO-Link-Schnittstelle und somit der Sensor-/Aktorebene erlaubt. Es ist eine beliebige Kombination von IO-Link-Teilnehmern und Sensoren/Aktoren ohne IO-Link-Schnittstelle am IO-Link-Master möglich. Die verbundenen IO-Link-Teilnehmer können durchgängig identifiziert, diagnostiziert und bei Bedarf einfach getauscht werden, ohne eine erneute Parametrierung durchführen zu müssen. Diese Vorteile führen zu einer schnellen Projektierung, zur Aufwandsreduktion bei der Fehlersuche, zur Reduktion der Stillstandzeiten bei Produktwechseln und damit auch zu wirtschaftlichen Vorteilen. Mit IO-Link werden, neben den Prozessdaten, auch Parameter- und Diagnosedaten übertragen. Wie wird die verstärkte Forderung nach einfacher Bedienbarkeit erfüllt? Torsten Budde: Das IO-Link-Konfigurationstool ist direkt in das TwinCAT- Softwaresystem integriert. Neben der Programmierung des Steuerungssystems werden in TwinCAT die zyklischen Daten verschiedener Feldbusse in Prozessabbildern gesammelt, darunter auch die Daten der IO-Link-Teilnehmer, weshalb kein separates Konfigurationstool erforderlich ist. Mit TwinCAT lassen sich in einer Software überlagerte Feldbusse, wie EtherCAT, mit der Sensor-/Aktorebene komfortabel verbinden und einfach konfigurieren. Die Scan-Funktion der IO-Link-Teilnehmer erleichtert zudem ihre Einbindung. In Verbindung mit dem Import der Gerätebeschreibungsdatei IODD (IO Device Description) kann über das Konfigurationstool direkt auf die Parameter und Diagnosedaten zugegriffen werden. Ein Zugriff auf die IO-Link-Parameter und -Diagnosedaten aus einem Anwenderprogramm ist ebenfalls mit Hilfe des TwinCAT-Softwaresystems einfach und komfortabel möglich. Wie kann der Anwender die für ihn geeigneten Produkte auswählen und was bietet Ihr Unternehmen konkret? Torsten Budde: Beckhoff hat mit den IO-Link-Klemmen für das feldbusneutrale I/O-System kompakte, 12 mm breite IO-Link-Master-Klemmen entwickelt, die sich optimal in das Busklemmensystem integrieren lassen. Somit kann der IO- Link-Master in einem Klemmenverbund mit einer Vielzahl von Signaltypen betrieben werden und ermöglicht dem Anwender den Aufbau einer Topologie, die optimal für die jeweilige Applikation ausgelegt ist. Neben den IO-Link-Klemmen der Schutzart IP 20 steht auch ein IO-Link-Master in IP 67 zur Verfügung. Durch die robuste Bauweise ist ein Einsatz direkt an der Maschine in nassen, schmutzigen oder staubigen Umgebungsbedingungen ohne Schaltschrank oder Klemmenkasten möglich. Alle IO-Link-Master der Feldbuskomponenten unterstützen die IO-Link-Spezifikation V1.1. Veröffentlichung aus der Elektrotechnik 11/2013, Vogel Business Media, weitere Infos unter:

10 10 products PC-Control Die für die Tragarmmontage konzipierte Panel- PC-Reihe CP32xx bringt Multitouch und hohe Rechenleistung in kompakter Form ins Feld. Tragarm-Panel-PC CP32xx ergänzt durchgängiges Multitouch-Portfolio Multitouch und Highend-Rechenleistung direkt am Prozess Mit der neuen IPC-Baureihe CP32xx lässt sich Multitouch auch als Highend-Panel-PC direkt im Feld nutzen. Die Tragarm-Geräte sind rundum IP-65-geschützt und kombinieren die bewährten Multitouch- Control-Panel mit einem leistungsfähigen Anbau-IPC im kompakten Gehäuse.

11 PC-Control products 11 Tragarm bis in den Anschlussraum für bis zu sechs IP-65-Stecker verlegt. Zwei der Steckerfelder sind in der Grundausstattung mit Ethernet bzw. der Spannungsversorgung belegt; die übrigen stehen optional für eine weitere Ethernet-, USB-, oder serielle Schnittstelle bzw. einen Mini-PCI-Feldbus zur Verfügung. Die zylindrische Steckerhaube in der Gerätemitte lässt sich leicht abnehmen. Das ermöglicht den Zugang zum Anschlussraum und erleichtert auch das Reinigen der Kühlrippen. Die Panel-PCs CP32xx bieten, ergänzend zur Intel -Celeron -CPU mit 1,6 GHz und zwei Cores, auch die Intel -Core -i-prozessoren der zweiten, dritten und vierten Generation, und verfügen damit über maximale Rechenleistung. Dabei lassen sich mit Intel Core i3 und i5 zwei CPU-Kerne sowie mit dem i7 vier Cores nutzen. Panel-PC-Displays gibt es von 12 bis 24 Zoll, sowohl im 4:3- als auch im Widescreen-Format sowie im Landscape- und Portrait-Modus. Weitere Features sind