HD-Busklemmen: 16 Kanäle auf 12 mm. Nr. 4 November cover. 18 products. 32 worldwide

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1 Nr. 4 November cover Die High-Density -Busklemmen enthalten in einer 12-mm-I/O-Klemme 16 Anschlusspunkte. 18 products Scientific Automation: Condition Monitoring als integraler Bestandteil der Steuerung führt Welten zusammen. 32 worldwide PC-Control im Einsatz in hochflexibler Produktionsanlage zur Veredelung von Kunststoffoberflächen. HD-Busklemmen: 16 Kanäle auf 12 mm

2 2 contents PC-Control SPS/IPC/DRIVES Scientific Automation führt Welten zusammen: Condition Monitoring als integraler Bestandteil der Steuerung 26 Höhere Energie-Effizienz bei hydraulischer und hybrider Antriebstechnik 4 news SPS/IPC/DRIVES Beckhoff gründet Tochterunternehmen in Norwegen 7 Richtfest im Deutschen Pavillon der EXPO 2010 Shanghai Ministerbesuch auf Dänemark-Messe 8 products EtherCAT Box für XFC 9 EtherCAT Box für universellen Einsatz Beckhoff Panel-PCs als Powered by Wonderware 10 cover Die HD-Busklemmen von Beckhoff: 16 Kanäle auf 12 mm 14 interview Hans Beckhoff im Interview 18 products Scientific Automation führt Welten zusammen: Condition Monitoring als integraler Bestandteil der Steuerung 22 TwinCAT Scope 2: Das universelle Werkzeug für die Automatisierungs- und Messtechnik 25 SSD als Festplattenersatz 5,7-Zoll-Display für Panel-PCs und Control Panel der Economy -Baureihe 26 Höhere Energie-Effizienz bei hydraulischer und hybrider Antriebstechnik 29 TwinSAFE vereinfacht Umsetzung der neuen Maschinenrichtlinie 32 worldwide APA-Tec GmbH, Deutschland: PC-Control für hochflexible Produktionsanlage zur Veredelung von Kunststoffoberflächen 36 Beckhoff Belgien: Umsatzplus und EtherCAT-Technologie als Türöffner 38 Huaheng Welding, China: EtherCAT und PC-Control als Garanten für qualitativ hochwertiges Schweißen 40 Stadtvilla in Hannover, Deutschland: Komplexe Gebäudeautomation einfach gemacht impressum PC-Control The New Automation Technology Magazine Herausgeber: Beckhoff Automation GmbH Eiserstraße Verl/Germany Telefon: +49 (0) 5246 / Fax: +49 (0) 5246 / info@beckhoff.de Redaktionsleitung: Frank Metzner Redaktion: Gabriele Kerkhoff Jessica Gawronski Telefon: +49 (0) 5246 / Fax: +49 (0) 5246 / redaktion@pc-control.net Bildnachweis: Bemaco Blowtec, Germany Ferag AG, Schwitzerland GfO Gesellschaft für Oberflächentechnik mbh, Germany Helge Høifødt, Norway Klemens Ortmeyer, Germany Koelnmesse International GmbH, Germany Milla&Partner/Schmidhuber+Kaindl, Germany Özger Sarakaya, fotolia.com Quanqi, dreamstime.com Seichter GmbH, Germany Design: Projektleitung: Hans-Heinrich Beier Druck: Richter Druck- und Mediencenter, Germany Auflage:

3 PC-Control editorial EtherCAT vernetzt die Fabrik 32 APA-Tec GmbH, Deutschland: PC-Control für hochflexible Produktionsanlage zur Veredelung von Kunststoffoberflächen 44 Apollo Solutions, Italien: Energieeffizienz im Produktionsprozess 46 research & development Fraunhofer-Institut (IPA), Deutschland: EtherCAT für mobile Roboter 48 ETG EtherCAT durchgängig in allen Ebenen 52 EtherCAT-Technology-Group- Mitgliedertreffen in Japan 53 Erstes nordamerikanisches EtherCAT-Plugfest 54 events Messen und Events EtherCAT in der I/O-Ebene das kennen Sie. EtherCAT für die Vernetzung von Maschinen, Anlagenteilen und ganzen Fabriken, auch das ist möglich und zwar schon lange. Für die Vernetzung der Steuerung(en) mit Sensoren und Aktoren in der Feldebene hat sich seit seiner Einführung im Jahre 2003 EtherCAT als besonders geeignete Technologie herausgestellt. Besondere Eigenschaften des schnellen Feldbussystems sind unter anderem die hochgenaue Deterministik mit sehr geringen Zykluszeiten (bis < 50 µs), die präzise Synchronisierung für Antriebs- und Messtechnikanwendungen und die niedrigen Anschaltkosten zur Nutzung der Technologie bis in die I/O-Ebene. Das Produktspektrum umfasst bei Beckhoff bereits mehr als 250 verschiedene Geräte mit EtherCAT-Schnittstelle; nicht gezählt sind dabei alle PC-basierten Steuerungen mit einem Ethernet- Port, die als EtherCAT-Master eingesetzt werden können. Das Einsammeln von Eingangsinformationen und das Aktualisieren des Ausgangsabbildes in der Feldebene werden damit besonders effektiv gelöst. Die Prozessleitebene erfordert zum Betrieb einer Anlage oder einer Fabrik weitere (und teilweise andere) Kommunikationsmöglichkeiten. Steuerungen müssen untereinander gleichberechtigt Informationen austauschen, um miteinander interagieren zu können. Ein Leitrechner benötigt zyklisch Informationen von allen Steuerungen und versorgt diese mit neuen Aufträgen. Die Visualisierung muss zudem Zugriff auf alle anwenderrelevanten Daten haben. Hierfür bietet EtherCAT ebenfalls Lösungsmöglichkeiten. Die dazugehörigen Protokolle wurden schon 2002 mit der Steuerungskommunikation RT-Ethernet in der Beckhoff TwinCAT Software eingeführt. Mit Standard-Ether- Dr. Guido Beckmann, Technologie-Marketing net-verbindungen können über Switche oder Router große Datenmengen in kurzen Zyklen (bis << 1ms) zwischen den Steuerungen einer Anlage ausgetauscht werden. Der Prozessdatenaustausch wird nach dem Pushed-Prinzip umgesetzt. Dabei sendet jeder Kommunikationsteilnehmer seine Daten zyklisch oder in einem Vielfachen des eigenen Zyklus. Im Empfänger kann konfiguriert werden, von welchem Sender welche Daten empfangen werden sollen. RT-Ethernet hat Beckhoff tausendfach in Anlagen zum Einsatz gebracht: ob für Automatisierungsanlagen in Druckmaschinen, Tandempressen oder Photovoltaik-Produktionsanlagen, für die Gebäudeautomatisierung in der Raum- oder Etagenregelung und für Heizung, Klima, Lüftung oder für Windparkanlagen zur Vernetzung der Windräder. Diese bewährte Technologie ist Teil von EtherCAT und steht damit den mittlerweile etwa 1200 Mitgliedern der EtherCAT Technology Group (ETG) sowie deren Kunden zur Nutzung zur Verfügung. Bereits im EtherCAT-Standard von 2003 wurden die Protokolltypen von RT-Ethernet für die Steuerungskommunikation mit aufgenommen. Innerhalb der ETG werden die Mechanismen derzeit unter dem Namen EtherCAT Automation Protocol (EAP) zusammengefasst (siehe Artikel Seite 48). Hiermit wird der mögliche Einsatz von EtherCAT zur Vernetzung einer ganzen Fabrik von der Feld- bis in die Leitebene noch einmal unterstrichen. Ich wünsche Ihnen viel Vergnügen mit dieser PC-Control-Ausgabe und lade Sie ein, sich auf der SPS/IPC/DRIVES 2009 ein eigenes Bild von den EtherCAT-Lösungen sowie den weiteren Beckhoff-Neuheiten, wie TwinCAT 3 (siehe Seite 5) oder den HD-Busklemmen mit hoher Packungsdichte (siehe Seite 10), zu machen. Dr. Guido Beckmann Technologie-Marketing

