Nr. 3 September worldwide Automatisierter Teiletransport bei Nobilia: PC-based Control für effizientere Produktionslogistik.

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1 Nr. 3 September worldwide Automatisierter Teiletransport bei Nobilia: PC-based Control für effizientere Produktionslogistik 6 technology 14 products Cloudbasierte Automation: Technologiestudien von Huawei und Beckhoff Systemintegrierte Energiemessung: vom Energie- zum Zustandsmanagement

2 2 contents PC-Control interview products news 4 Trendinterview mit Dr. Josef Papenfort: Künstliche Intelligenz, Edge und Cloud sind getrennt zu betrachten 14 Systemintegrierte Energiemessung für den Schritt vom Energie- zum Zustandsmanagement 22 Rückblick Automatica 2018 und Sensor + Test TwinCAT IoT Communicator: Prozessdaten einfach und sicher auf mobile Endgeräte übertragen technology 24 Vorschau Herbstmessen Cloudbasierte Automation: Ein Blick auf neuartige Echtzeit-Kommunikationstechnologien für die industrielle Automation

3 PC-Control contents 3 worldwide 26 Nobilia und Horstkemper, Germany: PC-based Control für bis zu 15 % effizientere Produktionslogistik 32 Herrmann, Germany: PC-based Control vereinfacht die Gebäuderevitalisierung beim Frankfurter Hochhaus Eurotheum 42 Lindø Offshore Renewables Center (LORC) und R&D Test Systems, Denmark: Windsimulator bildet in nur sechs Monaten 25 Jahre Windturbinen-Leben ab 44 Technical Development Corporation (TDC), Netherlands: XTS ermöglicht maximale Flexibilität im Verpackungsprozess ETG 38 PostProcess Technologies, USA: PC-based Control erhöht den Durchsatz in der additiven Fertigung 46 Neuigkeiten und Aktivitäten der EtherCAT Technology Group events 48 Messen und Events 2018 impressum PC-Control The New Automation Technology Magazine Herausgeber: Beckhoff Automation GmbH & Co. KG Hülshorstweg Verl/Germany Telefon: +49 (0) info@beckhoff.de Redaktionsleitung: Frank Metzner Projektleitung/Redaktion: Martina Fallmann Redaktion: Gabriele Kerkhoff Stefan Ziegler Telefon: +49 (0) redaktion@pc-control.net Bildnachweis: istock MF3d, USA, S. 2 / S. 4 Lindø Offshore Renewables Center, Dänemark, S. 43 R&D Test Systems, Dänemark, S. 42 TDC, Niederlande, S Design: Druck: Richter Druck- und Mediencenter, Germany Auflage:

4 4 interview PC-Control Trendinterview: KI-Algorithmen auch in lokalen Controllern? Künstliche Intelligenz, Edge und Cloud sind getrennt zu betrachten Viele Anwender gerade im Maschinenbau setzen bei der Einführung von Industrie4.0-Konzepten auf die Auswertung ihrer Daten auf der Maschinenebene. Mit skalierbarer Rechenleistung in der Steuerung oder im Edge-Device stehen ausreichend Ressourcen für die Datenauswertung direkt vor Ort an der Linie zur Verfügung. Doch wieviel Intelligenz an der Grenze zur Cloud macht Sinn und wie lassen sich die Aufgaben effektiv zwischen Edge und Cloud teilen? Diese Fragen beantwortet Dr. Josef Papenfort im nachfolgenden Trendinterview mit Andreas Gees, stellvertretender Chefredakteur der Elektro Automation. Elektro Automation: Welche Gründe sprechen für die Integration von KI-Algorithmen in lokale Anwendungen bzw. Steuerungen oder Edge-Devices? Welche Vorteile ergeben sich gegenüber cloudbasierten Lösungen und welche Rolle spielt das Thema Daten-Sicherheit? Dr. Josef Papenfort: In welchen Bereichen KI-Algorithmen ausgeführt werden, hängt im Wesentlichen von der vertretbaren Latenz und den maximal zulässigen Kosten ab. Ein KI-Algorithmus lebt von Daten. Zu unterscheiden sind hier zum einen die Daten, die beim Trainingsprozess (einmalig) benötigt werden, und zum anderen die Daten, die kontinuierlich bei der Prädiktion mit einem gelernten Netz (Inferenz-Betrieb) benötigt werden. Sollen Lernen und Inferenz in einer Cloud ausgeführt werden, müssen entsprechend hohe Datenraten zur Verfügung stehen. Bei cloudbasierten Systemen kann dies dann zu hohen Kosten und möglicherweise zu Einschränkungen in der Funktionalität aufgrund zu geringer Bandbreite der Internetverbindung führen. Die Inferenz auf einem Edge-Device erfordert einen einmaligen Invest in die Hardware, kann dann aber in einem lokalen Netzwerk mit hohen Datenraten kommunizieren. Der Lernvorgang hingegen kann sinnvoll auch auf Cloud-Systemen ausgeführt werden. Das Lernen muss nicht kontinuierlich erfolgen, sodass ein einmaliger Upload von Daten genügt. Der Lernprozess erfordert

