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1 products worldwide special Embedded-PC-Familie rüstet auf: Vor drei Jahren brachte Beckhoff den Embedded-PC CX1000 auf den Markt und integrierte damit PC-Technik und modulare I/O-Ebene als Einheit auf der Hutschiene im Schaltschrank. Als Neuentwicklung wird mit dem CX1020 ein weiteres Mitglied dieser Produktfamilie präsentiert, das neben der höheren CPU-Leistung auch den direkten Anschluss von EtherCAT-I/O-Klemmen ermöglicht. Beckhoff Home Automation steuert das intelligente Haus: Im Januar 2005 nahm Bill Gates die E-Home- Technik im Haus der Gegenwart in München in Betrieb. Als federführender Partner beteiligte sich Microsoft an der E-Home-Installation und stellte seine Softwaretechnologie als Infrastruktur zur Verfügung. Das PC- und Ethernet-basierte Steuerungskonzept im Haus der Gegenwart stammt von Beckhoff. 10 Jahre Beckhoff Busklemmen: Von der mutigen Idee zum Technologiestandard. Die Beckhoff Busklemme hat sich innerhalb nur einer Dekade zu einem der wichtigsten Technologiestandards in der Automatisierung entwickelt. Das I/O-System ist aber keineswegs in die Jahre gekommen, sondern wird mit ungebremstem Elan weiterentwickelt zumal sich die Innovationen wie ein roter Faden durch seine Historie ziehen.

2 2 editorial Feldbustechnik als Quell der Innovation Das derzeitige Exportwachstum von 10 % ist ein Indiz für die anhaltende Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Wirtschaft. Neben der Automobilindustrie spielt der Maschinenbau eine dominierende Rolle auf dem Weltmarkt. Worauf gründet dieser Erfolg? Als erstes sind sicher die Innovationskraft der Maschinenbauer und ihre Marktkenntnis zu nennen, aber auch der hohe Qualitätsstandard und die gute, solide Ingenieursarbeit der Hersteller. Vor allem in Bezug auf leistungsfähigere Steuerungen und neue Konzepte liegen exportorientierte Maschinenbauer immer noch vorn. Im Laufe der Zeit entwickelte sich die Steuerung von der guten alten SPS zur IT-Zentrale. Neben der simplen Bitverknüpfung stellt sie die Verbindung zwischen Mensch/Maschine und zu anderen Netzwerken her. Komplexe Algorithmen und große Datenmengen zwingen heutige Steuerungen nicht mehr in die Knie und die verfügbare Rechenleistung erreicht bald den Punkt: Was denkbar ist, ist auch machbar. Von wo ging diese Neuerung aus? Da wäre zum einen die wachsende Rechenleistung zu nennen. Tausende von Entwicklern arbeiten nach wie vor an der Optimierung der Prozessoren. Besonders für den PC ist der Hunger nach mehr Rechenleistung und mehr Speicher immer noch nicht gestillt. Hiervon profitiert die Automatisierungstechnik erheblich und häufig ist das Leistungsangebot größer als notwendig. So wachsen immer neue Funktionen in die Steuerung, die schließlich die volle Rechenleistung beanspruchen. Aber zum Glück gibt es währenddessen schon wieder einen schnelleren Prozessor, der noch etwas Reserve bietet. Ein weiterer Ausgangspunkt für die Innovationen in der Steuerungstechnik ist die Feldbustechnologie. Die große Anzahl von I/Os ist praktisch nicht mehr auf einen Punkt zu verdrahten. Die ursprüngliche Motivation für die Entwicklung des Feldbusses war das Einsparen von Material und Arbeitskraft bei der Verdrahtung. In der Pionierzeit der Feldbusse war die Zahl der Datenpunkte jedoch deutlich kleiner als heute und die Einspareffekte waren entsprechend gering. Außerdem war die Elektronik verglichen mit heute teuer. Typische, wirtschaftliche Feldbuslösungen hatten 16 oder 32 digitale Kanäle. Wenn, wie in den ersten Anwendungen, 11 Sensoren über ein 19-adriges Buskabel mit der SPS verbunden werden sollten, war es nicht leicht, von der Notwendigkeit eines Feldbusses zu überzeugen.aber es gab immer mehr Anwendungen, in denen es sinnvoll war, einen Feldbus