4 4 news PC-Control Halle 7, Stand 406 SPS/IPC/DRIVES 2009 Die SPS/IPC/DRIVES 2009, die Messe für elektrische Automatisierungstechnik, findet vom 24. bis zum 26. November 2009 in Nürnberg statt. In Halle 7, Stand 406, zeigt Beckhoff auf über m 2 sein komplettes Produktspektrum sowie PC- und EtherCAT-basierte Automatisierungslösungen. Neue Produkte und Technologien sind in den Beckhoff-Technologieforen IPC, I/O, Motion und Automation zu sehen. Softwareseitig ist TwinCAT 3 das Highlight. Die neue Version der Beckhoff-Automatisierungssuite enthält viele Neuheiten, wie z. B. das integrierte Automation-Workbench für IEC und C/C++-Programmierer (siehe Seite 5). Schaltschrank-PC-Serie C69xx: von Intel Atom bis Intel Core 2 Quad Die IPC- und Embedded-PC-Serien sind um CPU-Varianten mit Intel Atom sowie Multicore ergänzt. Die neue PCI-Express-Extension sorgt für Modularität im gesamten IPC- Spektrum, vom Panel-PC bis zum Schaltschrank-Rechner. Beispielsweise kann damit ein Panel-PC der C62xx-Serie um sechs Ethernet-Ports erweitert werden. Bei den Schaltschrank-PCs steht die extrem kompakte Serie C69xx im Fokus: von der lüfterlosen Variante mit Intel - Atom -CPU bis zur Intel -Core 2-Duo-Version mit RAID-1- Controller bietet die IPC-Familie ein breites Spektrum. Als Neuerung ist der C6930 optional auch mit Intel Core 2 Quad und integrierter PCI-Express-Extension erhältlich. Die CP-Link-3-Software, für den Ethernet-basierten Anschluss mehrerer Bildschirme an einem Zentralrechner, wird in einer neuen Version vorgestellt. CP-Link 3 überträgt den Bildschirminhalt auf bis zu 255 Panel-PCs (Multi-Desktop) oder verteilt den Desktop auf bis zu neun Displays (Exten- ded-desktop). An alle angeschlossenen Displays können darüber hinaus via Touchscreen oder Sondertasten Eingaben vorgenommen werden. HD-Busklemmen 16 Anschlusspunkte auf 12 mm Die Beckhoff-I/O-Systeme in IP 20 werden um eine neue Busklemmengeneration mit erhöhter Packungsdichte erweitert. Die High Density -Busklemmen enthalten im Gehäuse einer elektronischen 12-mm-Reihenklemme 16 digitale Anschlusspunkte. Dadurch reduziert sich der Platzbedarf im Schaltschrank und der Kanalpreis sinkt deutlich. Die HD-Busklemmen sind in der Cover-Story auf Seite 10 beschrieben. Highspeed-Ethernet bis ins Feld bietet die EtherCAT Box: Die extrem kompakten Module eröffnen mit XFC, hochgenauer Messtechnik und integrierten Antriebstechnikfunktionen neue Möglichkeiten in der IP-67-Welt. Die I/O-Familie wird um weitere IP-67-Module ergänzt. EtherCAT-Drives bis 120 kw Die Beckhoff-Servoverstärker-Baureihe AX51xx wird konsequent weiter ausgebaut. Neben dem neuen AX5140 mit 40 A Nennstrom ergänzen Servoantriebe für 60 A, 72 A, 90 A, 110 A, 143 A und 170 A das Programm für hochdynamische Positionieraufgaben. Scientific Automation Das Scientific-Automation-Programm wird kontinuierlich durch Produkte erweitert: TwinCAT ermöglicht die Einbindung von Robotern (Delta- und SCARA-Kinematiken) und somit die Interaktion und Synchronisation mit den bestehenden Motion-Control-Funktionen auf einer CPU. Weitere Scientific-Automation-Produkte werden sowohl auf der SPS/IPC/ DRIVES präsentiert als auch in dieser PC-Control-Ausgabe ausführlich vorgestellt: Condition Monitoring (Seite 18) und das Software-Oszilloskop TwinCAT Scope 2 (Seite 22).

5 PC-Control news Integrierte Automation-Workbench für IEC und C/C++-Programmierer Die wichtigsten Informationen auf einen Blick: SPS/IPC/DRIVES 2009, Messezentrum Nürnberg, Deutschland November 2009 Öffnungszeiten: Dienstag Uhr Mittwoch Uhr Donnerstag Uhr Beckhoff-Hauptstand: Halle 7, Stand 406 Beckhoff auf Partnerständen: ETG: Halle 6, Stand 208 Microsoft: Halle 7A, Stand 150 PLCopen: Halle 7, Stand 190 PNO: Halle 6, Stand Neue Maßstäbe in der Automatisierung: TwinCAT 3 Auf der SPS/IPC/DRIVES 2009 wird erstmalig Version 3 von TwinCAT, der Plattform für Control and Automation Technology, dem Fachpublikum präsentiert. TwinCAT 3 ist offener, flexibler, leichter erweiterbar und unter Verwendung von Mehrkern-CPUs schneller als bisherige PC-basierte Steuerungen. Entsprechend dem All-in-One-Gedanken umfasst TwinCAT 3 alle wesentlichen Programmiersprachen der Automatisierungs- und IT-Welt und wird das Software-Engineering deutlich vereinfachen. TwinCAT ist mit einer hohen Anzahl von Lizenzen der Markführer bei PC-basierten Steuerungen. Mit TwinCAT 3 wird die Welt der Automatisierungstechnik neu definiert. Neben der klassischen Programmierung entsprechend der IEC können jetzt zusätzlich auch deren objektorientierte Erweiterungen sowie die Programmiersprachen C und C++ verwendet werden. Ebenfalls integriert ist die Anbindung von Matlab/Simulink über den Realtime-Workshop. Der Vorteil für den Anwender besteht in der Integration der Programmierwelten von Standard-SPS und IT in einer gemeinsamen Automatisierungssuite. Neben der Verwendung verschiedener Programmiersprachen stellen im Bereich der Runtime die Multicore- und die Unterstützung von 64-Bit-Betriebssystemen wesentliche Neuerungen dar. Dies trägt zur weiteren Steigerung der Performance bei. TwinCAT 3 ist die konsequente Weiterentwicklung von TwinCAT 2. Bestehende Programme können in die neue Welt konvertiert werden.

6 6 news PC-Control Flächendeckendes Vertriebsnetzwerk in Skandinavien Beckhoff gründet Tochterunternehmen in Norwegen Hafen von Tønsberg, der ältesten Stadt Norwegens Am 15. September 2009 eröffnete Beckhoff in Tønsberg, der ältesten Stadt Norwegens, die Beckhoff Automation AS. Zusammen mit den Tochterunternehmen in Schweden, Finnland und Dänemark verfügt Beckhoff nun über ein flächendeckendes Vertriebsnetzwerk, um den nordeuropäischen Markt mit seinen Produkten und Lösungen zur PC- und EtherCATbasierten Automatisierung zu durchdringen. Einar Bråthen, 52 Jahre, Geschäftsführer von Beckhoff-Norwegen: In enger Kooperation mit der schwedischen Beckhoff- Niederlassung können wir unseren Kunden auf dem norwegischen Automatisierungsmarkt Kompetenz und Service aus erster Hand bieten. Das Beckhoff-Büro nahe dem Kai des Tønsberger Hafens Beckhoff ist bereits seit 1998 auf dem norwegischen Markt präsent. Nach anfänglicher Zusammenarbeit mit einem Distributor übernahm die schwedische Beckhoff-Niederlassung in den letzten Jahren die Betreuung der Kunden in Norwegen. Die gute Geschäftsentwicklung machte es jedoch notwendig, dass wir vor Ort präsent sind, formuliert Einar Bråthen, Geschäftsführer von Beckhoff-Norwegen, die Überlegungen zur Gründung einer eigenen Niederlassung. Auf diese Weise sind wir näher an unseren Kunden und können zeitnah reagieren. Unsere Kunden haben diesen Schritt entsprechend positiv aufgenommen. Ein Markt mit hohem Wachstumspotenzial Beckhoff konnte in den letzten Jahren auf dem norwegischen Markt ein stabiles Wachstum verzeichnen. Wir denken, dass wir mit der Gründung des norwegischen Tochterunternehmens in neue Marktsegmente expandieren können, so Jan Hendrik Breitenstein, Area Sales Manger der deutschen Unternehmenszentrale von Beckhoff Automation. Beispielsweise ist die Wasserwirtschaft in Norwegen eine interessante Branche, da das Land seinen Energiebedarf zu ca. 98 % aus Wasserkraft gewinnt. Von großer wirtschaftlicher Bedeutung sind außerdem die Metallindustrie, der Maschinenbau, Zellstoff- und Papierproduktion sowie die Textil- und Nahrungsmittelindustrie. Wir verfügen in Norwegen bereits über sehr gute Referenzen in der Energieversorgung, in den Bereichen Öl und Gas, Wasserund Abfallwirtschaft, in der Gebäudeautomation, dem Verkehrsmanagement und der Robotik, auf denen wir aufbauen können. Hier versprechen wir uns mit unserer PC-Control-Steuerungsphilosophie erhebliches Wachstumspotenzial. Hinzu kommt, dass norwegische Kunden sehr aufgeschlossen sind gegenüber innovativer Technik, so das Statement von Einar Bråthen. Kundennähe und Präsenz auf Messen 2010 wird sich das norwegische Beckhoff-Team auf verschiedenen Messen im Bereich Automatisierung vorstellen. Die wichtigste Messe ist das norwegische Pendant zur Hannover Messe, die Eliaden, die vom 30. Mai bis zum 3. Juni 2010 in Lillestrøm stattfinden wird. Hinzu kommen eine EtherCAT-Roadshow sowie Kundenseminare in Horten, Stavanger und Trondheim.