5 PC-Control interview 5 Da der Lernprozess ggf. große Rechenressourcen erfordert, die nur temporär benötigt werden, ist dafür das Pay-as-you-go- Bezahlmodell in einer Cloud passend. Dr. Josef Papenfort, Produktmanager TwinCAT bei Beckhoff aber ggf. große Rechenressourcen, welche nur temporär benötigt werden. Dafür ist das Pay-as-you-go-Bezahlmodell in einer Cloud passend. Elektro Automation: Während Steuerungsaufgaben meist in harter Echtzeit ablaufen, erfordern KI-Algorithmen nicht zwingend Echtzeit wie lassen sich diese beiden Anforderungen lokal verbinden? Dr. Josef Papenfort: Die Art der Verbindung hängt von der Applikation ab, welche durch einen KI-Algorithmus realisiert oder unterstützt werden soll. Klar ist, dass der KI-Algorithmus Daten aus dem Echtzeitprozess benötigt, also ein Datenstrom von der Echtzeit in die Nicht-Echtzeit-Welt realisiert werden muss. Im Wesentlichen muss aber dann die Frage gestellt werden, ob der Nicht-Echtzeit-Algorithmus einen Rückeingriff in den Echtzeitprozess benötigt. Darauf verzichtet werden kann beispielweise dann, wenn der KI-Algorithmus im Bereich der prädiktiven Wartung eingesetzt wird, beispielsweise eine 'rest of useful life'-prädiktion ausgeführt werden soll. Hier ist ein direkter Eingriff zurück in den Echtzeitprozess in der Regel nicht nötig. Soll hingegen eine geschlossene Optimierungsschleife realisiert werden, muss der KI-Algorithmus die Resultate wieder mit dem Echtzeitprozess austauschen. Dr. Josef Papenfort: Diese Frage kann kaum zielführend beantwortet werden. Es hängt von der verwendeten Hardware ab, ob ein Edge-Device die Rechenleistung mitbringt, ein bestimmtes Deep Neural Network in geeigneter Zeit zu berechnen. In PC-basierten Steuerungssystemen kann die Hardware bedarfsgerecht skaliert werden. Elektro Automation: Gibt es aus Ihrer Sicht auch Anwendungsszenarien, die sich nur in der Cloud sinnvoll abbilden lassen, beispielsweise standortübergreifende Analysen? Dr. Josef Papenfort: Auch hier ist wiederum die Auftrennung in Lernphase und Inferenz zu betrachten. Das Lernen basiert auf einer Sammlung von Daten. Wird an einem einzelnen Standort nicht genügend Datenvolumen erzeugt, so kann das Koppeln mehrerer Standorte helfen, die den gleichen Prozess abbilden. Dazu ist die Cloud ein geeignetes Bindemittel. Zudem stellt sie die Rechenleistung zur Verfügung, um zu einem bestimmten Zeitpunkt den Lernvorgang in Gang zu setzen. Ob die Inferenz dann auch in der Cloud stattfinden soll, hängt wie oben erwähnt von der konkreten Applikation, der Latenz und der Datenrate ab. Elektro Automation: Wann stoßen lokale KI-Anwendungen aufgrund der Rechenleistung an ihre Grenzen und welche Anwendungen sind dafür geeignet? weitere Infos unter:

6 6 technology PC-Control Auf der Hannover Messe 2018 konnten sich die Besucher bei Beckhoff anhand einer detaillierten Demopräsentation über die neuartigen Echtzeit- Kommunikationstechnologien informieren. Cloudbasierte Automation Technologiestudien von Huawei und Beckhoff Ein Blick auf neuartige Echtzeit-Kommunikationstechnologien für die industrielle Automation Eine der zentralen Herausforderungen der Initiativen zu Industrie 4.0 und IoT ist der sichere, standardisierte Austausch von Daten und Informationen zwischen Geräten, Maschinen und Diensten innerhalb von Maschinen, in Fertigungsanlagen und auch zwischen verschiedenen Produktionsstätten. PC-based Control bietet hier mit seiner Offenheit bereits optimale Voraussetzungen. Als technologieorientiertes Unternehmen richtet Beckhoff aber auch immer wieder den Blick auf neuartige Ansätze, die für die industrielle Automation interessant sein könnten. Aktuelles Beispiel ist die Kooperation mit dem Telekommunikationsspezialisten Huawei zur Betrachtung spezieller Technologien zu Switching, Routing und 5G-Mobilfunk.