ein Mini-PCI-Slot frei für ab Werk installierte Karten, 2 GB DDR3- RAM (erweiterbar auf 16 GB), eine Festplatte, CFast-Karte oder SSD sowie einen On-Board-Dual-Ethernet-Adapter mit 10/100/1000Base-T-Anschluss und On-Board-SATA-RAID-1-Controller (Intel Rapid Storage Technology). Auf der Rückseite des Panel-PCs CP32xx wird der für den dreh- und neigbaren Tragarm ohnehin erforderliche Bauraum optimal genutzt, um die IPC-Komponenten kompakt und thermisch voneinander entkoppelt unterzubringen: In einem U-förmigen Gehäuse, mit passiver Kühlung durch Kühlrippen, umbaut der Rechner platzsparend den integrierten Tragarm. Durch die Verwendung von Aluminium sind die Panel robust und industrietauglich in der Ausführung. Ein schmaler, umlaufender Metallschlagschutz sichert die Touchscreen-Oberfläche bzw. das Display zuverlässig vor mechanischer Zerstörung. Die durchgängige Glasoberfläche ist chemisch gehärtet, entspiegelt und bietet außerdem höchste Widerstandskraft gegen Umwelteinflüsse. Trotz kompakter Bauweise bietet der CP32xx eine gute Wärmeableitung, die durch interne Lüfter zur gleichmäßigen Wärmeverteilung auf alle Gehäusewände erreicht wird. So ergibt sich ein Betriebstemperaturbereich von 0 bis 45 C. Hinzu kommt die gute Zugänglichkeit aller Komponenten, z. B. der Speichermedien, wie CFast-Karte oder SSD. Die Anschlusskabel werden durch den Die Multitouch-Panel mit Projective-Capacitive-Touchscreen-(PCT)-Technologie verfügen über eine hohe Touchpunktdichte, die eine akkurate, sichere und auch in kleinsten Schritten ruckfreie Bedienung ermöglicht. Die Bedienung kann auch mit dünnen Arbeitshandschuhen erfolgen. Fünf-Finger-Touch ist genauso möglich wie Automatisierungslösungen mit 2-Hand-Bedienung. weitere Infos unter: Produktankündigung Voraussichtliche Markteinführung: 2. Quartal 2014

12 12 products PC-Control Scientific Automation als Basis für umfassendes Energiemonitoring von der Maschine bis zur Liegenschaft Mit systemintegrierter Energiemessung zum erfolgreichen Energiemanagement Für ein breites Anwendungsspektrum von Maschinen und Produktionsanlagen über Fertigungshallen und Gebäude bis hin zu Wind- und Wasserkraftanlagen bietet Beckhoff ein breites Portfolio zur Energiemessung und zur Netzanalyse. Dazu zählt einerseits ein Stand-alone-Energiezähler als kostengünstige Lösung aus Standard-Industriekomponenten. Anderseits bietet das Beckhoff-Klemmensystem alle Möglichkeiten, unterschiedlichste Applikationsanforderungen sowohl bei Einzelanwendungen als auch für eine systemintegrierte Energiemessung zu erfüllen. Die industrielle Produktivität wird schon seit jeher intensiv vorangetrieben und ist dementsprechend weit ausgereizt. Das Thema Energieeffizienz hingegen bietet nach wie vor ein immenses Optimierungspotenzial. Alleine durch eine erhöhte Transparenz des Energieverbrauchs und entsprechend optimierte Fertigungsprozesse sind bereits Kosteneinsparungen möglich. Finanzielle Investitionen sind hierfür nicht erforderlich, geringere, mit dem Energieversorger zu vereinbarende Leistungsspitzen reichen bereits aus. Hinzu kommt der wachsende politische Druck auf alle Unternehmen, den Energieverbrauch und CO 2 -Ausstoß zu reduzieren. So wird die Rückzahlung der sogenannten EEG-Umlage zukünftig von der Einführung eines Energiemanagementsystems (EnMS) abhängig gemacht. Grundvoraussetzung dafür ist eine zuverlässige und detaillierte Energiedatenerfassung, weshalb eine solche Überwachung, Messung und Analyse auch im EnMS-Modell der entsprechenden Norm DIN EN ISO definiert ist. Zur Umsetzung ist die Beckhoff-Lösung, bestehend aus dem modularen Klemmensystem, der Automatisierungssoftware TwinCAT und der offenen Kommunikation, z. B. per EtherCAT und OPC UA, ideal geeignet. Energiemessung leicht gemacht stand-alone oder im System Schon als Stand-alone-Energiezähler bietet die Beckhoff-Lösung Vorteile gegenüber konventionellen Geräten: Modular aufgebaut beispielsweise aus dem kompakten Embedded-PC CX8090, mit Ethernet-Anschluss, und der Leistungsmessklemme EL3403 ergibt sich eine flexible Lösung. Mit ihr profitiert der Anwender von bewährten und zudem kostengünstigen Standard-Industriekomponenten (siehe Abbildung 1).