7 PC-Control news Richtfest im Deutschen Pavillon der EXPO 2010 Shanghai Milla & Partner / Schmidhuber + Kaindl Pavillon-Ansicht, von der EXPO-Plaza aus betrachtet. Am 8. Juli 2009 haben Mitarbeiter der chinesischen Beckhoff-Niederlassung am Richtfest des Deutschen Pavillons für die EXPO 2010 teilgenommen, die vom bis zum in Schanghai stattfinden wird. Der qm umfassende Bau ist der bisher größte Beitrag Deutschlands auf einer Weltausstellung. Unter dem Thema Balancity will der Deutsche Pavillon Impulse geben, wie Städte im harmonischen Zusammenspiel ihrer Elemente an Lebensqualität und Vielfalt gewinnen können. Im Fokus der Zukunftsvisionen zum urbanen Leben steht daher die Balance zwischen Erneuern und Bewahren, Innovation und Tradition, Gesellschaft und Individuum sowie Globalisierung und nationaler Identität. Highlight des Deutschen Pavillons wird eine interaktive Bilder- und Lichtshow, sein, bei der die Zuschauer durch Zurufen und Klatschen eine an einem Pendel aufgehängte Kugel in Schwingung versetzen. Die Übertragung der Bewegung erfolgt über Video-Signale mit Hilfe von LED- Segmenten. Während ihres Fluges zeigt die Kugel Bilder einer lebenswerten Stadt der Zukunft. Die Pendel- und Kreisbewegung der Kugel wird durch einen servomotorisch angetriebenen Kreuztisch mit Kardangelenk ermöglicht. Bei der Konzeption, Entwicklung und Durchführung dieser spektakulären Show handelt es sich um ein Gemeinschaftsprojekt der Universität Stuttgart und diverser Unternehmen. Als Partner der Universität Stuttgart ist Beckhoff Lieferant der Soft- und Hardwarekomponenten der Steuerung, inklusive der Sicherheitstechnik TwinSAFE, sowie der kompletten Schaltschrankplanung und -fertigung. Die Inbetriebnahme der Kugel wird in Kooperation von Beckhoff, dem Maschinenbauer und der Universität Stuttgart erfolgen. Ein ausführlicher Bericht folgt in einer der nächsten PC-Control-Ausgaben. Die Kugel ist das Herzstück von Balancity, dem deutschen Beitrag zur EXPO Ministerbesuch auf Dänemark-Messe Die hi 09, die Scandinavian Industry Expo, fand vom 1. bis 4. September in Herning, Dänemark, statt. Beckhoff präsentierte sich mit seinem umfangreichen Produktspektrum an Industrie-PCs, I/O-Komponenten, Antriebstechnik und Automatisierungslösungen. Am Eröffnungstag besuchte der dänische Minister für Steuern, Kristian Jensen, den Beckhoff-Stand, wo Claus Clausen, Geschäftsführer Beckhoff Dänemark, ihm und dem Geschäftsführer des Messe- Centers, Georg Sørensen, die Beckhoff- Technologien vorstellte. Kristian Jensen, Georg Sørensen und Claus Clausen auf der hi 09 in Herning (v.l.n.r.).

8 8 products PC-Control Mit der EtherCAT-Box EP1258 ist XFC nun auch im robusten und kompakten IP-67-Gehäuse ohne Schaltschrank verfügbar. Die XFC- Box erfasst digitale Eingangssignale mit der hochpräzisen zeitlichen Auflösung von einer Nanosekunde direkt an der Maschine. Dadurch lassen sich Reaktionszeiten unabhängig vom Steuerungszyklus verkürzen und sehr schnelle Vorgänge ohne Spezialhardware erfassen und weiterverarbeiten. Das führt zu einer verbesserten Qualität und erhöhten Produktivität der Maschine. EtherCAT Box EP1258: Hochgenaue Signalerfassung unabhängig von der Steuerungszykluszeit IP-67-Box für XFC Die EtherCAT Box EP1258 mit Time- Stamp-Funktion ermöglicht die Erfassung von Binärsignalen mit einer Auflösung im Bereich einer Nanosekunde. Die XFC-Technologie (extreme Fast Control) von Beckhoff ermöglicht eine extrem schnelle und hochgenaue Steuerungs- und Regelungsarchitektur. Die EtherCAT Box EP1258 unterstützt XFC nach dem Time-Stamp-Verfahren, das heißt, die binären Eingangssignale werden mit einem Zeitstempel (Time- Stamp) versehen, der mit einer Auflösung von 1 ns den Zeitpunkt des letzten Flankenwechsels angibt. Mit dieser Technologie lassen sich Signalverläufe zeitlich exakt nachvollziehen und im EtherCAT-System mit den Distributed- Clocks in Beziehung setzen. Eine maschinenweite, parallele Hardwareverdrahtung von Digitaleingängen oder Encodersignalen zu Synchronisationszwecken kann mit dieser Technik in der Regel entfallen. Die zeitäquidistanten Reaktionen sind damit unabhängig von der Zykluszeit der Steuerung, sodass auch bei geringem SPS-Zyklus eine Signalerfassung und -verarbeitung im Nanosekundenbereich möglich ist. Als EtherCAT-Slave wird die XFC-Box EP1258 direkt in 100BASE-TX-EtherCAT- Netze integriert. Sie enthält acht digitale Eingänge, wovon zwei Kanäle für Anwendungen mit Time-Stamp ausgelegt sind. Das IP-67-Modul ist wahlweise mit einem schraubbaren M8- oder M12-Sensoranschluss erhältlich. Der Anwendungsbereich der EtherCAT Box mit Time-Stamp ist sehr vielseitig und reicht von der Verpackungsindustrie, über die Montage- und Handlingautomation, bis hin zur Fördertechnik. Die kompakte IP-67-Bauweise erlaubt den Einbau ohne zusätzlichen Schaltschrank, direkt an der Maschine, wodurch sich Platz und Kosten sparen lassen. XFC: Exakte Zeitmessung und exaktes Timing mit Time-Stamp XFC beinhaltet verschiedene Technologien, die, neben der reinen Zykluszeit, die zeitliche Genauigkeit verbessern und die Auflösung erhöhen. Das Time- Stamp-Verfahren liefert, in der überall verfügbaren Systemzeit (Distributed- Clocks) des EtherCAT-Systems, wesentlich genauere Informationen zum zeitlichen Bezug des Prozessdatums. Zeitstempel lassen sich sowohl für Eingänge (Wann hat sich etwas ereignet?) als auch für Ausgänge (Wann soll eine Reaktion erfolgen?) nutzen. Sie liefern: exakte Zeitmessung von positiven und negativen Flanken dezentraler digitaler Eingänge, exaktes Timing dezentraler Ausgangssignale, unabhängig vom Steuerungszyklus, Zeitstempeldaten mit einer Auflösung von 1ns und einer Genauigkeit von < 100 ns. EtherCAT Box EtherCAT Box EP1258