7 PC-Control technology 7 Global Cloud Cloud Control Virtual PLC Analytics vplc Services Smart Factory Smart Factory Smart Factory Local Cloud Edge Control Smart Factory Plant Level Line Control Router/Switches Machine Level Machine Control Field Level Sensors/Actuators Sensor Actuator Sensor Actuator Sensor Actuator Sensor Actuator Sensor Actuator Sensor Actuator Abbildung 1: Kommunikationsanforderungen einer cloudbasierten Automation Mit Beckhoff als Pionier der offenen Steuerungstechnik profitieren die Anwender von der Interoperabilität zwischen einer Beckhoff- und einer Fremdsteuerung. In der Feldebene bietet der weltweit anerkannte Kommunikationsstandard EtherCAT die Möglichkeit, entsprechende Geräte unterschiedlichster Hersteller interoperabel einzubinden. Hinzu kommt OPC UA als Datenaustauschstandard für eine hersteller- und plattformunabhängige Kommunikation in der Maschine-Maschine-Interaktion und in vertikalen Unternehmensprozessen. Maschinen- und Produktionsdaten müssen von der I/O- bis in die Cloud-Ebene transportiert werden (siehe Abbildung 1). Eine auf allen Ebenen durchgängige und deterministische Kommunikation mit kurzen Latenzzeiten ist für die Aufgaben einer modernen Produktionssteuerung notwendig. Daher evaluiert Beckhoff hierfür die Eigenschaften verschiedener Technologien aus dem LAN- und WANsowie Mobilfunkumfeld. Im Rahmen der Kooperation mit Huawei werden Switching- und Routing- Verfahren sowie die 5G-Mobilfunktechnologie untersucht. Ziel ist hierbei, durch einfache Konfiguration Bandbreite zu reservieren und dadurch geringe Verzögerungen mit kleinem Jitter zu garantieren. Die untersuchten Technologien dienen dabei lediglich dem echtzeitfähigen Routing der Daten durch ein heterogenes Netzwerk. Das eigentliche Kommunikationsprotokoll EtherCAT bleibt erhalten und ermöglicht somit eine nahtlose Integration vorhandener EtherCAT- Segmente und die Nutzung der großen EtherCAT-Gerätevielfalt.

8 8 technology PC-Control Layer 1.5 Layer 2 Layer 3 Layer 2 Pakete Layer 3 Routing IP IP IP IP IP IP IP IP Telegramme Telegramme Layer 2 Data Link MAC Bit-Block MAC MAC MAC MAC MAC MAC MAC Layer 1 Physical PHY PHY PHY PHY PHY PHY PHY PHY X-Ethernet TSN Deterministic IP 5G Wireless Abbildung 2: Switching- und Routing-Technologien EtherCAT ist durch sein Funktionsprinzip besonders für eine Integration in heterogene Netzwerke geeignet: Üblicherweise reicht ein Ethernet-Telegramm, um alle Teilnehmer in einem EtherCAT-Segment zu erreichen. Daher muss zwischen einer abgesetzten EtherCAT-Steuerung und dem Segment der EtherCAT-Geräte nur dieses eine Telegramm geroutet werden, und nicht wie bei anderen Technologien jeweils ein Telegramm zu jedem Teilnehmer im Segment. Bislang wurden innerhalb der Kooperation drei Kommunikationstechnologien in Augenschein genommen: X-Ethernet: Zwischen dem Physical Layer und dem MAC Controller definiert die Ethernet-Spezifikation IEEE die Kodierung der Symbole. Auf dieser Coding-Ebene werden Datenströme zwischen den X-Ethernet-Switchen weitergeleitet quasi auf Schicht 1,5 des ISO/OSI-Schichtenmodells. Deterministic-IP: Durch eine Bandbreitenreservierung für IP-basierte Netzwerke (Schicht 3) werden deterministische Latenzzeiten im Bereich von unter 50 µs erreicht. 5G Wireless: Die 5G-Mobilfunktechnologie verspricht neben einem höheren Datendurchsatz auch kurze Latenzzeiten im Bereich von 1 ms sowie eine hohe Zuverlässigkeit der Übertragung. Ein Routing erfolgt üblicherweise auf IP-Ebene, Ansätze auf Layer 2 für die Endgeräte existieren aber ebenfalls. In Abbildung 2 sind die untersuchten Technologien und ihre Einordnung im ISO/ OSI-Layer dargestellt. Die Time Sensitive Networking (TSN)-Technologie reiht sich hier nahtlos ein. Die Verwendung von EtherCAT in einem TSN-Netzwerk ist in einem White Paper bereits beschrieben und wird innerhalb der EtherCAT Technology Group (ETG) spezifiziert. Technologiestudien: Innovationspotenziale frühzeitig erkennen und prüfen Technologie-Evaluierung: Es ist für Beckhoff wichtig, frühzeitig zu untersuchen, ob bzw. inwieweit sich neue Technologien z. B. aus dem Informations- und Telekommunikationsbereich (IKT) nutzen und damit für die Beckhoff-Kunden Innovationspotenziale im gesamten Kommunikationspfad von der Cloud bis in die I/O-Ebene erschließen lassen. Huawei hat Beckhoff zu einer Teilnahme an den Technologiestudien eingeladen, um das aus ihrer Sicht technologisch führende Unternehmen im Automatisierungsbereich als Partner einzube ziehen. EtherCAT ist ein extrem leistungsfähiges Industrial Ethernet-Kommunikationssystem, dessen Funktionsprinzip sich zudem opti mal für die Ergän- zung durch heterogene Netzwerktechnologien, wie z. B. die neuen Lösungen X-Ethernet und Deterministic-IP von Huawei sowie TSN, eignet. X-Ethernet überträgt feste Bit-Blöcke anstelle von Telegrammen und vereinfacht somit im Vergleich zu TSN die Netzwerkkonfiguration. Deterministic-IP bietet gegenüber TSN die Vorteile eines echtzeitfähigen, gerouteten Netzwerks z. B. für eine effiziente Kommunikation zwischen Fertigungshallen, -zellen oder -subnetzen. 5G Wireless dient im Rahmen der Technologie-Evaluierung zum einen dazu, Huawei als wichtigem globalen Hersteller von IKT-Chips und -Endgeräten die Anforderungen an eine industrietaugliche Wireless-Kommunikation zu vermitteln. Zum anderen erhält Beckhoff einen tiefgehenden Einblick in die Leistungsfähigkeit der zukünftigen 5G-Technologie.