einzusetzen; die Technik verbesserte sich und die Anzahl der Datenpunkte nahm schnell zu. Vor 10 Jahren erschloss ein weiterer Innovationsschub in der Feldbustechnik neue Anwendungen. Beckhoff stellte auf der Hannover Messe 1995 erstmals die Busklemme vor. Die Feldbusmodule wurden bis auf 2 Kanäle skalierbar. Damit konnten die Gesamtkosten für die Feldbusnutzung weiter reduziert werden. Die Signalvielfalt und das geringe Volumen optimierten das dezentrale Verdrahten der Sensorik und Aktorik. Nicht nur die Kosteneinsparungen brachten dem Anwender Vorteile; die Maschine oder Anlage konnte jetzt auch kleiner gebaut werden: Voluminöse Kabelkanäle entfielen; die Klemmenkästen zur Unterbringung der Busklemmen waren, verglichen mit der Maschine, klein. Die PC-Technik machte

3 3 news Beckhoff auf der Hannover Messe 2005: Halle 9, Stand F06 es möglich, die Steuerung mit in den Bedienrechner zu integrieren. Ein ganzer Schaltschrank und teilweise Rangierverteilungen konnten nun entfallen. Bei der Konstruktion einer Maschine oder Anlage musste man immer weniger Rücksicht auf die Steuerungstechnik nehmen, die wiederum immer aufwändigere Konzepte zur Optimierung von Geschwindigkeit und Qualität zuließ. Die Anzahl der Sensoren steigt weiter und die Komplexität der Sensorik nimmt schnell zu. Entsprechend diesen Anforderungen entwickelte sich die Busklemme, als ausgelagerte SPS-Peripheriekarte, in den letzten Jahren mehr und mehr von der elektronischen Reihenklemme zum modularen Gateway, das eine Vielzahl von Schnittstellen auf den gängigsten Feldbussen abbildet. Der Datenaustausch mit den Endgeräten wird durch mehr Parameter in der Sensorik und Aktorik auch weiter steigen. Bessere Bedienbarkeit sowie mehr Produktivität und Qualität in der Anwendung fordern auch eine größere Bandbreite in der Übertragung. Heute kann in einigen Anwendungen ein einzelner Feldbusstrang die Anforderungen an Datendurchsatz und Deterministik nicht mehr erfüllen. Wir haben Anwendungen realisiert, in denen 6 Feldbusse zu einem PC geführt werden mussten. Mit EtherCAT konnte der Flaschenhals Feldbus zerschlagen werden, sodass zukünftige Prozessorgenerationen mit voller Rechenleistung auf die Anwendung wirken können. Das heißt, viel Raum für weitere Innovationen bei uns und unseren Kunden und hoffentlich auch ein Beitrag zum weiteren Ausbau der Position unserer Kunden im globalen Wettbewerb. Uwe Prüßmeier Produktmanager Busklemmen Vom 11. bis 15. April 2005 präsentieren auf der Hannover Messe über Aussteller aus 60 Nationen, auf rund qm Ausstellungsfläche, industrielle Automatisierungstechnik. Innerhalb der insgesamt elf Leitmessen ist Beckhoff, wie gewohnt, im Bereich Factory Automation, in Halle 9, Stand F06, zu finden. Neben dem kompletten Produktspektrum und branchenübergreifenden Automatisierungslösungen zeigt Beckhoff einige Produktinnovationen und Systemergänzungen für die Bereiche IPC, I/O und Automation. Im Bereich Embedded-PC wird eine leistungsstärkere Steuerung der CX-Serie vorgestellt (siehe Bericht S. 8). Herausragende Features des CX1020 sind seine höhere Performance sowie die Unterstützung der EtherCAT-Klemmen. Weitere neue EtherCAT-Produkte vervollständigen die Industrial-Ethernet-Systemstruktur von Beckhoff. Passend zum 10-jährigen-Busklemmen-Jubiläum werden einige Highlights, Branchenlösungen sowie Weiterentwicklungen für das Beckhoff I/O-System zu sehen sein. Einen weiteren Schwerpunkt bilden die Lösungen auf den Gebieten Antriebstechnik und Industrial Building Automation. Beckhoff wird mit Vertretern aller Tochterfirmen und den weltweiten Kooperationspartnern zur Information und Beratung der Kunden auf dem Messestand zur Verfügung stehen. Die wichtigsten Informationen auf einen Blick: Hannover Messe 2005, Deutschland, April 2005 Öffnungszeiten: Montag-Freitag Uhr Beckhoff Hauptstand: Halle 9, Stand F06 (die Halle 9 erreicht man am besten über die Nutzung von Parkplatz Süd 1 oder Ost 3) Beckhoff als Aussteller bei Partnern: Profibus-Nutzerorganisation: Halle 11, Stand A41/A48 PLCopen: Halle 9, Stand A27 OPC-Foundation: Halle 11, Stand B13 EtherCAT Technology Group: Halle 9, Stand F13