9 PC-Control products Engineering vereinfacht Ersatzteilhaltung reduziert EtherCAT Box für universellen Einsatz Mit der EtherCAT Box EP2338 erweitert Beckhoff sein IP-67-I/O-System um eine 8-Kanal-Digital-Variante. Die Kanäle lassen sich wahlweise als Ein- oder Ausgänge nutzen, was den universellen Einsatz der kompakten EtherCAT Box erlaubt. Da sich bei der Maschinenverdrahtung Einund Ausgänge beliebig anschließen lassen, vereinfachen sich Engineering und Ersatzteilhaltung für den Anwender erheblich. Beckhoff Panel-PCs nun auch ausgerüstet als Powered by Wonderware Der Philosophie der offenen Steuerungstechnik folgend, bietet Beckhoff für seine Automatisierungssuite TwinCAT Schnittstellen für HMI- Anbindungen verschiedener Dritthersteller an. So kann der Kunde frei wählen, welche Visualisierungssoftware er einsetzen möchte. Einer der führenden Hersteller von HMI-Lösungen ist Invensys/Wonderware, der nun mit dem Powered By Wonderware -Programm seine Software InTouch HMI Compact Edition in Kombination mit Hardware ausgewählter Hersteller anbietet. Das Angebot umfasst eine zertifizierte Kombination aus der InTouch-Compact-Edition - Software und Beckhoff-Panel-PC-Hardware, die sofort einsatzbereit ist und die Integrität der kompletten Lösung beinhaltet. Beide Unternehmen vertreiben, verantworten und bieten Support für den jeweils von ihnen gestellten Produktteil, prüfen aber gegenseitig die Kompatibilität der Komponenten. Die EtherCAT Box EP2338 verfügt über acht frei wählbare digitale Ein- oder Ausgänge auf einem Gerät. Die Eingänge haben eine Filterkonstante von 10 µs. Die Ausgänge verarbeiten Lastströme bis 0,5 A, sind kurzschlussfest und verpolungsgeschützt. Bei der Nutzung eines Kanals als Ausgang wird der Eingang parallel mit zurückgelesen und dient zusätzlich als Kurzschlussdiagnose. Vorkonfektionierte Kabel erleichtern die EtherCAT- und Signalverdrahtung und helfen, Verdrahtungsfehler weitestgehend zu vermeiden, sodass die Inbetriebnahmezeiten optimiert werden. Neben den vorkonfektionierten EtherCAT-, Power- und Sensorleitungen stehen auch feldkonfektionierbare Stecker und Kabel für maximale Flexibilität zur Verfügung. Der Anschluss der Signale erfolgt wahlweise über schraubbare M8- (EP ) oder M12-Steckverbinder (EP ). Mit den Panel-PC-Serien CP62xx, CP72xx und CP77xx bietet Beckhoff eine Reihe von Industrie-PCs mit verschiedenen Displaygrößen und in unterschiedlichen Ausführungen an, auf denen eine Kompaktversion der Wonderware-Visualisierungssoftware InTouch vorinstalliert ist. Das Betriebssystem ist durchgängig Windows CE. Der Installationsaufwand entfällt und die Geräte lassen sich sofort in Betrieb nehmen. EtherCAT Box EP2338

10 10 cover PC-Control Neue Busklemmengeneration: Packungsdichte verdoppelt, Platzbedarf halbiert Verdoppelung der Packungsdichte von 8 auf 16 Anschlusspunkte 16 Anschlusspunkte in den 12-mm- I/O-Klemmen. Die High-Density - Busklemmen sind in verschiedenen Ausführungen verfügbar, z. B.: 16 digitale Eingänge 16 digitale Ausgänge 8 digitale Eingänge + 8 digitale Ausgänge 8 digitale Eingänge (2-Leiter-Technik) 8 digitale Ausgänge (2-Leiter-Technik) Verfügbar für Beckhoff- Busklemmen und EtherCAT-Klemmen 12 mm

11 PC-Control cover Die HD-Busklemmen von Beckhoff: 16 Kanäle auf 12 mm Mit einer neuen Busklemmen-Generation erweitert Beckhoff seine IP-20-I/O-Systeme um eine Variante mit erhöhter Packungsdichte. Die HD-Busklemmen (High Density) enthalten im Gehäuse einer elektronischen 12-mm-Reihenklemmen 16 digitale Kanäle. Die konsequente Effizienzsteigerung der Elektronik hat die Verlustleitung in den letzten Jahren so weit reduziert, dass heute die doppelte Packungsdichte möglich ist. Daraus resultiert ein mehrfacher Kostenvorteil: Der Platzbedarf im Schaltschrank wird reduziert und der Kanalpreis sinkt deutlich. Verfügbar sind die 16-Kanal-Klemmen sowohl als Standard-Busklemmen als auch als EtherCAT-Klemmen. Entwicklungsschritte der 12-mm-Busklemmen von Beckhoff 1996: Einführung der Busklemmen als 2- und 4-Kanal-Klemmen 2001: 8-Kanal-Digital-I/O-Busklemmen 2003: Einführung der EtherCAT-Klemmen in 2-, 4- und 8-Kanal-Ausführung 2004: 8-Kanal-Analog-I/O für EtherCAT- und Busklemmen 2009: 16-Kanal-Digital-I/O für EtherCAT- und Busklemmen Seit der Einführung der Beckhoff Busklemmen im Jahr 1996 wurde das I/O-System kontinuierlich erweitert. Lange Zeit galt die physikalische Begrenzung einer 12-mm-Reihenklemme auf 8 Kanäle als das Maß der Dinge. Mit der Weiterentwicklung des Standardgehäuses wird die Kanalanzahl nun gleich verdoppelt. Die neuen High-Density-Klemmen mit 16 Anschlusspunkten haben identische Außenmaße wie bisherige Busklemmen und sind mit diesen kompatibel. Das Innenleben wurde jedoch komplett überarbeitet. Was vor Jahren noch undenkbar schien eine Verdopplung der Kanalanzahl lässt sich nun, aufgrund modernster Kontakttechnik und Elektronik, realisieren. Die allgemeine Weiterentwicklung der elektronischen Bauteile, die kleiner und mit weniger Verlustleistung ausgeführt sind, eine kompaktere Strukturtechnik in der Fertigung von Leiterplatten sowie neue Werkstoffe und Fertigungsverfahren in der Kontakttechnik lieferten die Voraussetzung, um diesen Meilenstein in der I/O-Technik zu setzen. Komprimierung im Schaltschrank: HD- und Standard-Busklemmen im Vergleich. Bei 64 digitalen Eingängen ergibt sich mit 2-Kanal-Busklemmen eine Baubreite von 384 mm (12 mm pro Klemme x 32); mit den 16-Kanal-Klemmen wird sie reduziert auf 48 mm (jeweils zuzüglich Buskoppler). Der Platzbedarf im Schaltschrank wird damit deutlich verringert.

12 12 cover PC-Control Uwe Prüßmeier, Produktmanager Beckhoff-I/O-Systeme: Die kontinuierliche Weiterentwicklung des Busklemmensystems sichert uns eine führende Rolle im Bereich modularer I/O-Systeme. Mit den HD-Busklemmen ist die Innovation auch von außen sichtbar. Der Flächenbedarf pro Kanal hat ein neues Minimum gefunden. Die HD-Busklemmen ermöglichen extrem kompakte Steuerungen: Das Anwendungsbeispiel kombiniert einen Ethernet-Controller mit IEC Mini-SPS sowie 64 digitale I/Os samt Endklemme auf nur 104 mm. Übersicht HD-Busklemmen EtherCAT-Klemme Busklemme Signal EL1809 KL x Digital-Input 24 V DC, 3 ms, IEC Typ 3/1 EL1889 KL x Digital-Input 24 V DC, 3 ms, Masse schaltend EL1804 KL x Digital-Input 24 V DC, 8 x 24 V DC, 4 x 0 V DC, 3-Leiteranschluss, 3ms, IEC Typ 3/1 EL1808 KL x Digital-Input 24 V DC, 8 x 24 V DC, 2-Leiteranschluss, 3 ms, IEC Typ 3/1 EL1819 KL x Digital-Input 24 V DC, 0,2 ms (KL1819) oder 10 µs (EL1819), IEC Typ 3/1 EL1814 KL x Digital-Input 24 V DC, 8 x 24 V DC, 4 x 0 V DC, 3-Leiteranschluss, 0,2 ms (KL1814) oder 10 µs (EL1814), IEC Typ 3/1 EL1859 KL x Digital-Input 24 V DC IEC Typ 3/1, 8 x Digital-Output 24 V DC, 3 ms, 0,5 A EL2809 KL x Digital-Output, 24 V DC, 0,5A EL2808 KL x Digital-Output, 24 V DC, 0,5 A, 8 x 0 V DC, 2-Leiteranschluss EL2889 KL x Digital-Output 24 V DC, 0,5 A, Masse schaltend EL9184 KL x 24 V DC + 8 x 0 V DC, Potenzialverteilungsklemme EL9188 KL x 24 V DC, Potenzialverteilungsklemme EL9189 KL x 0 V DC, Potenzialverteilungsklemme Reduzierung der Schaltschrankfläche Basis der Beckhoff-I/O-Systeme ist die 12-mm-Reihenklemme mit internem Systembus: dem K-Bus für die Busklemmen und dem E-Bus für die EtherCAT-Klemmen. Bei der Einführung der Busklemmen waren zunächst die 4-Kanal-Klemmen verfügbar folgten dann die 8-kanaligen Digitalklemmen und 2004 die 8-kanaligen Analogklemmen in 12-mm-Bauform. Die Mehrzahl der von Beckhoff produzierten I/O-Klemmen sind Digitalklemmen. In den meisten Maschinen und Anlagen machen die Erfassung und Ausgabe von digitalen 24-V-Ein- und -Ausgängen den Hauptteil der Steuerung aus. Die kompakten 16-Kanal-Busklemmen bieten hier neue Möglichkeiten bei der Projektierung: Die Verdoppelung der Kanaldichte führt zur Halbierung der benötigten Schaltschrankfläche; der Kanalpreis wird reduziert und die Montage vereinfacht. Breites Anwendungsgebiet kompaktere Maschinen Die Vorteile der HD-Busklemmen lassen sich für ein breites Anwendungsgebiet, von der Gebäudeautomatisierung bis zum Maschinenbau, nutzen. Die Miniaturisierung im Bereich der Steuerungstechnik erlaubt es den Konstrukteuren, ihre Maschinen noch kleiner und kompakter zu bauen. Der reduzierte Volumenbedarf führt außerdem zu mehr Gestaltungsspielraum, da die Konstruktion weniger Rücksicht auf den Platzbedarf der Steuerung nehmen muss. Werkzeuglose Montage Trotz höherer Kanaldichte wird die Verdrahtung durch werkzeuglose Montage einfacher. Der Leiteranschluss erfolgt bei eindrähtigen Leitern werkzeuglos, in Direktstecktechnik, d. h. das Kabel wird einfach in die