13 PC-Control products 13 Abbildung 1: Ein Stand-alone-Energiezähler lässt sich kostengünstig aus den Standardkomponenten Embedded-PC und Energiemessklemme aufbauen. Ein deutlich größeres Effizienzpotenzial erschließt allerdings der ganzheitliche Ansatz: Das offene und durchgängige Busklemmen- und Softwaresystem von Beckhoff ermöglicht eine einfache, kostengünstige und vor allem systemintegrierte Energiemessung. So lässt sich für alle Verbraucher und an beliebigen Stellen in der Anlage oder dem Gebäude detailliert erfassen, wo, wie viel und welche Energie verbraucht wird. Dabei steht diese Leistungsmessung direkt dem I/O-System zur Verfügung, sodass der Anwender hierfür kein neues Automatisierungssystem benötigt. Vielmehr lassen sich, je nach Bedarf, die entsprechenden Busklemmen und die passenden Softwaremodule ganz einfach zum Steuerungssystem hinzufügen. Auf diese Weise reduziert sich einerseits der Aufwand für eine umfassende Energieverbrauchserfassung, andererseits stehen Informationen sowohl zum Gesamtverbrauch als auch für alle Teilprozesse zur Verfügung. Energiedaten modular erfassen und durchgängig bereitstellen Die Basis der Lösung bilden die zahlreichen I/O-Module zur Energiedatenerfassung. So lassen sich über die Busklemmen KL6781 und KL6401, per M-Bus- bzw. LON-Interface, ganz einfach z. B. die in der Praxis etablierten Gas-, Wasser- und Wärmezähler einbinden. Mit den Differenzdruckmessklemmen KM37xx und der dezentral einsetzbaren IP-67-Differenzdruckmessbox EP3744 kann zudem die Druckluftversorgung direkt überwacht und beispielsweise auf Energie fressende Leckagen überprüft werden. Elektrische Größen lassen sich besonders komfortabel und systemintegriert über die Leistungsmessklemmen KL/EL3403 erfassen; weitergehende Analysefunktionen bieten die Leistungsmessklemmen EL3413, EL3433 und die Netzmonitoringklemme EL3773. Die unterschiedlichen Busklemmen lassen sich dezentral in den Bereichen einsetzen, in denen sie tatsächlich benötigt werden. So wird der Verdrahtungsaufwand für die Messdatenerfassung auf ein Minimum reduziert. Mit einem einzigen EtherCAT-Kabel können die einzelnen Stationen miteinander verbunden werden, um in einer zentralen PC-Steuerung alle Daten zu sammeln und zu analysieren. Damit lässt sich der Energieverbrauch einzelner Komponenten, Bereiche oder der gesamten Anlage aufnehmen. Aber auch die Energieverbräuche der gesamten Halle, der Büros und anderer Gebäude stehen bereit. Verbrauchsdaten per Software detailliert auswerten und nutzen Die erfassten Energiedaten stehen im offenen, PC-basierten System per EtherCAT oder bei Bedarf auch über beliebige andere Feldbusse auf allen Software-Ebenen zur Verfügung. Direkt auf der Steuerungsebene dient dazu die Automatisierungssuite TwinCAT, sowohl zur Nutzung als steuerungstechnische Parameter als auch für Condition Monitoring und zur Analyse des Energieverbrauchs. Übergeordnet lässt sich, dank der Systemoffenheit, ein Energiemanagementsystem, über etablierte Softwarestandards, wie OPC UA, ankoppeln. Mit TwinCAT PLC lassen sich die Verbrauchsdaten direkt in den Steuerungsalgorithmen nutzen, um die Energiebilanz der Maschine oder Anlage bzw. des Fertigungsablaufs zu verbessern. Für den Bereich Monitoring und Analyse stellt die Beckhoff-Automatisierungssuite ebenfalls geeignete Werkzeuge zur Verfügung: Die TwinCAT-Condition-Monitoring-Bibliothek CMS bietet einen modularen Baukasten mathematischer Algorithmen zur Messwertanalyse, um eine Zustandsüberwachung auch im energetischen Sinne für Maschinen und Anlagen zu realisieren. Aus diesem Baukasten kann sich der Anwender je nach Applikationshintergrund bedienen und eine für verschiedene Plattformen passend skalierbare Lösung entwickeln. Die Funktionen der Bibliothek erstrecken sich über die Hauptfelder Analyse, Statistik und Klassifikation. Ein umfassendes Monitoring der Energiedaten ist zudem mit dem Software- Oszilloskop TwinCAT Scope möglich, das schnelles Daten-Logging mit einem

14 14 products PC-Control Abbildung 2: Mit der 3-Phasen-Leistungsmessklemme EL3413 kann bereits eine einfache Netzanalyse bis zur 21. Oberschwingung durchgeführt werden. leistungsfähigen grafischen Anzeigetool vereint. Der Logger kann sowohl lange Aufzeichnungen als auch sehr schnelle Zyklen im μs-bereich z. B. von EtherCAT- Messklemmen, wie der EL3773 mit Oversampling-Funktion, verarbeiten. Die Ergebnisse werden dann dem Viewer-Teil des Scopes zur Verfügung gestellt. In diesem Viewer lassen sich nahezu beliebig viele Kurven zeitlich hochgenau aufgelöst darstellen. Auf diese Weise kann man beispielsweise zuverlässig erkennen, ob sinusförmige Spannungsverläufe vorliegen oder Oberschwingungen vorhanden sind. Dabei sind, aufgrund der hohen zeitlichen Auflösung, auch extrem kurzzeitige Spitzen analysierbar, die sich mit konventionellen EMS/ Scada-Systemen kaum auswerten lassen. Durchgängige und universelle Energiemesstechnik Aufgrund der weltweit steigenden Energiekosten gewinnt die Energiedatenerfassung in allen