4 4 contents 6 Panel-PC CP75xx 7 FM33xx 8 CX Windows CE special 6 products Spritzwassergeschützter Panel-PC CP75xx für die Tragarmmontage 16 special 10 Jahre Busklemmen Entstehung, Historie und Zukunft der Beckhoff Busklemme 44 Umweltfreundliche Technologie auf dem Wasser: Elektroboot mit Brennstoffzellenantrieb 7 Multithermoelement-Module FM33xx im neuen Gehäuse 22 Hans Beckhoff im Interview zu einem Jahrzehnt Busklemmentechnik 46 Komplexe Theatertechnik mit PC-based Control 8 Familienzuwachs: Beckhoff Embedded-PC CX1020 als EtherCAT-Master 11 Steckplatzorientiertes Mapping bei PROFIBUS-Buskopplern 12 Windows CE 5.0 in der Automatisierungstechnik 15 Busklemmen vom Germanischen Lloyd für den Schiffbau zertifiziert 25 Busklemmen im weltweiten Einsatz 34 worldwide Haus der Gegenwart: Beckhoff Home Automation steuert das intelligente Haus 39 Niederlassung Frankfurt in neuen Räumen 40 Spitzentechnologie vom Rebstock ins Fass 41 Beckhoff Österreich: Neue Vertretung in Innsbruck 42 In der Abwassertechnik spielt der CX1000 seine Vielfältigkeit voll aus 49 Beckhoff-Tochterfirma in Dänemark gegründet 50 Keine Stillstandszeiten und Produktionsverluste dank neuer Steuerungssoftware 52 ETG EtherCAT ist IEC-Spezifikation 53 Industrial Ethernet Seminarreihe 54 news Messetermine 2005 Impressum 43 Beckhoff Frankreich startet mit Büro in Paris 34 Haus der Gegenwart 40 Maselli-GSA 44 Brennstoffzellenantrieb

5 5 news PLCopen-MC-Zertifikat für die TwinCAT PLC Motion Control Toolbox Beckhoff hat als einer der ersten Hersteller, bereits Anfang 2002, die TwinCAT TcMC.lib mit den Funktionsbausteinen der Version 1.0 des PLCopen- Motion-Control-Standards zertifiziert. Die Bausteine arbeiten mit der TwinCAT- Version NC PTP zusammen und sind bereits in vielen Applikationen im Einsatz. Zur SPS/IPC/DRIVES 2004 in Nürnberg wurde ein weiteres Beckhoff-Produkt zertifiziert: Die TwinCAT PLC Motion Control Toolbox kann jetzt auch das Logo PLCopen MC zertifiziert tragen. Mit der TwinCAT PLC Motion Control Toolbox können einfache Motion-Control-Lösungen rein als SPS-Code programmiert werden. Der Vorteil dieser Bibliothek liegt in der großen Flexibilität; Bausteine können in der SPS beliebig kombiniert und verändert werden. Besonders bei komplexen Hydraulikachsen mit Positions- und Druckregelung wird diese Bibliothek gerne eingesetzt. Eelco van der Wal, Geschäftsführer PLCopen, überreicht Dr. Josef Papenfort, Produktmanager TwinCAT bei Beckhoff, während einer Pressekonferenz das Zertifikat. PLCopen Beckhoff auf der IFAT: Halle A1, Stand 226 Branchenlösungen für die Wasserwirtschaft präsentiert Beckhoff erstmalig auf der IFAT, in Halle A1, Stand 226. Die IFAT ist die wichtigste Messeveranstaltung der Welt zum Thema Umwelt und Entsorgung: Wasser, Abwasser, Abfall und Recycling. Die IFAT 2005, die vom 25. bis 29. April 2005 in München stattfindet, bietet ein attraktives Ausstellungsprogramm: Innovative Branchenlösungen und den neuesten Stand der Technik zur Umsetzung praxisorientierter, wirtschaftlicher Lösungen sowie ein breites Angebot an qualifizierten Dienstleistungen im Bereich der Wasser-, Abwasser- und Abfallwirtschaft, mit zahlreichen attraktiven Informationsveranstaltungen. Ein Beispiel für den Einsatz der Beckhoff-Technik in der Wasserwirtschaft ist die Wates GmbH, die den Embedded-PC CX1000 für die Automatisierung einer Wasserversorgungs- und Kläranlage einsetzt (siehe Beitrag auf S. 42).