13 PC-Control cover Die HD-Busklemmen mit 16 Anschlusspunkten zeichnen sich durch eine besonders kompakte Bauform aus; die Packungsdichte im 12-mm- Gehäuse ist doppelt so hoch wie bei den Standard-Busklemmen. Eindrahtige und mit einer Aderendhülse versehene Leiter können ohne Werkzeug direkt in die Federklemmstelle gesteckt werden. Anwendungsbeispiel einer HD-Busklemme: Die EtherCAT-Klemme EL1809 enthält je 16 digitale Eingänge mit 1-Leiteranschlusstechnik. Die Bezugsmasse aller Eingänge ist der 0-V-Powerkontakt. Kontaktstelle gesteckt. Das Lösen der Leitungen erfolgt, wie gewohnt, über die Kontakt-Entriegelung mit Hilfe eines Schraubendrehers. Die Stromaufnahme einer einzelnen Klemme ist auf 8 bzw. 0,5 A pro Kanal begrenzt. Der zulässige Leiterquerschnitt für Aderleitungen mit Aderendhülse beträgt 0,14 0,75 mm 2, bei Einzeladerndraht massiven 0,08 1,5 mm 2 und bei feindrähtigen Leitern 0,25 1,5 mm Kanal-Format für Busklemmen und EtherCAT-Klemmen Die neuen 16-Kanal-Klemmen sind sowohl für das Busklemmen- als auch für das EtherCAT-Klemmensystem verfügbar. Die busneutralen Busklemmen mit internem K-Bus lassen sich in allen gängigen Feldbus- und Industrial-Ethernet-Systemen einsetzen. Mit ca. 400 verschiedenen Busklemmen bietet Beckhoff einen umfangreichen I/O-Baukasten, der nahezu alle Einsatzfälle im Sensor-Aktorbereich abdeckt. Das EtherCAT-Klemmensystem ist analog zu den Busklemmen ein modulares I/O-System, bestehend aus elektronischen Reihenklemmen. Das modulare Gehäusekonzept der EtherCAT-Klemmen ist identisch mit dem der Busklemmen und unterscheidet sich nur bezüglich des Innenlebens. Im Gegensatz zu den Busklemmen, bei denen das Feldbussignal im Buskoppler auf den internen, feldbusunabhängigen Klemmenbus umgesetzt wird, bleibt das EtherCAT-Protokoll mit 100 MBit/s bis zur einzelnen Klemme vollständig erhalten, sodass der Subbus entfällt. Die hohe Performance der EtherCAT-Klemmen ermöglicht die Integration neuer Funktionen, wie z. B. der Highend-Messtechnik, in die I/O-Station. Die EtherCAT-Klemme EL1808 enthält acht digitale Eingänge, bestehend aus Signaleingang und +24 V DC für 2-Leiteranschlusstechnik. Die EtherCAT-Klemme EL1859 kombiniert acht digitale Eingänge und acht digitale Ausgänge jeweils in 1-Leiteranschlusstechnik.

14 14 interview PC-Control Interview mit Hans Beckhoff zu neuen Technologien und Produktneuheiten zur SPS/IPC/DRIVES Automatisierung trägt gesellschaftliche Verantwortung Basis für mehr Wohlstand ist nicht zuletzt eine höhere Produktionseffizienz bei geringerem Energieverbrauch. Möglich wird dies durch immer leistungsfähigere Automatisierungstechnik, der damit eine hohe gesellschaftliche Verantwortung zukommt. Im Gespräch mit Ronald Heinze, Chefredakteur der openautomation, untermauert Hans Beckhoff dies konkret. Moderne Automatisierungstechnik sorgt für höhere Effizienz von Maschinen und einen geringeren Energieeinsatz in der Fertigung und das alles bei sinkenden Kosten, bezogen auf die Leistung. Diese Vorteile kommen auch und gerade in der allgemeinen Wirtschaftskrise zum Tragen, so Hans Beckhoff, geschäftsführender Gesellschafter von Beckhoff Automation. Die gesamte Automatisierungsbranche ist von der Krise betroffen: Alle fünf bis zehn Jahre durchlaufen wir eine Krise. Die aktuelle fällt zwar deutlich kräftiger aus, von der Struktur her ist sie aber auch nicht anders als vorhergehende. Gewöhnlich dauern solche Krisen etwa drei Jahre. Da es zum Ende des Jahres 2007 erste Anzeichen dafür gab, kann man davon ausgehen, dass wir uns Ende 2010 wieder auf gutem Wege nach oben befinden werden, erläutert Hans Beckhoff. Die Krise hat auch uns getroffen. Steigerte sich der Umsatz noch im Jahre 2008 um 20 % auf 278 Mio., wird er in diesem Jahr um ca. 20 % fallen. Der Geschäftsführer geht davon aus, dass sein Unternehmen bereits im Jahr 2010 wieder ordentlich wachsen wird. So hat Beckhoff gerade in den global schwierigen Zeiten neue Projekte gewinnen können. Dies begründet Hans Beckhoff mit dem Druck der Maschinen- und Anlagenbauer, sich nach wirtschaftlicheren und leistungsfähigeren Steuerungsalternativen umsehen zu müssen. Hier sind wir die richtige Adresse: Aufgrund unserer Technologien, wie PC-based Control, EtherCAT und XFC, werden Systementscheidungen zu unseren Gunsten gefällt, so der Unternehmer. Beckhoff-Technologie hat einen hohen Bekanntheitsgrad am Markt. Technologische Leistungsfähigkeit gepaart mit Beständigkeit und intensivem Marketing haben uns bekannt gemacht, formuliert Hans Beckhoff. Diese Strategie setzen wir auch in schwierigeren Zeiten fort und bauen sie sogar noch aus. Hans Beckhoff: Sicher wird man auch nach der Krise nicht sofort ohne Gap weitermachen können. Aber schon mittelfristig gehen wir davon aus, dass wir weiter wachsen werden, und zwar zum einen parallel zum Wachstum unserer Bestandskunden und zum anderen aus dem Neukundengeschäft. Mit der Gewinnung von Neukunden werden wir in den nächsten zwei Jahren fehlendes Wachstum bei unseren Bestandskunden kompensieren. Seinen Optimismus gründet der Geschäftsführer nicht zuletzt auf die Tatsache, dass Volkswirtschaften in der Welt weiter wachsen: Damit erhöht sich der Wohlstand, und dies setzt wiederum eine Steigerung der Produktion und des Services voraus, so die Überzeugung von Hans Beckhoff. Und genau hier sei die Automatisierungstechnik gefordert, um ihrer gesellschaftlichen Verantwortung gerecht zu werden. Automatisierung muss für eine hohe Qualität der Produkte sorgen, für mehr Sicherheit und für eine ressourcenschonende Produktion, betont der Unternehmer. Damit nimmt sie eine Schlüsselposition ein. Automatisierung trage eine hohe Verantwortung für eine sinnhafte Arbeit und fördere weltweit Wohlstand und Weiterentwicklung. Erfolge in der Windenergiebranche Was die globale Entwicklung von Beckhoff angeht, so ist besonders China hervorzuheben. China ist, nach Deutschland, mittlerweile das umsatzstärkste Land und hat damit die USA überholt, bekräftigt der Geschäftsführer. Daran hat die Windenergie den größten Anteil, obwohl auch der Maschinenbau sich gut entwickelt. Beckhoff hat auch im Jahr 2009 seine Investitionen im Ausland verstärkt und kann im Bereich der Windenergie entsprechendes Wachstum verzeichnen. Beckhoff bietet die komplette Automatisierungstechnik für Windkraftanlagen: Dazu gehören die Pitchsteuerung, die Betriebsführung und die Parktechnik.