9 PC-Control technology 9 EtherCAT 100 Mbit/s Toggle XE Switch X-Ethernet Vision Application XE Switch Gbit/s GBit Ethernet (e.g. 600 Mbit/s pipe) EtherCAT 100 Mbit/s Toggle In Out Abbildung 3: Demonstrationsaufbau zum X-Ethernet-Netzwerk X-Ethernet Layer-1,5-Switching X-Ethernet verarbeitet Bit-Blöcke mit einer festen Länge und leitet diese auf dem PCS (Physical Coding Sublayer) von einem Port zum nächsten weiter. Genutzt wird die PCS-Kodierung, z. B. 8B/10B oder 64B/66B, gemäß der Norm IEEE als Fragmentierungsblock. Durch die feste Länge der Bit-Blöcke ist der Jitter extrem klein (< 100 ns). Zudem wird dieser nicht durch eine variable Telegrammlänge bestimmt, wie es bei einem Switching auf Layer 2 standardmäßig der Fall ist. Im X-Ethernet-Switch werden sogenannte Pipes mit der benötigten Datenrate je Datenstrom konfiguriert. Ein Store-and-Forward oder die Entscheidung durch eine MAC/IP-Tabelle sind nicht notwendig, Datenstaus in Ausgangspuffern kommen nicht vor. Am besten wird das Prinzip an einem Beispiel deutlich: In der in Abbildung 3 (siehe oben) dargestellten Demonstration wird eine 100-Mbit/s-Pipe vom EtherCAT-Master durch die beiden X-Ethernet-Switche zum EtherCAT-Segment konfiguriert. Zwischen den X-Ethernet-Switchen besteht eine Gbit/s-Verbindung. Daher kann parallel zum EtherCAT-Verkehr beispielsweise eine Pipe für ein Video-Stream zur Bildverarbeitung durch die X-Ethernet-Switche konfiguriert werden. Hierbei steht entweder die restliche Bandbreite von 900 Mbit/s zur Verfügung oder auch z. B. nur 600 Mbit/s, sodass noch 300 Mbit/s für weiteren Echtzeitverkehr oder für eine asynchrone nichtpriorisierte Kommunikation übrigbleiben. Für die asynchrone Kommunikation steht immer der nicht reservierte Teil der 1-Gbit/s-Verbindung zur Verfügung auch lange asynchrone Telegramme stören die Echtzeitkommunikation nicht. In der Beispielapplikation wurde mit einer einfachen Konfiguration der X-Ethernet-Switche eine virtuelle 100-Mbit/s-EtherCAT-Pipe eingerichtet. Standard-EtherCAT-Telegramme konnten ohne weitere Anpassung im Master durch das Netzwerk geroutet und vom Standard-EtherCAT-Segment verarbeitet werden. Die SPS-Applikation erreichte dabei eine Zykluszeit von 50 µs. Durch den sehr kleinen Jitter der X-Ethernet-Switche von unter 20 ns und einer Latenzzeit kleiner 3 µs funktioniert auch die Zeitsynchronisierung im EtherCAT-Segment per Distributed Clocks ohne weitere Anpassungen: Die beiden Toggle-Ausgänge vor und hinter dem X-Ethernet-Netzwerk schalten mit einem Jitter und einer Gleichzeitigkeit von << 100 ns das X-Ethernet- Netzwerk wird hierbei quasi wie ein (langes) Kabel betrachtet. Für Anwendungen mit einer parallelen Standard- und Multi-Echtzeit-Kommunikation in heterogenen Netzwerken ist X-Ethernet an dessen Standardisierung und Verbreitung Huawei derzeit arbeitet eine gute Technologie. Die Konfiguration der Datenströme (Pipes) ist einfach möglich und die Echtzeiteigenschaften sind hervorragend. Eine abgesetzte Steuerung kann durch das Netzwerk mit einem oder mehreren EtherCAT-Segmenten (Maschineneinheiten) in Echtzeit Daten austauschen. Geschlossene Regelkreise für eine hochdynamische Antriebsapplikation sind ebenfalls möglich.