Industriebereichen an Bedeutung. Sie ist die unverzichtbare Grundlage für Monitoring und Analyse und damit für das Erschließen zahlreicher Einsparpotenziale. Die EtherCAT-Leistungsmessklemmen von Beckhoff, mit ihren unterschiedlichen Spannungsbereichen und Ausstattungsmerkmalen, erlauben die Realisierung einer Vielzahl von Applikationen. Sie eignen sich ideal, um mit einer integrierten Messung von Strom und Spannung eine effektive und kostengünstige Erfassung und Analyse von Leistungsdaten und damit eine Optimierung der Anlagenproduktivität zu erreichen. Durch den modularen und dezentralen Aufbau lässt sich die Energie an jeder beliebigen Stelle im System ermitteln. Die Effektivwerterfassung erfolgt entweder direkt in der EtherCAT- Klemme oder im Falle der EL3773 in der überlagerten Steuerung. Auf diese Weise können im Maschinen- und Anlagenbau, in der Prozessindustrie, im Bereich Erneuerbare Energien sowie bei Building und Home Automation u. a. Fertigungsprozesse stabilisiert bzw. Produktionsausfälle vermieden, Streukopplungen aufgespürt und Stromfresser identifiziert werden. Ebenso möglich sind korrekte Kostenstellenzuweisungen sowie Einspeisungsüberwachung, Netzsynchronisierung und Überwachung der Stromqualität. Betrachtet man beispielsweise eine komplette Produktionshalle, zeigen sich in besonderem Maße die Vorteile der durchgängigen und integralen Beckhoff-Lösung: Systemintegriert lassen sich zum einen die Energiedaten der Maschinen bzw. Anlagen bis hin zum einzelnen Motor und zum anderen die Verbräuche der Gebäudetechnik, z. B. bei Licht und HLK, erfassen. Erst diese umfassenden Informationen ermöglichen ein wirklich ganzheitliches Energiemanagement. Der Energiezähler KL/EL3403 Die 3-Phasen-Leistungsmessklemme KL3403 bzw. EL3403 ermöglicht die Messung aller relevanten elektrischen Daten des Versorgungsnetzes mit einer Messspannung bis 500 V AC. Die Netzspannung lässt sich direkt anschließen; die Strommessung erfolgt über einfache Stromwandler. Die Messwerte aller Ströme und Spannungen stehen als Effektivwerte direkt in der Klemme zur Verfügung. Berechnet werden für jede Phase die Wirkleistung, Scheinleistung, Blindleistung und Energie sowie die Frequenz und der Phasenverschiebungswinkel cos ϕ. Die KL3403/EL3403 liefert zuverlässige Daten für Netzanalyse und Energiemanagement und eignet sich damit beispielsweise ideal zur verteilten Beobachtung und Erfassung des Energieverbrauchs in einer Produktionsanlage. Durch die Erkennung von Stromfressern im Prozessablauf trägt sie zur Reduzierung der Stromkosten bei und ermöglicht zudem die genaue Zuordnung der jeweiligen Stromkosten zur passenden Kostenstelle. Detailliert gemessene Energieverbräuche lassen sich zudem steuerungstechnisch nutzen, u. a. um die Stabilität des Fertigungsprozesses zu erhöhen oder Produktionsausfälle zu vermeiden. Der High-Feature-Energiezähler EL3413 Die 3-Phasen-Leistungsmessklemme EL3413 mit einer Messspannung von maximal 690 V AC (3-phasig, 5 A) hat galvanisch voneinander getrennte Stromeingänge. Mit der integrierten Berechnung der harmonischen Schwingungen kann bereits eine einfache Netzanalyse bis zur 21. Oberschwingung durchgeführt werden (siehe Abbildung 2). Als Weiterentwicklung der EL3403 eignet sie sich,

15 PC-Control products 15 Abbildung 3: Dank Oversampling-Technologie ermöglicht die Netzmonitoringklemme EL3773 eine gegenüber der Kommunikationszykluszeit deutlich höher aufgelöste Istwert-Erfassung. durch die größere Messspannung in Höhe der in Windkraftanlagen gängigen 690 V, z. B. für die Einspeisungsüberwachung bei Generatoren. Vorteilhaft ist die Oberschwingungsanalyse der EL3413, insbesondere im Hinblick auf die 3. Oberschwingung. Diese bereitet, aufgrund des vermehrten Einsatzes nichtlinearer, elektronischer Geräte, wie Entladungslampen, Computer und USV-Anlagen, zunehmend Probleme im Stromnetz und erhöht, z. B. beim Betrieb von Elektromotoren, die elektrischen Verluste. Die entsprechenden 150-Hz-Ströme der einzelnen Phasen summieren sich im Nullleiter und können damit zu einem höheren Strom führen als in der Phasenleitung. Dies kann bei einem zu gering bemessenen Nullleiter sogar zu einer erhöhten Brandgefahr führen. Das Energie-Oszilloskop EL3773 Die Netzmonitoringklemme EL3773 sammelt mit einer extrem schnellen Sample-Zeit die Istwerte von Strom und Spannung und ist damit prädestiniert für die Highend-Netzanalyse als Zustandserfassung eines 3-phasigen Wechselspannungsnetzes (siehe Abbildung 3). Auf jeder Phase werden Spannungen bis zu 288 Veff/410 V DC und Strom bis 1 Aeff/1,5 A DC mit einer Auflösung von 16 Bit als Augenblickswerte erfasst. Die sechs Kanäle werden simultan nach dem EtherCAT-Oversampling-Prinzip mit einer zeitlichen Auflösung bis zu 100 μs abgetastet, also zeitlich deutlich höher als die Kommunikationszykluszeit aufgelöst. Die ermittelten Daten werden an die zugehörige Steuerung weitergegeben und lassen sich dort, dank der hohen Rechenleistung, für True-RMS- oder Leistungsberechnungen aber auch