15 PC-Control interview Wir erwarten von der SPS/IPC/DRIVES eine Belebung der Geschäfte. Bereits die Hannover Messe hatte in diesem Jahr für positive Stimmung gesorgt. Für die Nürnberger Messe wird das umso mehr gelten. Wir rechnen mit vielen Besuchern und Kunden, die neue Technologien brauchen. Zunehmende Geschäftsanbahnungen werden für eine positive Stimmung sorgen. Daher erwarten wir eine spannende, lebendige und von vielen Geschäften getriebene Messe. Weltweit sind in vielen Windkraftanlagen, Embedded-PCs, I/O-Klemmen sowie Ethernet- und EtherCAT-Komponenten des Automatisierungsunternehmens im Einsatz. Neben der leistungsfähigen Hard- und Software nutzen die Anlagenbauer, laut Hans Beckhoff, auch verstärkt das Konzept von Scientific Automation, beispielsweise im Zusammenhang mit den Energieüberwachungs- oder Condition-Monitoring-Klemmen. Wir verfügen über ein umfangreiches Branchen-Know-how für den Windenergiebereich, setzt er fort. Und zwar nicht nur in unserem Windenergiezentrum in Lübeck, wo inzwischen sechs Technologie-Ingenieure tätig sind, sondern auch in China, mit acht Mitarbeitern im Bereich Windenergie, und in anderen Teilen der Welt. Aufträge kommen nicht nur aus Deutschland und China, sondern auch aus Korea. Weiterhin sind wir in Spanien und in den USA in diesem Segment erfolgreich tätig, stellt Hans Beckhoff heraus. Mittlerweile stammen 15 % bis 20 % des Umsatzes aus dem Bereich alternativer Energien.

16 16 interview PC-Control Automatisierung für höhere Effizienz Energieeffizienz schreibt sich mittlerweile jede Automatisierungstechnik auf die Fahne, weiß Hans Beckhoff. Er ist überzeugt, dass die Effizienz in der Produktion den ökologischen Footprint bestimmt. Die Effizienz wird durch den Energieverbrauch, die Maschinennutzung und den Einsatz des Rohmaterials pro Werkstück bestimmt, erklärt er weiter. Mit Automatisierungstechnik erhöhen wir diese Effizienz. Konkret sorge die Automatisierungstechnik dafür, dass weniger Energie eingesetzt wird. Dazu gehöre zum Beispiel die energiesparende Auslegung der Antriebstechnik sowie die Erfassung des Energieverbrauchs mit entsprechender Messtechnik. Einen noch wichtigeren Aspekt sieht der studierte Physiker in der Verbesserung des Wirkungsgrades von Maschinen: Unsere XFC-Technologie steigert die Effizienz um einige Prozentpunkte. Bei Zykluszeiten von 100 µs lassen sich Ressourcen sparen, da schnelle Zykluszeiten zu einer direkten Energiereduktion und geringerem Materialeinsatz führen. Wenn die gleiche Maschine mehr Werkstücke herstellen kann, wird der Energieverbrauch je Werkstück nochmals gesenkt. Bei Beckhoff arbeitet man intensiv daran, die mit der XFC-Technologie erreichten 100 µs noch weiter zu verkürzen. Einen nicht unwesentlichen Anteil daran hat die PC-basierte universelle Steuerungssoftware TwinCAT-Version 3, welche zur diesjährigen SPS/IPC/DRIVES dem Fachpublikum präsentiert wird. TwinCAT ist, laut Angaben des Unternehmens, mit einer hohen Anzahl von Lizenzen der Marktführer bei Steuerungssoftware. Mithilfe der neuen Version 3 kann die Intelligenz auf verschiedene Prozessorkerne verteilt werden. Die Fähigkeit, beliebige Echtzeittasks verschiedenen Prozessorkernen zuzuordnen, ist eine wichtige Voraussetzung für die Nutzung der Leistungssteigerungen moderner Prozessoren für die Automatisierungstechnik, erläutert Hans Beckhoff. Neben der Unterstützung von Multicore- und 64-Bit-Betriebssystemen im Bereich der Runtime stellt die Verwendung verschiedener Programmiersprachen eine wesentliche Neuerung dar. Entsprechend dem All-in-One-Gedanken umfasst die Software alle wesentlichen Programmiersprachen der Automatisierungs- und IT-Welt und wird damit das Software-Engineering deutlich vereinfachen. Neben der klassischen Programmierung, entsprechend der IEC , können deren objektorientierte Erweiterungen sowie die Programmiersprachen C und C++ jetzt zusätzlich verwendet werden. Ebenfalls integriert ist die Anbindung von Matlab/Simulink über den Realtime-Workshop. Als konsequente Weiterentwicklung der Vorgängerversion können bestehende Programme in die neue Welt konvertiert werden. Der besondere Clou ist die Integration der Programmierwelten von Standard- SPS und IT in einer gemeinsamen Automatisierungssuite: TwinCAT 3 ist in einer Engineering-Workbench eingebettet, erläutert Hans Beckhoff. Mit unserer PC-Control-Philosophie, die den PC für Control-Aufgaben ertüchtigt hat, und der Entwicklung des schnellen Kommunikationssystems EtherCAT auf der Basis von Ethernet, ist unser Framework für die Software- Entwicklung nun ein weiterer entscheidender Schritt zur Adaption der Mainstream-IT-Technologien für die Automatisierungstechnik, meint der Diplom- Physiker weiter. Eine zusätzliche Neuheit zur SPS/IPC/DRIVES rund um TwinCAT ist die Vorstellung weiterer Roboterkinematiken für Delta-, SCARA- und Scherenapplikationen. Somit steht eine wachsende Bibliothek an Kinematiken für nichtkartesische Anwendungsfelder zur Verfügung, ergänzt Hans Beckhoff. Platzbedarf im Schaltschrank reduzieren Die Forderung nach mehr Effizienz und geringerem Energieverbrauch zielt auch auf kleinere Schaltschränke. Beckhoff reagiert hier mit einer neuen IP-20-Busklemmengeneration mit halbiertem Platzbedarf. Die High-Density -Busklemmen enthalten im Gehäuse einer elektronischen 12-mm-Reihenklemme 16 Anschlusspunkte z. B. für 16 digitale Kanäle. Die kompakte Bauform und die hohe Packungsdichte reduzieren nicht nur den Platzbedarf im Schaltschrank, sondern auch der Kanalpreis sinkt deutlich, freut sich der Geschäftsführer. Die Miniaturisierung im Bereich der Steuerungstechnik erlaubt es den Konstrukteuren, ihre Maschinen und Anlagen noch kleiner und kompakter zu bauen. Verfügbar sind die 16-Kanal-Klemmen sowohl für die Busklemmen als auch für die EtherCAT-Klemmen, setzt er fort. Die HD-Busklemmen mit 16 Anschlusspunkten haben identische Außenmaße wie bisherige Busklemmen und sind mit diesen kompatibel. Die Verdopplung der Ka-