10 10 technology PC-Control Guaranteed low E2E latency DIP Router DIP Router DIP Router Abbildung 4: Deterministic-IP mit garantierter Grenze der End-2-End-Verzögerungszeit Deterministic-IP (DIP) Layer-3-Routing Wenn Maschinenmodule oder -zellen über Router vernetzt werden, um die Kommunikation logisch in Subnetze zu trennen, ist ein Switching auf Layer 2 (oder darunter) nicht mehr ausreichend. Trotzdem werden in den Anwendungen Echtzeiteigenschaften benötigt, z. B. für die Anbindung an einen Edge-Controller, der eine Online-Analyse von Maschinendaten durchführt, oder wenn eine Maschinensteuerung abgesetzt von der eigentlichen Maschine in einem Serverraum erfolgen soll. Die Berechnung eines Maschinenmodells (Digital Twin) in einem Edge-Server benötigt beispielsweise zur Überwachung einer Anlage eine deterministische Reaktionszeit auf die aktuellen Prozesswerte: Die aktuellen Istwerte der Maschine oder Anlage müssen an den Edge-Server im Zyklustakt gesendet und mit den im Maschinenmodell erwarteten Werten verglichen werden. Der Ausgangsvektor muss dann wiederum mit geringer Latenz an die Maschine gesendet werden, um angepasste Einstellungen zur Optimierung zu aktivieren. Deterministic-IP dessen Spezifikation bereits beim Europäischen Insti tut für Telekommunikationsnormen (ETSI) eingereicht wurde bietet hierfür Echtzeit-Dienste in IP-basierten Netzwerken auf Layer 3. Die angeschlossenen Endgeräte können über einen definierten IP-Options-Header ihre benötigte Bandbreite in den DIP-Routern anfordern und reservieren. Dadurch wird eine End-2-End-Bandbreite und -Verzögerung bereitgestellt und von den Routern garantiert (siehe Abbildung 4). Eine Weiterleitung dieser Daten ist in den Routern mit einer garantierten Verzögerung kleiner 50 µs möglich. Hierbei achtet jeder Router darauf, zuerst die Nachricht mit der geringsten Zeitreserve weiterzuleiten. Die Teilnehmer können für eine flexible Produktion auch umgesteckt werden beim Hochlauf der Verbindungen wird die Bandbreite erneut angefordert und bereitgestellt.