für komplexe anwenderspezifische Algorithmen nutzen. Dies ermöglicht es dem Anwender, ausführliche Kalkulationen oder Analysen durchzuführen und mithilfe von TwinCAT Scope den tatsächlichen Verlauf von Strom und Spannung darzustellen. Diese Vorteile kommen z. B. bei der Netzsynchronisation in Wasserkraftwerken zum Tragen. Nahtlose Messtechnik-Integration bis hin zur Smart-Grid-Anwendung Mit Scientific Automation verbindet Beckhoff die Bereiche der klassischen Steuerungstechnik, wie SPS, Motion Control und Regelungstechnik, nahtlos mit präziser und schneller Messtechnik sowie ingenieurwissenschaftlicher Algorithmik. Dabei lässt sich die Lösung auf einer einheitlichen Plattform umsetzen sowie, dank der Modularität des Systems, optimal an die jeweilige Applikation anpassen und einfach nachträglich erweitern. Auf diese Weise erhält der Anwender eine kompakte und kostengünstige Möglichkeit einer Transparentmachung des Energieverbrauchs, der die Voraussetzung für maximale Energieeffizienz und die Basis für zukünftige Smart-Grid-Anwendungen darstellt. Zu Teilnehmern im Datennetz eines Smart Grid werden die Stationen durch die flexible Erweiterbarkeit der PC-basierten Steuerungstechnik von Beckhoff. Sie ermöglicht es dem Anwender, die Energie- und Zustandserfassung um Protokolle aus der Fernwirktechnik zu erweitern. Die Anlagen, ob nun Bürogebäude, Fabriken, Unterstationen in einem Verteilnetz, Windparks, BHKWs oder Biogasanlagen, können also auch nachträglich Smart werden. So kann ein Bürogebäude negative Regelenergie erzeugen, in dem eine Wärmepumpe vorsorglich den Wärmespeicher belädt. Positive Regelenergie ließe sich über ein Notstromaggregat erzeugen, welches vom Netzbetreiber angefordert wird. Die Bereitstellung solcher Regelenergie wird heute schon von vielen mit Embedded-PCs ausgestatteten und in virtuellen Kraftwerken zusammengefassten Liegenschaften mit Beckhoff-Technik realisiert. weitere Infos unter:

16 16 interview PC-Control Industrie 4.0: PC-basiertes Steuerungskonzept als Basistechnologie für die Smart Factory PC-Control setzt seit jeher auf Konvergenz von Informationsund Automatisierungstechnologie Die PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff bietet einen bestens geeigneten Baukasten für Industrie-4.0-Konzepte. Damit eröffnen sich heute schon neue Wege, um visionäre Ideen von Cloud Computing bis hin zu Social Automation umzusetzen. Im Interview erläutern Dr. Ursula Frank und Dr. Josef Papenfort, welche Basistechnologien, Funktionen und Dienste hierfür bereits zur Verfügung stehen und worin noch Entwicklungspotenzial liegt. Industrie 4.0 soll die Flexibilität, Effizienz und Nachhaltigkeit der Produktion durch Kommunikation und Intelligenz steigern und damit langfristig die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie stärken. Welchen Beitrag kann dazu die PC-basierte Steuerungstechnik leisten? Dr. Josef Papenfort: Kernpunkt ist die Konvergenz von Informations- und Automatisierungstechnologie, für die Beckhoff mit seiner PC-basierten Steuerungstechnik schon vor über 25 Jahren einen wichtigen Grundstein gelegt hat und auch für zukünftige Konzepte die optimale Steuerungsarchitektur bietet. Wir nutzen die weltweiten IT-Standards und reichern somit die Automatisierungstechnik mit dem Besten der IT-Welt an. Dies gilt auch für unsere Automatisierungssoftware TwinCAT 3, mit der die für Industrie-4.0-Konzepte notwendige Modularität und Objektorientierung gegeben ist. Darüber hinaus bildet die Integration von TwinCAT 3 in Microsoft Visual Studio die ideale Basis für ein durchgängiges Engineering über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg, mit den modernen Software-Engineeringwerkzeugen der IT-Welt. Mit dem PC als allgemein akzeptierter Plattform, in Verbindung mit der Automation Device Specification (ADS), dem EtherCAT Automation Protocol (EAP) und der OPC Unified Architecture (OPC UA), ist die Voraussetzung gegeben, die von Industrie 4.0 geforderte vertikale und horizontale Integration optimal umzusetzen. Dr. Ursula Frank: Einerseits liefert Beckhoff die Basistechnologien für Industrie 4.0, mit denen intelligente Produktionsanlagen und Smart Factories verwirklicht werden können. Andererseits wird gerade im Rahmen von Industrie 4.0 immer wichtiger, dass die Anlagen nicht nur effizient, sondern auch prozesssicher laufen. Hier bietet Scientific Automation mit systemintegrierter Messtechnik, einfacher Zustandsüberwachung bis hin zu Condition-Monitoring-Ansätzen zur Überwachung komplexer Produktionsanlagen ein immenses Potenzial. Zu verstehen ist unter Scientific Automation die Einbindung ingenieurwissenschaftlicher Erkenntnisse verschiedenster Fachgebiete in die Automatisierungstechnik, sodass zuverlässigere, energieeffizientere Produktionsanlagen mit inhärenter Teilintelligenz realisiert werden können. Erforderlich sind zudem neue, intuitive Bedienkonzepte, die den Menschen in seiner täglichen Arbeit und auch in der Zusammenarbeit mit intelligenten Maschinen