17 PC-Control interview Die Maschinen- und Anlagenbauer müssen sich nach wirtschaftlicheren und leistungsfähigeren Steuerungsalternativen umsehen. Aufgrund unserer Technologien, wie PC-based Control, EtherCAT und XFC, werden Systementscheidungen zu unseren Gunsten gefällt. nalanzahl wird aufgrund moderner Kontakttechnik und Elektronik realisiert. Die Klemmen mit 16 Anschlusspunkten sind in verschiedenen Ausführungen verfügbar, beispielsweise als 16-Kanal-Klemmen für digitale Ein- oder Ausgänge, als 8-Kanal-Klemmen für digitale Ein- oder Ausgänge mit 2-Leiteranschluss oder flexibel als Kombi-Klemmen mit acht digitalen Eingängen und acht digitalen Ausgängen. Wir werden für unser HD-Klemmensystem viele Funktionen auf den Markt bringen, auch im Sinne der Scientific Automation für neue messtechnische Aufgaben, verspricht Hans Beckhoff. Die werkzeuglose Montage vereinfacht trotz höherer Kanaldichte die Verdrahtung. Der Leiteranschluss erfolgt bei eindrähtigen Leitern in Direktstecktechnik; die Leitung wird einfach in die Kontaktstelle gesteckt. Das seit 15 Jahren existierende Busklemmensystem wird stetig weiter ausgebaut, so Hans Beckhoff. Überhaupt zeigt das Unternehmen eine erstaunliche Produktstabilität: So werden zum Beispiel I/O-Baugruppen, die seit 1989 im Programm sind, auch heute noch geliefert und gepflegt. Ein weiteres Highlight zur diesjährigen SPS/IPC/DRIVES im Hinblick auf Scientific Automation ist eine Klemme mit individuellem Kalibrierzertifikat. Außerdem wird das IP-67-EtherCAT-Box-Programm im Bereich der digitalen und analogen I/Os erweitert. Industrie-PCs: mehr Leistung und mehr Funktion Auch im Bereich der Industrie-PCs wird die SPS/IPC/DRIVES zur Neuheiten- Show: Ein Schwerpunkt sind dabei die Intel -Atom -basierten Produkte. Neu ist auch die Schnittstellen-Erweiterung für Kompakt-PCs. Um die industriellen Rechner immer kompakter bauen zu können, setzt das Unternehmen auf einen modifizierten PCI-Express-Standard, der als modulare Erweiterung der IPC-Architektur nun in Beckhoff-PCs mit 31/2-Zoll-Motherboard zum Einsatz kommt. Dabei wird die mechanische Seite des PCI-Express-Standards signifikant verkleinert und die elektrische beibehalten. Ziel ist es, PCI-Express noch kompakter und industriegerechter zu bauen, betont Hans Beckhoff. Der modifizierte PCI-Express-Standard sorgt für Modularität im gesamten IPC-Spektrum, von Panel-PCs bis zu Schaltschrank-Rechnern. Wir können zum Beispiel sechs Ethernet-Ports auch für kompakte Baureihen zur Verfügung stel- Ronald Heinze, Chefredakteur der openautomation len, schließt er an. Auf der Nürnberger Messe wird darüber hinaus die C69er- Baureihe mit Quad-Core-Prozessoren vorgestellt. Multiprozessortechnik und TwinCAT 3 diese Kombination eröffnet vollkommen neue Möglichkeiten, ergänzt der Firmeninhaber. Für die Speicherung stehen nun optional Solid-State-Disks (SSD) statt Festplatten zur Verfügung. Dies erhöht die Betriebssicherheit und die Schnelligkeit, erläutert Hans Beckhoff. Weiterhin werden standardmäßig kondensatorgepufferte Klein-USVs in unsere Industrie-PCs integriert, zum Beispiel in den Schaltschrank-Industrie-PC C6915 und in unsere Embedded-PC-Geräteserie CX. Zusammen mit den High-Density-Klemmen ermöglichen die aktuellen Controller-Entwicklungen, zum Beispiel der Windows-CE-basierte Controller CX8000 sowie der CX5000, ein neues Leistungs- und Preisniveau, ist Hans Beckhoff überzeugt. Unser CX5000 ist ein x86-pc in kleinster Bauform. Der auf Windows CE basierende CX8000 schraubt das Preisniveau weit nach unten. Die Preise für Automatisierungstechnik haben sich, laut Hans Beckhoff, in den letzten zehn Jahren um 40 bis 50 %, bezogen auf die gleiche Funktion, reduziert. Er erwartet eine Fortsetzung dieser Entwicklung und stellt sich mit neuen Produktlinien darauf ein: Unsere HD-Busklemmen und unsere Industrie- PCs sind ein wichtiger Baustein in dieser Entwicklung. Davon wird die Produktionseffizienz im Gesamten ganz entscheidend profitieren. Veröffentlichung aus openautomation 06/2009, VDE-Verlag,

18 18 products PC-Control Scientific Automation führt Welten zusammen Condition Monitoring als integraler Bestandteil der Steuerung Condition-Monitoring-Systeme sind oftmals spezielle Systeme mit eigener CPU, eigener Software, eigenen Bussen und speziellen E/As. Scientific Automation von Beckhoff ermöglicht die Verbindung von bisher auf separaten CPUs laufenden Applikationen, wie Messtechnik und Condition Monitoring, auf einem PC, mit einem Feldbus und in einer Software. Mit der Condition-Monitoring-Busklemme, dem Feldbus EtherCAT und TwinCAT auf einer leistungsstarken, PC-basierten Steuerungsplattform kann jetzt jeder SPS-Programmierer die Vorteile eines Condition-Monitoring-Systems kostengünstig nutzen. Ein Szenario: Ein Lager oder ein Getriebe neigt an einer Maschine aufgrund von mechanischen Problemen Ermüdungserscheinungen oder Wartungsfehlern zu Schwingungen. Diese sind möglicherweise gar nicht fühl-, sicht- oder hörbar. Trotzdem deutet sich in diesen Schwingungen schon der Ausfall eines mechanischen Teils an. Condition Monitoring ermöglicht, mit Hilfe von Schwingungssensoren und entsprechender Software, die Schwingungen zu detektieren und eine Aussage über den möglichen Ausfall eines bestimmten mechanischen Teils zu treffen. Der Vorteil dieser Überwachung liegt auf der Hand. Wenn absehbar ist, dass ein Lager oder ein Getriebe in naher Zukunft ausfallen wird, dann kann man dieses vorsorglich z.b. in einer Produktionspause wechseln. Unerwartete Stillstände in der laufenden Produktion lassen sich so reduzieren. Mechanische Teile müssen nur dann ausgetauscht werden, wenn sie wirklich Schäden aufweisen; ein Tausch von eigentlich fehlerfreien Teilen in bestimmten Intervallen kann damit entfallen. Dadurch werden Kosten und Ausfälle minimiert. Ein weiterer Vorteil ist die Überwachung des Antriebsstrangs einer Maschine in Echtzeit und rund um die Uhr ohne zusätzlichen Personaleinsatz. Eine Steigerung der Anlagenauslastung und natürlich der optimierte Einsatz von kostenintensivem Instandhaltungspersonal sind so möglich. Condition Monitoring erlaubt einen grundlegenden Wandel in

19 PC-Control products Präsentation der Condition-Monitoring- Lösung samt EtherCAT- Klemme EL3632 auf der Hannover Messe Architektur der Wartung von Maschinen: Weg von der Reaktion auf einen Ausfall und von Wartungsplänen, hin zur Aktion, d. h. der Servicetechniker greift nur dann ein, wenn es nötig ist. Wandel in der Methode der Behebung von Schäden Häufig wird im Maschinenbau immer noch gewartet, bis ein mechanisches Teil ausfällt. Dabei verursachen heftige Vibrationen oder gar der Bruch von Getriebeteilen meist kostenintensive Folgeschäden. Dann wird das Ersatzteil eingebaut, und die Maschine läuft wieder bis zum nächsten Schaden. Der vorbeugende Austausch von Teilen nach einem feststehenden Zeitplan erhöht zwar die Wahrscheinlichkeit, dass es nicht zu einem unerwarteten Stillstand kommt, verhindern kann man das aber nicht. Manche mechanischen Teile fallen einfach vor dem regulär geplanten Tausch unerwartet aus. Plötzliche Stillstände sind aber in vielen Fällen nicht akzeptabel bzw. verursachen hohe Kosten. Die Anforderungen der Anlagenbetreiber sind dabei zunehmend hoch und das bei gleichzeitig steigender Komplexität der Maschinen. Zudem werden die Maschinen in Zeiten mit hohem Preisdruck oft an der Belastungsgrenze betrieben. Instandhaltungspersonal vor Ort und Servicetechniker sind da oft überfordert. Nur eine Messung des realen echtzeitfähigen Zustandes der Maschine gewährleistet eine schnelle Reaktion und damit die hohe Verfügbarkeit. Condition Monitoring wurde bisher vor allem von Spezialisten angeboten, die mit speziellen Messgeräten anrücken, um genaue Ursachendiagnose zu betreiben. Da bei mechanischen Ausfällen schnell Folgeschäden auftreten, ist es jedoch ohne Kenntnis der Vergangenheit schwierig, im Nachhinein die Ursachen zu ermitteln. Dieses traditionelle Verfahren ist teuer und zeitaufwendig und deswegen nur für sehr große Maschinen, wie beispielsweise Kraftwerksgeneratoren, wirtschaftlich. Zudem sind heute in Bereichen wie der Windenergie einschlägige Spezialisten knapp, denn die manuelle Spurensuche und Diagnose erfordert viel Erfahrung und damit menschliche Ressourcen, die sich nicht beliebig schnell vermehren lassen. Hier bietet die Integration des Condition Monitoring in die Steuerung eine wirkungsvolle Alternative. Indem man Condition Monitoring bereits bei der Konstruktion in die Steuerungstechnik von Anlagen integriert und den gemeinsamen Feldbus für die Datenübertragung nutzt, lässt sich der Aufwand für Messungen drastisch vermindern. Ein preiswerter Piezosensor mit Messklemme ist heute günstiger als die Anreise eines Spezialisten. Intelligente Auswertungsverfahren in TwinCAT können Trends und Fehlerzustände automatisch erkennen und beispielsweise eine SMS an einen Wartungstechniker absenden. Ist eine Anlage kostspielig oder schwer zugänglich, so kann der Wartungsspezialist gezielt die Messdaten vom TwinCAT-Scope-2-Server per Internetverbindung in Augenschein nehmen. So bleibt Zeit für besonders anspruchsvolle Aufgaben, für die nun umfangreiches Datenmaterial bereitsteht. Schadensformen Häufige Ursachen von Schäden an Lagern sind Abnutzung (Materialermüdung), Verschmutzung, mangelhafte Abdichtung und Kontamination des Schmiermittels (insbesondere mit Wasser), unzureichende oder ungeeignete Schmierung, Vibration (insbesondere bei Langsamlauf und Stillstand), unzulässige Belastung, Schläge oder Stöße beim Einbau, fehlerhafte Ausrichtung, Korrosion, Stromfluss, zu hohe Montagespannung sowie ein Verziehen des Materials aufgrund ungleichmäßiger Temperaturen. Bei Getrieben spielen Überbelastung und Überhitzung ebenfalls eine wichtige Rolle. Viele dieser Einflüsse schlagen sich in charakteristisch erhöhten Vibrationen nieder. Andere