11 10 technology PC-Control PC-Control technology 11 Guaranteed low E2E latency DIP Router DIP Router DIP Router Abbildung 4: Deterministic-IP mit garantierter Grenze der End-2-End-Verzögerungszeit Deterministic-IP (DIP) Layer-3-Routing Abbildung 5: Der Koppler EK1000 von Beckhoff fungiert als EtherCAT-Open-Mode-Koppler. muss dann wiederum mit geringer Latenz an die Maschine gesendet werden, Auf IP-Ebene bietet sich ebenfalls die Nutzung des EtherCAT-Protokolls an, Motion-Anwendung mit 2 ms Zykluszeit und DC-Synchronisierung realisiert. um angepasste Einstellungen zur Optimierung zu aktivieren. da jeder EtherCAT-Teilnehmer laut Spezifikation auch EtherCAT-Telegramme Die EtherCAT-Telegramme wurden im EtherCAT-Master in ein UDP/IP-Paket Wenn Maschinenmodule oder -zellen über Router vernetzt werden, um die eingebettet in einem UDP/IP-Telegramm verarbeitet. Die EtherCAT-Spezifikation einge bet tet, in das DIP-Netzwerk gesendet und vom EK1000 empfangen, der Kommunikation logisch in Subnetze zu trennen, ist ein Switching auf Layer 2 Deterministic-IP dessen Spezifikation bereits beim Europäischen Insti tut bezeichnet dies als Open Mode. Lediglich der erste Teilnehmer im EtherCAT- die Tele gramme direkt in das EtherCAT-Segment weiterleitet. Im EK1000 sowie (oder darunter) nicht mehr ausreichend. Trotzdem werden in den Anwendungen für Telekommunikationsnormen (ETSI) eingereicht wurde bietet hierfür Segment, der an einen DIP-Router angeschlossen wird, muss die Auswertung im EtherCAT-Master wurden hierfür lediglich eine Erweiterung des IP-Stacks Echtzeiteigenschaften benötigt, z. B. für die Anbindung an einen Edge-Controller, Echtzeit-Dienste in IP-basierten Netzwerken auf Layer 3. Die angeschlossenen des IP-Protokolls unterstützen. des DIP-Options-Header implementiert, um die notwendige Bandbreite in den der eine Online-Analyse von Maschinendaten durchführt, oder wenn eine Endgeräte können über einen definierten IP-Options-Header ihre benötigte Maschinensteuerung abgesetzt von der eigentlichen Maschine in einem Server Bandbreite in den DIP-Routern anfordern und reservieren. Dadurch wird eine Beckhoff hat hierfür z. B. den EtherCAT-TSN-Koppler EK1000 (Abbildung 5) raum erfolgen soll. End-2-End-Bandbreite und -Verzögerung bereitgestellt und von den Routern vorgesehen, der neben der MAC-Adressierung auch die IP-Adressierung unter- Eine flexible Produktion mit häufiger Umkonfiguration des Produktionsprozes- garantiert (siehe Abbildung 4). Eine Weiterleitung dieser Daten ist in den stützt. Der Koppler verfügt über zwei Ethernet-Schnittstellen. Einer dieser Ports ses erfordert eine flexible Konfiguration der Kommunikationsnetze. Determi- Die Berechnung eines Maschinenmodells (Digital Twin) in einem Edge-Server be- Routern mit einer garantierten Verzögerung kleiner 50 µs möglich. Hierbei verbindet den Koppler mit dem Ethernet-Netzwerk. Der EK1000 übernimmt nistic-ip bietet auf Layer 3 die Möglichkeit, die Anforderungen der Teilnehmer nötigt beispielsweise zur Überwachung einer Anlage eine deterministische Re- achtet jeder Router darauf, zuerst die Nachricht mit der geringsten Zeitreserve dabei den Austausch des Telegramms vom Ethernet- an den EtherCAT-Port an kurze Latenzzeiten und eine deterministische Übertragung zu garantieren. aktionszeit auf die aktuellen Prozesswerte: Die aktuellen Istwerte der Maschine weiterzuleiten. mit minimaler Durchlaufverzögerung. Alle anderen Teilnehmer im EtherCAT- Dies gilt auch, wenn geroutete Subnetze gefordert werden z. B. aufgrund von Segment sind Standard-EtherCAT-Teilnehmer. IT-Anforderungen oder WAN-Kommunikation zwischen den Zellen oder Hallen oder Anlage müssen an den Edge-Server im Zyklustakt gesendet und mit den im Maschinenmodell erwarteten Werten verglichen werden. Der Ausgangsvektor Routern anzufordern. Die Teilnehmer können für eine flexible Produktion auch umgesteckt werden einer Produktionsanlage. beim Hochlauf der Verbindungen wird die Bandbreite erneut angefordert und In einer Beispielapplikation wurde eine Server-PLC über ein DIP-Netzwerk mit bereitgestellt. einem EtherCAT-Segment mit dem Koppler EK1000 verbunden und darüber eine