unterstützen. Schließlich soll Industrie 4.0 den Menschen nicht wegrationalisieren. Mit unseren Multitouch-fähigen Industrie-Panels sind die entsprechenden neuen Bedienkonzepte möglich. Wird Industrie 4.0 bereits in der Praxis umgesetzt und worin liegt noch Entwicklungspotenzial? Dr. Ursula Frank: Schon heute gibt es viele Endanwender, z. B. große Küchenhersteller, die komplette Anlagen mit Beckhoff-Technik automatisieren, angefangen vom Wareneingang bis hin zur Warenausgabe und inklusive der Anbindung an ERP-Systeme. Mit Beckhoff-Technik werden hier erste Lösungen von Industrie 4.0 realisiert, beispielsweise durch eine durchgängige Kommunikation über alle Ebenen sowie Ansätze einer intelligenten Produktion. Natürlich werden wir aber in den nächsten Jahren unsere Produkte und das Produktspektrum dahingehend noch weiterentwickeln. Dr. Josef Papenfort: Im Rahmen von TwinCAT 3 arbeiten wir beispielsweise an Funktionen für ein weiter verbessertes Engineering, z. B. durch zusätzliche, einfache Kommunikationsmöglichkeiten und Konfiguratoren. Wichtig ist in diesem Zusammenhang auch die Weiterentwicklung allgemeiner Kommunikations-

17 PC-Control interview 17 Die Beckhoff-Experten Dr. Ursula Frank, Projektmanagement Forschung & Entwick - lung, und Dr. Josef Papenfort, Produktmanager TwinCAT, sehen PC-Control schon heute als bestens geeigneten Technologiebaukasten für Industrie-4.0-Konzepte. standards, die z. B. in der OPC Foundation und der PLCopen festgelegt werden. Beckhoff ist in beiden Gruppen aktiv an den Normierungen beteiligt. Eines der Ziele liegt darin, nicht nur per OPC-UA oder ADS mit dem ERP-System Daten auszutauschen, sondern Methoden in der SPS aufzurufen und direkt ausführen zu können. Dies wäre im Bereich der Kommunikation ein nächster Evolutionsschritt. Wie wichtig ist die Offenheit von PC-Control für das Internet der Dinge? Dr. Ursula Frank: Sehr wichtig. Denn ganz abstrakt betrachtet impliziert das Internet der Dinge, dass Produkte sowie Anlagen und deren Module offen miteinander kommunizieren können. Genau dies ist mit der offenen Steuerungstechnik von Beckhoff möglich: entsprechend der jeweiligen Anforderungen an die Applikation kann der Entwickler das System intelligent und kommunikationsfähig gestalten. Dr. Josef Papenfort: Die offenen Schnittstellen sind ein wesentlicher Vorteil von PC-Control. Dies gilt sowohl im Engineering und hinsichtlich der verwendeten Feldbus-Technologie als auch bzgl. der integrierbaren Komponenten, wie RFID-Chips oder intelligente Sensorik. Gilt diese Offenheit auch für die Automatisierungsstruktur als zentrales oder dezentrales System? Dr. Josef Papenfort: Natürlich. Grundsätzlich präferieren wir den zentralen Ansatz, da er bei Engineering, Datenhaltung und Diagnose Vorteile bietet. Es gibt aber auch bestimmte Anlagen, wie Montagemaschinen, bei denen ein dezentraler Ansatz vorteilhaft ist. In diesem Fall lassen sich beispielsweise einzelne Montagemodule einfach austauschen, weil die zentrale Steuerung jeweils nur an die neue Arbeitsstation adaptiert werden muss. Hinzu kommt, dass eine Anlage oder Maschine in der Werkshalle ja nicht völlig autark arbeitet, sondern in der Regel vernetzt ist, und dies im Zuge von Industrie 4.0 noch in viel stärkerem Maße der Fall sein wird. In einer Gesamtanlage bzw. in einem Industrie-4.0-Konzept ist also jede Maschine dezentral gesteuert. Ganz wesentlich ist dabei die softwareseitige Umsetzung, die wir mit der modularen Programmierung über TwinCAT optimal unterstützen. Letztlich ist es völlig egal, ob zehn Softwaremodule zentral auf einer CPU oder dezentral auf zehn verschiedenen Steuerungen ablaufen. Wie der Datenaustausch zwischen den Modulen abläuft auf einem lokalen PC oder ebenso deterministisch und schnell über EAP, spielt ebenfalls keine Rolle. Mit PC-Control lassen sich, je nach Applikationsanforderung, alle Spielarten einfach umsetzen. Die Vision von Industrie 4.0 geht bis hin zum Facebook der Maschinen und zu Social Automation. Was ist darunter genau zu verstehen? Dr. Ursula Frank: Social Automation ist die Vision, die neuen Entwicklungen der Informations- und Kommunikationstechnologie auf die industriellen Gegebenheiten zu übertragen. Wie bereits gesagt, ist Kern der Beckhoff-Technologie die Verknüpfung von Informations- und Automatisierungstechnologie zu PCbasierter Steuerungstechnik. Folglich prüft Beckhoff die aktuellen Entwicklungen der Informationstechnologie hinsichtlich der Nutzungsmöglichkeiten in der Automatisierungstechnologie. Trends wie Social Media bieten beispielsweise neue Kommunikationsmöglichkeiten. Es gilt zu prüfen, welches Potenzial sich aus der Anwendung dieser Kommunikationsmöglichkeiten in der Automatisie-