20 20 products PC-Control messbare Symptome sind Temperaturanstieg und eine Zunahme von Partikeln im Schmiermittel. Ein frühes Erkennen der Symptome ist ein wichtiger Schritt dahin, die Ursachen zu finden und zu beseitigen. Eine typische Folge von Materialermüdung besteht darin, dass sich zunächst kleine, anfängliche Schäden an den belasteten Oberflächen über einen langen Zeitraum aufbauen, um sich relativ kurz vor dem Ausfall mit zunehmender Geschwindigkeit auszuweiten. Je besser ein Lager ausgelegt und gewartet wird, desto länger ist die zu erwartende Laufzeit, und desto schwieriger ist es folglich, die reale Laufzeit eines Elements vorherzusagen. Wann Lager oder Getriebe ausfallen, lässt sich deswegen nur statistisch anhand von Berechnungsverfahren wie der Wöhlerkurve abschätzen. Die individuelle Lebensdauer einzelner mechanischer Komponenten kann sich von diesen statistischen Werten um viele Größenordnungen unterscheiden. Beanspruchungen jenseits der Auslegung oder Fehler in der Wartung können die Lebensdauer einzelner Bauteile drastisch verkürzen. Andererseits kann eine häufige Wartung das Risiko neuer Schäden sogar vergrößern. Mit Methoden der digitalen Signalverarbeitung, wie der Wavelet-Transformation, ist es jedoch möglich, die Anzeichen von Schäden im Anfangsstadium herauszufiltern und so die Spielräume für einen geordneten Ersatz zu erweitern. Dr. Ing. Josef Papenfort, Produktmanager TwinCAT bei Beckhoff: TwinCAT bietet für Condition Monitoring zahlreiche Baustein zur Analyse von Messwerten. Beispielsweise ist die reine Aufzeichnung des Schwingungssignals dabei ebenso möglich wie eine Spektralanalyse. Hier kommt häufig die Fast-Fourier-Transformation zum Einsatz. Durch eine statische Trendanalyse kann eine Entscheidung gefällt werden, wann und wo ein Ausfall an der Maschine auftreten könnte. Frequency Analysis Fast Fourier Transform Hilbert Transform Total Harmonic Distortion Hadamard Transform Linear Predictive Coding LMS Algorithm Order Analysis Vold Kalman Filter Time-Frequency Representations Modulation Spectrogram Welch Method Window Functions Digital Filters Analytic Signal Envelope Instantaneous Phase Bispectra and higher order spectra Fast Wavelet Transform Statistics Dr. rer. nat. Johannes Nix, Grundlagensoftware/Scientific Automation bei Beckhoff: Bei komplexen Detektionsaufgaben ist es oft nötig, das Rausziehen der Variabilitäten und Störungen von Messwerten zu berücksichtigen. Das Überwachen des Schwingungsverhaltens einer Produktionsmaschine soll beispielsweise nicht dazu führen, dass diese stehenbleibt, nur weil ein Gabelstapler mit defektem Radlager vorbeifährt. Deswegen bietet TwinCAT die Möglichkeit statistischer Analysen, wie die Auswertung von Histogrammen. TwinCAT CM Library Multi-Channel Histogram Mean, Standard Deviation, Skew, Kurtosis Cyclical Moments, Phase angle statistics Quantiles and Percentiles Crest Factor Homomorphic Signal Processing Cepstrum Statistical Distributions and Fits Normal Distribution Von Mises Distribution Cross Correlation Function Robust Phase unwrapping Instantaneous Frequency Weibull Distribution Von Mises Fit Pattern Recognition and Machine Learning Threshold Monitoring Bayesian Classification Support Vector Machines Gaussian Mixture Models Special Functions Error Function Bessel Functions Decision Trees Notwendige Sensorik Natürlich braucht man für ein Condition-Monitoring-System Schwingungssensoren, die es von verschiedenen Herstellern gibt. Diese Sensoren nutzen in der Regel den piezoelektrischen Effekt aus, um die Schwingungen zu detektieren. Dazu sind externe Ladungsverstärker notwendig, die den Ladungsunterschied in eine analoge ±10-V-Spannung umwandeln. Um die hohen Kosten für den Verstärker zu vermeiden, hat Beckhoff die 2-kanalige EtherCAT-Klemme EL3632 entwickelt, welche man direkt mit dem Piezo-Schwingungssensor verbinden kann. Die Schnittstelle zu den Sensoren ist als IEPE-Schnittstelle bekannt. Im Vergleich zu einem Maschinenschaden sind die Kosten für die Einheit von Sensor und EL3632 gering. Mit einer maximale Samplingrate von 40 ksamples/s erlaubt es die EL3632, Eingangssignale bis 20 khz zu verarbeiten. Gemäß der Beckhoff-Steuerungsphilosophie nimmt die Klemme nur die Schwingungen auf. Die Auswertung erfolgt auf dem leistungsfähigen PC in Software, was natürlich nur dann Sinn macht, wenn die Werte der Klemme schnell und mit präzisen Zeitstempeln versehen ankommen. Der schnelle Feldbus EtherCAT bietet hierfür die ideale Grundlage: Aufgrund hocheffizienter Algorithmen erfordert die Auswertung nur wenige Millisekunden Rechenzeit. Zusätzlich zur Messung von Schwingungssignalen lassen sich auch zeitlich hoch aufgelöste Stromverläufe elektrischer Antriebe auswerten, was die Realisierung besonders kostengünstiger Lösungen erlaubt. Die Bandbreite der möglichen Analysen ist sehr groß. Die reine Aufzeichnung des Schwingungssignals ist dabei ebenso möglich wie eine Spektralanalyse. Hier kommt häufig die Fast-Fourier-Transformation zum Einsatz. Durch eine statische Trendanalyse kann eine Entscheidung gefällt werden, wann und wo ein Ausfall an der Maschine auftreten könnte. TwinCAT bietet hier für alle Anwendungsfälle die passende Softwarekomponente an. Spectrogram Software-Komponenten der Condition- Monitoring-Bibliothek Pearson Distributions Gaussian Fit Frequenzanalyse Getriebe weisen schon im Normalzustand relativ starke Vibrationen auf. Schäden machen sich oft zuerst durch eine Zunahme harmonischer Schwingungen bemerkbar, die in einer gewöhnlichen Auswertung aber untergehen. Eine sehr einfache Möglichkeit der Reduktion der Daten auf das Wesentliche ist die sogenannte Cepstrumdarstellung. (Cepstrum ist eine Verdrehung des Wortes Spectrum.) Dazu wird das logarithmierte Frequenzspektrum einer weiteren Transformation unterzogen. Durch diese kommt man vom Frequenzbereich in einen virtuellen Zeitbereich, in welchem harmonische Komponenten aus dem Untergrund herausgelöst sind und hervortreten. Bei Verschleißerscheinungen an Wälzlagern treten typischerweise modulierte Stoßimpulse auf, die in unteren Frequenzbereichen allerdings von normalen Vibrationen verdeckt werden und deswegen schwer zu erkennen sind. Eine Berechnung der Einhüllenden, basierend auf dem theoretischen Werkzeug der Hilberttransformation, ermöglicht es hier, diese Stoßimpulse über einen breiten Frequenzbereich zusammenzufassen, zu erkennen und aufgrund der Modulationen den umlaufenden oder stillstehenden Lagerteilen zuzuordnen.