12 12 products PC-Control G Wireless die nächste Mobilfunkgeneration Im Zusammenhang mit Industrie 4.0 oder dem Internet der Dinge (IoT) wird häufig die drahtlose Kommunikation auf Basis der 5. Generation Mobilfunktechnik (5G) als eine Schlüsseltechnologie genannt. Tatsächlich verspricht 5G sehr gute Eigenschaften: Neben einer extrem hohen Bandbreite sollen kurze Verzögerungszeiten der Nachrichten zwischen den Stationen sowie eine hohe Zuverlässigkeit in der Datenübertragung realisierbar sein, und zwar für viele Teilnehmer und auf engstem Raum. Diese Eigenschaften, die bei heutigen drahtgebundenen Netzwerken selbstverständlich sind, lassen eine Nutzung dieser Kommunikationstechnologie für die Automatisierungstechnik interessant erscheinen. Einer der Hauptunterschiede zwischen der nächsten Generation von Mobilfunknetzen der 5. Generation und den bestehenden Technologien liegt darin, dass 5G einen starken Fokus auf Maschinentyp-Kommunikation und IoT legt. Die Fähigkeiten von 5G reichen somit weit über das mobile Breitband mit immer höheren Datenraten hinaus. Die internationale Telekommunikationsunion (ITU) definiert Ziele für die nächste Mobilfunkgeneration, u. a. mit folgenden Schlüsselfunktionen: erweitertes mobiles Breitband (enhanced Mobile BroadBand, embb): Spitzen-Datenrate: 20 Gbit/s (10 Gbit/s Uplink) Standard-Datenrate: 100 Mbit/s (50 Mbit/s) ultrazuverlässige und latenzarme Kommunikation (Ultra-Reliable and Low-Latency Communication, URLLC): Übertragungszeit zwischen zwei Teilnehmern maximal 1 ms Die Mindestanforderung für die Zuverlässigkeit ist 1 x massive Maschinentyp-Kommunikation (massive Machine Type Communication (mmtc): Die Mindestanforderung für die Verbindungsdichte ist 1 Mio. Geräte pro km 2. Leider stehen diese Eigenschaften nicht alle gleichzeitig zur Verfügung, da sie sich technologisch gegenseitig ausschließen. Das bedeutet, ein Sensor (Condition Monitoring) wird darauf ausgelegt sein, möglichst wenig Energie zu benötigen, um eine lange Laufzeit zu garantieren (mmtc), wohingegen es für einen mobilen Roboter wichtig ist, zuverlässig und kurzzyklisch neue Soll- und Istwerte mit der Steuerung auszutauschen (URLLC). Um die Eigenschaften trotzdem parallel in einer Netzwerkstruktur nutzen zu können, wurde in 5G ein neues Konzept, das Network Slicing, eingeführt. Es ermöglicht, viele logische/virtuelle Netzwerke für unterschiedliche Use-Cases gleichzeitig auf einer gemeinsamen physikalischen Netzwerkinfrastruktur zu betreiben. Eine Nutzung der 5G-Technologie in einer flexiblen Produktion mit mobilen Transportfahrzeugen, der Anbindung der Logistik und gleichzeitiger Steuerung der Produktionslinien (siehe Abbildung 6) scheint somit möglich. Auf der Hannover Messe 2018 hat Beckhoff in einer Kooperation mit dem X-Lab von Huawei einen Demonstrator gezeigt, der die Eigenschaften der 5G-Technologie auf die Probe stellt. Zwei Steuerungen wurden über eine 5G-Verbindung miteinander gekoppelt. Eine davon steuert ein XTS (extended Transport System) von Beckhoff als passives Antriebssystem, das vom Anwender manuell bewegt werden kann und die Ist-Position der XTS-Mover als Referenz der zweiten Steuerung zur Verfügung stellt. Die zweite Steuerung folgt synchron der Bewegung des Manipulators. Die Zykluszeit zwischen den Steuerungen beträgt 2 ms (NC-Zyklus) und die Latenz zwischen den beiden 5G-Switchen liegt bei 1,1 ms für 130 Byte Daten (URLLC). Als Protokoll zwischen den Steuerungen wird das EtherCAT Automation Protocol (EAP) genutzt in einem Raw-Ethernet- Telegramm auf Layer 2 (Wireless Switching). Parallel zu diesem Echtzeitverkehr wird ein IP-Video von der zweiten Steuerung auf die erste übertragen (embb), um dort die nachgeführte Bewegung beobachten zu können. 5G wird derzeit in den Arbeitskreisen der 3GPP spezifiziert. Die genannten Eigenschaften sollen im sogenannten Release 16 bis Ende 2019 standardisiert werden und anschließend in die Anschaltungen der Chip- und Gerätehersteller einfließen. Um sicherzustellen, dass die spezifischen Bedürfnisse und Anforderungen der Fabrikautomation von der Telekommunikationsbranche angemessen verstanden und berücksichtigt sowie die 5G-Fähigkeiten von den vertikalen Branchen in vollem Umfang erkannt und ausgenutzt werden, ist eine enge Zusammenarbeit zwischen allen relevanten Akteuren erforderlich. Aus diesem Ansinnen heraus haben sich in der neu gegründeten Allianz 5G Alliance for Connected Industries and Automation (5G-ACIA) Unternehmen der OT (Operation Technology)-Industrie mit denen der IKT (Informations- und Kommunikationstechnik)-Industrie zusammengetan. Ziel ist es, gegenseitig ein besseres Verständnis zu erhalten sowie relevante technische, regulatorische und auch wirtschaftliche Aspekte in Bezug auf 5G für den industriellen Bereich zu bewerten. Beckhoff unterstützt als Gründungsmitglied die Ziele dieser Allianz.