18 18 interview PC-Control Dr. Ursula Frank: Auf der Hannover Messe zeigen wir im Rahmen unseres Industrie-4.0-Forums, dass sich aufgrund der offenen PC-basierten Steue rungstechnik schon heute Produktionssysteme und -module nahtlos in bestehende sowie neue Produktionssysteme integrieren lassen und mit diesen sowie mit überlagerten Produktionsplanungsund Steuerungsebenen kommunizieren können. Zur vollständigen Umsetzung von Industrie 4.0 sind in den nächsten Jahren allerdings noch weitere umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten notwendig. rungstechnik ergibt. Ein Szenario ist ein Facebook der Maschinen. So lassen sich auf Facebook individuelle Benutzerprofile anlegen, Lebensläufe beschreiben und über die Pinwand Informationen bzw. Leistungen anbieten. Übertragen auf die Industrie bedeutet das, eine Maschine könnte beispielsweise per Pinwand ihre aktuelle Auslastung mitteilen oder selbst Dienste anbieten bzw. bei nicht passenden Leistungsdaten, wie Stückzahlen, an einen Freund in der passenden Facebook-Maschinengruppe verweisen. Denkbar ist auch, dass sich Internetdienste, wie Google Maps und TomTom, mit denen sich Verkehrsstaus erkennen lassen, an die Fertigungswelt adaptieren lassen. So könnte man die Auslastungen im Maschinenpark einer Produktionsstätte überwachen oder vielleicht per Doodle-Umfrage die Maschinenbelegungspläne erstellen. Dr. Josef Papenfort: Und genau hier zeigt sich wieder die Bedeutung der Konvergenz zwischen Informations- und Automatisierungstechnik im Rahmen von PC-Control. So wie wir aktuell unser Automatisierungs-Know-how mit dem IT-Engineeringtool Visual Studio zu TwinCAT 3 verknüpft haben, so könnten als nächste Stufe beispielsweise die Internet-Dienste Facebook, Doodle oder Whats- App automatisierungsspezifisch angereichert werden. Einen weiteren Ansatz hat Beckhoff mit einer Technologiestudie bereits umgesetzt: Mit der Datenbrille Google Glass als Wearable Device lässt sich die Mensch-Maschine-Interaktion beispielsweise bei Inbetriebnahme und Fehlerdiagnose deutlich vereinfachen. Mit Funktionen, wie dem Aufrufen unterstützender Online-Informationen oder der Fehlersuche per Video-basiertem Live-Chat mit einem Spezialisten, ist Google Glass ebenfalls eine Basistechnologie für Social Automation. Welche Rolle spielen die IT-Trendthemen Cloud Computing und Big Data? Dr. Ursula Frank: In Zukunft wird es sicherlich mehr und mehr Lösungen geben, bei denen Daten und Parameter in der Cloud gespeichert sind. Letztlich spielt es aber keine Rolle, wo die Informationen abgelegt werden. Zurzeit und auch noch in den nächsten Jahren erfolgt die Datenverarbeitung überwiegend in der Maschine bzw. Anlage. Allerdings werden z. B. Messdaten auch heute schon häufig in einer Cloud gespeichert und offline analysiert. In Zukunft dürfte sich das weiter in Richtung Cloud Computing verschieben. In diesem Zusammenhang werden langfristig sicherlich auch die Internet-Services, beispielsweise als App für die Maschinenüberwachung, die Automatisierungstechnik beeinflussen. Dr. Josef Papenfort: Beim Thema Big Data, also den großen Datenmengen aus unterschiedlichsten Informationsquellen, geht es aktuell in erster Linie um das Speichern von Informationen. Und die Datenmenge wird zukünftig sicher noch steigen, indem man für ein optimales Tracking & Tracing über den Produktionsprozess hinweg zusätzlich Bilder oder Videos ablegt. Dazu kommt die Offline- Analyse, und zwar vermehrt als Cloud-basierte Dienstleistung. Im Bereich der Windenergieanlagen zeigt sich dies bereits seit Jahren. Hier ist das Condition Monitoring in der Regel nicht auf der Anlage selbst realisiert, sondern es wird von Dienstleistern mit einem Offlinezugriff auf die Cloud-Daten übernommen. Wird es in diesem Zusammenhang vermehrt Echtzeit-Dienste geben? Dr. Josef Papenfort: Wenn mehr und mehr Daten in einer Cloud vorliegen, wird dort mittelfristig auch eine Echtzeit- oder besser deterministische Verarbeitung stattfinden. Im Prinzip ist ein entsprechender Echtzeit-Service über das IEEE Protokoll für die Maschinensynchronisation heute schon möglich. Gerade im Bereich der Messtechnik wird die synchronisierte Sammlung verteilter Daten an Bedeutung gewinnen. Die Steuerung als lokale Intelligenz in der Maschine wird dies aber keinesfalls ersetzen. Wichtiger ist ein anderer Aspekt: Es gibt bereits Technologien, um Daten in Echtzeit, also direkt auf dem Weg in die Cloud, zu analysieren. Das könnte sich mittelfristig durchsetzen, um die oft umfangreichen unwichtigen Informationen schon vor dem eigentlichen Speichern herauszufiltern. Sind solch komplexe Industrie-4.0-Konzepte im Engineering überhaupt noch zu beherrschen? Dr. Josef Papenfort: Moderne Anlagen werden immer komplexer und das wird sich durch Industrie 4.0 eher noch verstärken. Deshalb muss zukünftig deutlich