6 6 products Spritzwassergeschützter Panel-PC CP75xx für die Tragarmmontage High-End-Industrie-PC direkt an der Maschine Die Beckhoff Panel-PCs sind konzipiert für den Einbau in der Front eines Schaltschranks (CP6xxx) oder zur Tragarmmontage (CP7xxx). Die Anbau-PCs bieten, in Kombination mit der Vielfalt der Beckhoff Control Panel als Bedieneinheit, eine große Auswahl an Panel-PCs und stellen eine leistungsstarke Plattform für den Einsatz im Maschinen- und Anlagenbau dar. Mit dem 7-Slot-ATX-Anbau-PC CP75xx wird die Reihe der Tragarmmontage-PCs um eine leistungsfähige Variante ergänzt. Die Panel-PC-Serie CP75xx ist konzipiert für die Montage an einem von oben kommenden Tragarm. Beckhoff Control Panel der Baureihe CP78xx bilden die Front des IP-65-Panel-PCs. Der IPC kann mit 15-, 19- oder 20-Zoll-LC-Display ausgestattet werden, als Monitor ohne Tasten oder mit Tastaturen in verschiedenen Abstufungen. Optional ist ein Touchscreen oder ein Touchpad erhältlich. Für jede Anwendung stehen somit die passende Displaygröße und Tastatur zur Verfügung. Der Anbau-PC im Aluminiumgehäuse ist hinter dem Control Panel montiert und kann alle Komponenten für einen leistungsstarken PC mit Intel Pentium 4 bis zu 2,8 GHz aufnehmen. Hinter seitlichen Türen können ein Diskettenlaufwerk und optional ein CD-ROM-Laufwerk eingebaut werden. Die Kühlung erfolgt über Kühlrippen auf den Außenwänden. Zwei Lüfter innerhalb des geschlossenen Gehäuses sorgen für gleichmäßige Verteilung der Wärme. Das Kühlungskonzept ermöglicht einen sicheren Betrieb bis zu einer Umgebungstemperatur von 45 C. Für Servicezwecke und Erweiterungen lässt sich das Gehäuse, ohne es vom Tragarm abzumontieren, öffnen und erlaubt einen schnellen Zugang zu allen integrierten Komponenten. Der spritzwassergeschützte Anbau-PC CP75xx gibt über die Kühlrippen an der Rückwand die Abwärme an die Umgebung ab. Eigenschaften 7-Slot-ATX-Anbau-PC mit 6 freien PCI-Slots (Länge bis zu 220 mm) Prozessor Intel Celeron 2 GHz ATX-Motherboard für Intel Celeron oder Pentium MB DDR-RAM, erweiterbar auf 2 GB On-Board-Grafikadapter, Intel-Extreme-Graphic, Monitoranschluss ADD-Karte mit internem DVI-Anschluss zur Ansteuerung des Control Panels On-Board-Ethernet-Adapter mit 10/100-Base-T-Anschluss IDE-Festplatte, Zoll, 20 GB, Diskettenlaufwerk 1,44 MB 2 RS232 und 2 als RS232, RS422 oder RS485 konfigurierbare serielle Schnittstellen on-board 6 USB 2.0 und 1 parallele Schnittstelle

7 7 products Im Unterschied zum Anbau-PC CP71xx hat der CP75xx ein ATX-Motherboard sowie 6 freie, statt eines, PCI-Slots. Multithermoelement-Module im neuen Gehäuse Der Panel-PC CP75xx ermöglicht mit seinem IP-65-PC-Gehäuse die Montage am Tragarm von oben. Die Feldbus Module FM33xx erlauben den direkten Anschluss von 12 bzw. 32 Thermoelementen in einer Baugruppe. Der Multithermoelement- Anschluss ist in einem kompakten, spritzwassergeschützten Gehäuse untergebracht und besitzt ein PROFIBUS-DP-Interface. Die Schaltung der Baugruppe kann Thermoelementsensoren in 2-Leiter-Anschlusstechnik betreiben. Die Linearisierung über den gesamten Temperaturbereich wird durch einen Mikroprozessor realisiert. Der Temperaturbereich ist frei wählbar. Die Ausbaustufen der Feldbus Module FM33xx unterscheiden sich in der Anzahl der verfügbaren Thermoeingangskanäle (12 oder 32 Kanäle), der Art des implementierten Thermoelements (J- oder K-Typ) sowie im Gehäusetyp. Alternativ zum Ansteckgehäuse stehen die Feldbus Module jetzt auch mit Anbaugehäuse zur Verfügung. Das Gehäuse enthält zwei Verriegelungslaschen und eine umlaufende Gummidichtung für die IP-65- geschützte Verbindung zum Buchsenelement. Zusätzlich hat dieser Gehäusetyp zwei Gusslaschen mit Bohrungen für die Anbringung des Moduls an Montageplatten (Durchsteckmontage). Tastaturanschluss und Mausanschluss PS/2 24-V-DC-Netzteil alle Anschlüsse innerhalb des Gehäuses befinden sich auf der Oberseite des Innenchassis Schutzart IP 65 Betriebstemperaturbereich 0 bis 45 C Abmessungen (B x H x T) 430 x 320 x 220 mm ohne Control Panel variables TFT-Display aus der Beckhoff-Control-Panel-Familie CP78x Optionen: 15-Zoll-Display (1024 x 768), 19-Zoll-Display (1280 x 1024), 20-Zoll-Display (1600 x 1200) Feldbus Module FM33xx im Anbaugehäuse mit integrierten Verriegelungslaschen Übersicht der neuen Feldbus Module im Anbaugehäuse: FM3312-B TC-Thermoelement, 12-Kanal, Type K FM3312-B TC-Thermoelement, 12-Kanal, Type J FM3332-B TC-Thermoelement, 32-Kanal, Type K FM3332-B TC-Thermoelement, 32-Kanal, Type J

8 8 products Beckhoff Embedded-PC CX1020 als EtherCAT-Master Familienzuwachs: Embedded-PC rüstet auf Vor drei Jahren brachte Beckhoff den Embedded-PC CX1000 auf den Markt und integrierte damit PC-Technik und modulare I/O-Ebene als Einheit auf der Hutschiene im Schaltschrank. Zur Hannover Messe 2005 wird ein neues Mitglied dieser Produktfamilie präsentiert, das neben der höheren CPU-Leistung einen direkten Anschluss von EtherCAT-I/O-Klemmen ermöglicht. Leistung auf kleinstem Raum: Embedded-PC CX1020

9 9 products Intel CPU Nummer Bezeichnung Takt FSB L2 Cache TDP Technologie 760 Pentium M 2,0 GHz 533 MHz 2 MB 27 W Dothan 745 Pentium M 1,8 GHz 400 MHz 2 MB 21 W Dothan 738 Pentium M LV 1,4 GHz 400 MHz 2 MB 10 W Dothan 713 Pentium M ULV 1,1 GHz 400 MHz 1 MB 11 W Banias 370 Celeron M 1,5 GHz 400 MHz 1 MB 21 W Dothan 320 Celeron M 1,3 GHz 400 MHz 512 kb 24,5 W Banias 373 Celeron M ULV 1,0 GHz 400 MHz 512 kb 5 W Dothan Celeron M ULV 0,6 GHz 400 MHz 512 kb 7 W Banias Embedded-Roadmap für Pentium-M-Prozessoren Betrachtet man das generelle Zusammenspiel von Steuerung und Feldbustechnik im Verlauf der letzten zwanzig Jahre, so kann sicherlich eine Wechselwirkung in der jeweiligen Verarbeitungsgeschwindigkeit ausgemacht werden, insbesondere dann, wenn die Steuerung aus einem PC bestand.am Anfang war der PC als Steuerungs-Wunderkind noch relativ langsam, da die direkt eingesteckten Signalerfassungskarten durchaus mehr Daten bereitstellten, als der PC verarbeiten konnte. Dann kamen Feldbussysteme eigentlich verlangsamten sie die Datenerfassung im Vergleich zu den diskreten Schaltkreisen, boten aber verteilte I/O-Signale und die Sammlung größerer Datenmengen. Der PC gewann im Laufe der Zeit in puncto Verarbeitungsgeschwindigkeit die Oberhand, da die Entwicklung der Prozessoren kontinuierlicher und dynamischer war und immer noch ist als die der Feldbussysteme. Die klassischen Feldbussysteme wurden oft zum Flaschenhals, da die PCs mittlerweile Echtzeitverarbeitung in einer Millisekunde durchführten, während das Prozessabbild in dieser Zeit nicht erneuert werden konnte. Heute schwingt das Pendel der Anforderung wieder zurück in Richtung PC: Moderne Feldbussysteme wie EtherCAT können die Prozessperipherie theoretisch in unter 10 µs einscannen aber es gibt heute (noch?) keinen PC, der diese Zykluszeit aufbringt. Diese Überlegungen zeigen jedoch eines: Da der Feldbus nun nicht mehr der Flaschenhals ist, ist die Reaktionszeit einer PC-basierten Steuerung durch die Leistung ihres Prozessors bestimmt. Entsprechend gilt oft: umso schneller die Reaktionszeit, umso größer der Teileausstoß einer Produktionsmaschine, umso besser die Fertigungstoleranz und Wiederholbarkeit usw., kurzum: je schneller, desto besser. Dieser Überlegung folgend präsentiert Beckhoff ein neues, schnelleres Mitglied der CX-Familie: den Embedded-PC CX1020. CPU-Leistungssprung Verglichen mit dem CX1000, der im Inneren einen