19 PC-Control interview 19 Dr. Josef Papenfort: Kernpunkt von Industrie 4.0 ist die Konvergenz von Informations- und Automatisierungstechnologie, für die Beckhoff mit seiner PC-basierten Steuerungstechnik schon vor über 25 Jahren einen wichtigen Grundstein gelegt hat und auch für zukünftige Konzepte die optimale Steuerungsarchitektur bietet. mehr Wert auf ein effizientes und sicheres Engineering gelegt werden. Einen großen Schritt in diese Richtung sind wir bereits mit TwinCAT 3 gegangen, das u. a. mit Sourcecode-Kontrolle und automatischer Codegenerierung den Engineeringaufwand und die Fehleranfälligkeit reduziert. Verbesserungspotenzial steckt insbesondere in der Effizienz der Datenhaltung, indem beispielsweise die bei der Maschinenkonstruktion ausgelegten Motordaten direkt in das Engineeringsystem übertragen werden und dort ohne zusätzlichen Aufwand an der erforderlichen Stelle bereit stehen. Dr. Ursula Frank: Hier gibt es tatsächlich noch viel Handlungsbedarf. Aus Sicht des Engineerings ist die Datenübertragung zwischen den verschiedenen Entwicklungsdomänen, wie Steuerungstechnik sowie E- und M-CAD, heute noch nicht wirklich fehlerfrei und nahtlos möglich. Es gibt zwar bereits einige Ansätze und Lösungen, wie den Standard AutomationML, ein konsequent einheitlicher Datenpool fehlt allerdings. TwinCAT bietet bereits seit einigen Jahren viele offene Schnittstellen, um Daten zu importieren, aber ebenso um Daten zu exportieren. Das TwinCAT-ECAD-Import-Programm nutzt diese Schnittstellen und kann direkt mit verschiedenen E-CAD-Programmen am Markt kommunizieren. Weitere Tools sind hier angedacht. Natürlich müssen auch z. B. Auftragsdaten von einem ERP-System in die Engineering-Ebene einfließen. Wichtig ist aber, dass die Tools sich die Daten in allen Ebenen teilen können, sodass ein effektives und paralleles Engineering über den gesamten Lebenszyklus möglich ist. Gewinnt die Simulation im Engineeringumfeld durch Industrie 4.0 an Bedeutung? Dr. Ursula Frank: Mit Industrie 4.0 werden die Systeme komplexer und intelligenter, aber auch weniger vorausschaubar. Wenn Maschinen eigenständig reagieren und mit anderen Maschinen verhandeln dürfen, können wir als Mensch das Gesamtverhalten nicht mehr vorausdenken. Daher werden leistungsfähige Simulationswerkzeuge unverzichtbar sein. Ideal wären als Vision noch weit in der Zukunft Werkzeuge, die nicht nur das bei der Entwicklung Vorgedachte simulieren, sondern auch eigenständig Simulationen vorantreiben. Dr. Josef Papenfort: Hierdurch lassen sich nicht nur die Zeit und Kosten für die Inbetriebnahme reduzieren. Denn die Simulation kann alle Bereiche, den Maschinenbau, die Elektrokonstruktion und die Softwareentwicklung, unterstützen, da maschinenbauliche Änderungen schnell und ohne großen Hardwareaufwand durch die Steuerungstechnik und Software zu testen sind. Die entsprechenden Schnittstellen, um existierende Simulationsmodell zu übernehmen und auch Daten für Simulationsmodelle zur Verfügung zu stellen, müssen natürlich gegeben sein. Schon heute profitieren die Anwender mit TwinCAT 3 z. B. durch die Einbindung von Matlab /Simulink -Modellen in Echtzeit sowie vom TwinCAT Simulation Manager zur einfachen Konfiguration einer Simulationsumgebung. Welche konkreten Ergebnisse lassen die aktuellen Forschungsarbeiten zu Industrie 4.0 heute schon erkennen? Dr. Ursula Frank: Wir beteiligen uns z. B. intensiv am Technologienetzwerk it s OWL (Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe), das 2012 vom BMBF als Spitzencluster ausgezeichnet wurde und das erste im Rahmen von Industrie 4.0 betreute Großprojekt darstellt. Hier wird unter anderem an Referenzmodellen gearbeitet, d. h. an Automatisierungslösungen für verschiedene Klassen von Produktionsanlagen. Ziel ist, diese Steuerungsarchitekturen oder auch Vorgehensweisen auf Anlagen ähnlicher Klassen zu übertragen. Im Rahmen des Projekts ScAut mit dem Ziel einer Scientific-Automation-Plattform für die Entwicklung und den Betrieb von intelligenten, selbstoptimierenden Maschinen und Anlagen lässt sich sogar schon der konkrete wirtschaftliche Nutzen erkennen. Alleine durch Scientific-Automation-Funktionen, wie Condition Monitoring und Power Monitoring, dürften Energieeinsparungen von rund 20 Prozent, Produktivitätssteigerungen von ungefähr 10 Prozent sowie ein um 50 Prozent reduzierter Wartungsaufwand erreichbar sein. Autor: Stefan Ziegler, Marketing Communications, Beckhoff

20 20 interview PC-Control In Verbindung mit PC-Control lässt sich die Datenbrille Google Glass auch bei der Maschinenbedienung einsetzen mit allen Vorteilen des Wearable Computing beim Arbeiten an der Anlage. Industrie 4.0: Interview mit Andreas Thome über die Verschmelzung von Internettechnologie und Automation Google Glass für die industrielle Automation Mit einer Technologiestudie, basierend auf der Datenbrille Google Glass, präsentierte Beckhoff erstmalig auf der SPS IPC Drives ein neues Konzept für die Maschinenbedienung. Es lassen sich damit beispielsweise Status- oder Dialogmeldungen per Head-Up-Display direkt ins Blickfeld projizieren, Online-Informationen und -Kommunikation einbinden oder Fehlermeldungen per Touchpad quittieren. Dass sich die Google-Brille damit als ein gutes Beispiel für die Verschmelzung der Internettechnologie und der Automatisierungstechnik im Rahmen von Industrie 4.0 erweist, verdeutlicht Andreas Thome, Produktmanager PC-Control bei Beckhoff.

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