AMD-Geode mit 266 MHz hat, kann der CX1020 nun mit einer Intel-Celeron-M-CPU aufwarten, die mit 600 MHz getaktet ist. Es handelt sich um eine stromsparende Variante, die mit niedriger Core-Spannung ULV (Ultra Low Voltage) arbeitet und mit lediglich 7 W TDP (Thermal Design Power) eine niedrige thermische Verlustleistung hat. Das hat zur Folge, dass selbst in dem kleinen Formfaktor des CX1020-Embedded-PC auf einen Lüfter verzichtet werden kann. Da als Boot- und Speichermedium Compact-Flash zum Einsatz kommt, sind keine rotierenden Medien in der Steuerung verbaut ein wichtiger Aspekt zur Erhöhung der MTBF (Mean Time Between Failures) des Gesamtsystems. In Kombination mit dem erprobten Intel-Chipsatz 855GME, wird auch die Grafik kostensparend ausgeführt, da sie bereits im Chipsatz enthalten ist. Als Arbeitsspeicher kommt (wie bei Pentium M üblich) DDR-RAM zum Einsatz, das in der Grundausstattung eine Größe von 256 MByte hat. Da es intern als SO-DIMM ausgeführt ist, lässt sich der RAM-Speicher durch den Einsatz anderer Speicher bis 1 GByte erweitern. Die Wahl der CPU erfolgte aufgrund der Tatsache, dass sie Teil der Embedded- Roadmap (Übersicht oben) für Pentium-M-Prozessoren bei Intel ist, was eine langjährige Verfügbarkeit in Aussicht stellt. Intel spricht von fünf Jahren; allerdings sind hiervon Abweichungen, sowohl nach oben, als auch nach unten möglich. Generell sind die Intel-Pentium-M-Prozessorfamilie und deren abgespeckte Celeron-M-Varianten für den Einsatz in Steuerungen interessant, da sie durchaus vergleichbare Leistungsdaten, zu höher getakteten P4-Prozessoren haben (z.b. braucht ein Pentium M 2 GHz durchaus nicht den Vergleich zu einem P4 2.4 GHz zu scheuen) und dabei wesentlich weniger thermische Leistung abgeben. Der als Maßstab für Leistungsfähigkeit im industriellen Umfeld verwendete Wert ist die Angabe der Zeit, die eine CPU zur Abarbeitung von 1000 SPS-Befehlen benötigt. Obwohl dieser Test noch nicht standardisiert ist (es gibt erste Bemühungen, hier einen Standard zu definieren), so gibt er doch einen Anhaltspunkt, wie ein Prozessor einzuordnen ist. Für den Celeron M 600 MHz ergaben Messungen bei Beckhoff, dass dieser durchaus mit einem Intel PIII 850 MHz vergleichbar ist. Die im Bild (S. 10, oben) gezeigten Vergleichsmessungen wurden mit jeweils 5000 Zeilen SPS-Anweisungen durchgeführt, die verschiedenste Operationen (LD, ST, ADD, SUB, String-, Bit- und Vergleichsoperationen) mit verschiedenen Datentypen kombiniert haben. Was die Grafik nicht zeigt, ist, dass bei größeren Programmen, ab etwa Zeilen, der Celeron M grundsätzlich schneller als der PIII 850 ist. Dies kann hauptsächlich auf den größeren Second-Level-Advanced-Transfer-Cache des Celeron M (512 kb) zurückgeführt werden. Erkennbare Familienzugehörigkeit Das Gehäuse- und Montagekonzept des CX1020 gleicht dem seines kleineren Bruders CX1000: Wie bei diesem besteht der Embedded-PC aus mehreren, vom Benutzer zusammensteckbaren, Komponenten im einfachsten Fall das CPU-Modul und das multifunktionale Netzteil. Die Verbindung dazwischen sowie zu allen anderen CX-Komponenten erfolgt über den PC104-Bus, der beim CX1020 jedoch um EtherCAT-Signale erweitert wurde. Das CPU-Grundmodul bringt als Grundausstattung zwei RJ-45-Buchsen mit, hinter denen sich ein integrierter 3-Port- Switch befindet. Das bedeutet in der Praxis häufig die Einsparung eines separa-

10 10 products 50,0 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 s/1 k Anweisungen AMD Geode 266 MHz Intel Celeron P3 650 MHz Intel P3 850 MHz Intel Cel. M ULV 600 MHz Intel Pentium M 1,6 GHz Intel P4 2,4 GHz Intel P4 3,2 GHz Die Vergleichsmessungen wurden mit jeweils 5000 Zeilen SPS-Anweisungen durchgeführt. Aufbau einer IT-Linientopologie mit unterlagerten EtherCAT-Inseln EtherCAT EtherCAT Ethernet ten Switches, da eine Linientopologie bequem aufgebaut werden kann. Das spart Kosten, z. B. in der Gebäudeinstallation, wenn pro Etage mehrere Raumsteuerungen verteilt werden, die sonst untereinander in einer Sterntopologie vernetzt werden müssten. Wie bei CX1000 können auch beim CX1020 optionale Systemschnittstellen hinzugefügt werden. Es stehen ein DVI-I (=DVI-D + VGA)-Ausgang, zwei USB-2.0-Schnittstellen, bis zu vier RS232-Schnittstellen sowie Audio zur Verfügung. Die vier RS232-Schnittstellen verfügen über eine Optoentkopplung und können wahlweise auch als RS422/RS485 ausgeführt werden. Bei der Wahl des geeigneten Feldbussystems wird der CX1020 keinen Glaubenskrieg vom Zaun brechen: Neben EtherCAT werden die wichtigsten klassischen Feldbusse unterstützt. Dabei kommen die gleichen Feldbusmaster und -slavebaugruppen wie beim CX1000 zum Einsatz und zwar für PROFIBUS, CANopen, DeviceNet, Lightbus und Sercos. Die gleiche Wiederverwendbarkeit gilt auch für die multifunktionalen Netzteile des CX1000: eines ohne I/O-Klemmenanschluss, eines mit K-Bus- Anschluss, eines mit K-Bus- und IP-Link-Anschluss für IP-67-geschützte Feldbus- Box-Module und das ist neu ein Netzteil mit direkter Anschlussmöglichkeit der Beckhoff EtherCAT-Klemmen. Allen Netzteilen gemeinsam ist das integrierte NOVRAM, das beleuchtete 2x16-Zeichen-FSTN-Display und der Navigationsschalter. EtherCAT als schnelles I/O-System Der Embedded-PC CX1020 wurde in Hinblick auf das optimierte Zusammenspiel mit EtherCAT entwickelt. Die zwei Ethernet-Schnittstellen des CPU-Moduls, sind wenn auch technisch möglich nicht primär für den EtherCAT-Betrieb gedacht. Diese beiden IT -Schnittstellen werden intern an einen MAC (Media Access Controller) geführt. Für EtherCAT gibt es beim CX1020 einen zweiten MAC, also eine intern verwendete Ethernet-Schnittstelle, die ebenfalls 100-MBit-fähig ist. Deren physikalische Signalebene wird im Netzteil CX auf den E-Bus umgesetzt und ermöglicht den direkten Anschluss von EtherCAT-Klemmen an den Embedded-PC. Der E-Bus läuft als physikalisches LVDS-Signal durch jede einzelne Klemme mit einer maximalen Verzögerung von 300 ns pro Klemme und ist, dank der EtherCAT-Protokolldefinition, in der Lage, von jedem Teilnehmer (Klemme) im Telegrammdurchlauf sowohl Daten aufzunehmen als auch abzugeben. Somit wird die physikalische Kommunikationsbandbreite quasi doppelt genutzt und die Nutzdatenrate beträchtlich erhöht. Da die Prozessdaten von dem Ethernet-Controller des CX1020 direkt aus dem RAM entnommen und auch da wieder abgelegt werden, entfallen die sonst üblichen Kopierzeiten zwischen einem Dual-ported-RAM einer PCI- oder ISA (PC104)-Feldbuskarte. In der Praxis bedeutet das kürzere Zykluszeiten und somit auch kürzere Reaktionszeiten. Zusammen mit der schnellen Verarbeitungszeit der CPU ergeben sich neue Möglichkeiten: So kann z. B. eine SPS-Task mit 100 µs Zykluszeit immer ein jeweils aktualisiertes Prozessabbild bearbeiten. Interessanterweise ergeben sich durch EtherCAT bei CX1020 mehrere Möglichkeiten, die klassischen Feldbussysteme anzuschließen: Entweder als CX1500- xxxx-baugruppe direkt an der CPU oder als EtherCAT-Teilnehmer in Klemmenform. Beispielsweise gibt es den PROFIBUS-Master entweder als CX1500-M310 oder als EtherCAT-Klemme EL6731. Es sind keine Funktionseinbußen zwischen den beiden Ausführungen; beide haben die gleichen Leistungsmerkmale z. B. unterstützen beide PROFIBUS-DP-V2. Praktisch kann der PROFIBUS-Master also da an der Maschine angebracht werden, wo er auch benötigt wird. Es muss also nicht mehr unbedingt die Steckkarte im IPC oder die Mastersteuerung im Schaltschrank sein.

11 11 products Steckplatzorientiertes Mapping bei PROFIBUS-Buskopplern SPS, Motion Control, Interpolation und HMI Als IPC auf der Hutschiene hat der CX1020 im Zusammenspiel mit der Beckhoff TwinCAT-Software die Funktionalität großer Industrie-PCs. Im Bereich SPS können bis zu vier virtuelle IEC CPUs mit jeweils bis zu vier Tasks programmiert werde;, die kürzest einstellbare Zykluszeit beträgt 50 µs. Alle IEC Sprachen sind nutzbar. Ebenso stehen alle Funktionalitäten von TwinCAT für den Bereich Motion Control zur Verfügung: Es können theoretisch bis zu 256 Achsen angesteuert und neben einfachen Punkt-zu-Punkt-Bewegungen auch komplexere Mehrachsfunktionen, wie elektronisches Getriebe, Kurvenscheiben und Fliegende Säge ausgeführt werden. Im Unterschied zu CX1000 kann CX1020, dank gestiegener CPU-Leistung, nun auch interpolierende 3D-Bahnbewegungen ausführen und DIN66025-Programme abarbeiten. Neben den in Echtzeit ausgeführten Steuerungsaufgaben sorgt die Verwaltung im TwinCAT-Echtzeit-Kern dafür, dass genügend Zeit für die Benutzeroberfläche (HMI) bleibt, die über Softwareschnittstellen wie ADS oder OPC mit den Echtzeit- Anteilen kommuniziert. Auch bei CX1020 gilt der Grundsatz: ein Programmierwerkzeug für alle Steuerungen. Die gesamte Programmierung von SPS, Motion Control und Visualisierung ist auf alle PC-Steuerungen von Beckhoff übertragbar beruhigend, falls sich während des Projekts herausstellt, dass es dann doch ein P4 mit 3.4 GHz und Hyperthreading sein muss. Als Betriebssystem kann CX1020 mit Microsoft Windows CE, Windows XP Embedded oder Windows XP Professional ausgerüstet werden. Letzteres wird durch die Entwicklung der Compact-Flash-Speichermedien ermöglicht, die mittlerweile Größen von 2 bis maximal 8 GByte erreicht haben. Fazit Leistung auf kleinstem Raum: Der CX1020 ist ein neues Mitglied der Embedded- PC-Familie bei Beckhoff. In Kombination mit EtherCAT als Feldbus eröffnen sich durch Reaktionszeiten unterhalb der Millisekunde neue Anwendungsmöglichkeiten und Prozessverbesserungen. Nur für die Typographie der Automatisierungsfachliteratur wird es problematischer: das µ -Zeichen wird wohl häufiger werden. Im Zuge der Weiterentwicklung des Busklemmensystems wurde die Firmware für die PROFIBUS-Buskoppler BK3120 und BK3150 optimiert. Die neuen Software-Eigenschaften ermöglichen es, die Busklemmen im Konfigurator (z. B. Step7) in der Reihenfolge zu parametrieren, wie sie gesteckt sind. In der Vergangenheit wurden die Busklemmen, abhängig von ihrem Datenformat, in das Prozessabbild des Buskopplers eingetragen, d. h. zuerst alle byte- oder wortorientierten Busklemmen, wie z. B. Analogklemmen, anschließend die Digitalklemmen. Neu ist jetzt, dass man die Busklemmen entsprechend dem Hardwareaufbau konfiguriert. Ein weiterer Vorteil ist, dass 2- bzw. 4-Bit-Busklemmen wahlweise ein neues Byte beginnen oder ein schon benutztes Byte auffüllen können. Jede Busklemme kann auch per Parameterdaten oder DP-V1- Diensten aus einer einmal erstellten Konfiguration deaktiviert werden. Das bedeutet, die Konfiguration muss nur einmal erstellt werden; sollte der Klemmenaufbau nicht im Vollausbau notwendig sein, deaktiviert man einfach die entsprechenden Busklemmen. Das Programm, die Adressierung und die Konfiguration bleiben dabei unangetastet. Weiterhin lassen sich auch komplexe Busklemmen über die Parameterdaten des PROFIBUS konfigurieren (z. B. die Thermoelementklemme KL3312). Die neuen Software-Eigenschaften können in Verbindung mit einer neuen GSD-Datei aktiviert werden. Sie lassen sich beim BK3120 ab der Softwareversion BC und beim BK3150 ab der Version B4 nutzen. Die GSD-Dateien sind über den Beckhoff Support erhältlich. Ältere Projekte benutzen weiterhin die herkömmliche GSD-Datei und damit die standardmäßige Adressierung ohne Probleme.

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