13 PC-Control products 13 Global Cloud Local Cloud Smart Factory Logistics Plant Level Machine Level Sensor Actuator Sensor Actuator Sensor Actuator Sensor Actuator Sensor Actuator Sensor Actuator Abbildung 6: Kommunikationsanforderungen innerhalb und außerhalb der intelligenten Fabrik Erfolgreiche Kooperation Beckhoff evaluiert kontinuierlich zukunftsweisende Kommunikationstechnologien für die durchgängige Abdeckung der Anforderungen von der I/O-Ebene bis in die Cloud-Steuerung. In der Kooperation mit Huawei wurde die Integration der etablierten EtherCAT-Technologie in heterogene Netzwerkstrukturen betrachtet: auf Switching-Ebene innerhalb eines Ethernet-Subnetzes und auf Routing-Ebene zwischen Subnetzen. Mit 5G steht vielleicht zukünftig eine Technologie zur Verfügung, die auch eine drahtlose Kommunikation zur Edge-Steuerung, zwischen den Maschinen und vielleicht auch innerhalb der Maschinen für ein Condition Monitoring und andere zukunftsweisende Anwendungen ermöglicht. Sowohl Huawei als auch Beckhoff bringen Kompetenz und Erfahrung aus ihren zumeist komplementären Branchen mit. Dies ergibt Synergien, die in beiden Branchen genutzt werden können. Wichtig ist, dass es sich bei den Kooperationsvorhaben um die Evaluierung von Technologie aus der IT-Branche für die industrielle Automation handelt. Welche Technologie es letztendlich schafft, bei den Kunden zum Einsatz zu kommen, wird sich zeigen. Autoren: Dr. Guido Beckmann, Senior Management Control System Architecture & International Key Account, und Thomas Rettig, Senior Management Control System and Communication Architecture, beide Beckhoff weitere Infos unter:

14 14 products PC-Control Eine neue Generation von Energie- und Leistungsmessklemmen bringt höchste Skalierbarkeit für das Zustandsmonitoring von der Maschine bis zur Liegenschaft Systemintegrierte Energiemessung für den Schritt vom Energie- zum Zustandsmanagement

15 PC-Control products 15 Für ein breites Anwendungsspektrum von Maschinen und Produktionsanlagen über Fertigungshallen und Gebäude bis hin zu Wind- und Wasserkraftanlagen bietet Beckhoff ein nochmals erweitertes Produktportfolio zur Energiemessung und zur Netzanalyse. Das Management von Maschinenparks in der Industrie und weitläufigen Anlagen in der Energiewirtschaft stellt vielfältigste Anforderungen, angefangen von der reinen Netzüberwachung über die Prozesssteuerung bis hin zum Highend-Power-Monitoring. Mit der EL37x3-Reihe und vier neuen EtherCAT-I/Os EL34x3 steht hierfür nun ein umfassendes sowie in Preis und Leistung hochskalierbares Spektrum zur Verfügung. Die neuen EtherCAT-Klemmen für das Energie- und Zustandsmanagement ergeben zusammen mit den bewährten Netzmonitoring-Oversampling-Klemmen und der dazugehörigen TwinCAT-Bibliothek Power Monitoring ein umfassendes Produktspektrum, das sich optimal an die jeweilige Applikation anpassen lässt. Neben dem weiterhin bestehenden politischen Druck, die ISO umzusetzen, gibt es einige direkte Nutzenversprechen aus der Implementierung eines Energiemanagementssystems (EnMS), wie auch die Internationale Energie Agentur beschreibt: Energieeinsparung = Kosteneinsparung Versorgungssicherheit = Produktionssicherheit Industrieproduktivität = erhöhter Umsatz Ressourcenmanagement = Gewinnsteigerung Schon als Stand-alone-Energiezähler bietet die Beckhoff-Lösung Vorteile gegenüber konventionellen Geräten: Modular aufgebaut beispielsweise aus dem kompakten IoT-Buskoppler EK9160 mit Ethernet-Anschluss und der Leistungsmessklemme EL3423, welche speziell auf die Nutzung im IoT-Umfeld optimiert ist ergibt sich eine flexible Lösung. Mit ihr profitiert der Anwender von bewährten und zudem kostengünstigen Standard-Industriekomponenten (siehe Abbildung 1). Abbildung 1: Ein Stand-alone-Energiezähler lässt sich kostengünstig aus den Standardkomponenten Buskoppler und Energiemessklemmen aufbauen. Ein deutlich größeres Effizienzpotenzial erschließt 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, auch gleichstromgespeiste Verbraucher und an beliebigen Stellen in der Anlage oder dem Gebäude detailliert erfassen, wo welche Art von Energie in welcher Menge verbraucht wird. Dabei stehen diese Messdaten dem I/O-System direkt zur Verfügung, sodass der Anwender hierfür kein zusätzliches Automatisierungssystem benötigt. Vielmehr lassen sich je nach Bedarf die entsprechenden Busklemmen und/oder Softwaremodule ganz einfach zum Steue-

16 16 products PC-Control TwinCAT Analytics Storage Provider MQTT Message Broker Storage MQTT TwinCAT IoT Data Agent Beckhoff Edge Device Ultra-Kompakt-IPC C6015 weiterer Feldbus, z. B. Modbus MQTT ADS/OPC UA OPC UA IoT Device TwinCAT Analytics Logger Beckhoff IoT-Buskoppler EK9160 Beckhoff Steuerung Embedded-PC CX2000 mit TwinCAT 3 existierende Beckhoff Steuerung Embedded-PC CX5000 mit TwinCAT 2 existierende Fremdsteuerung Abbildung 2: Vom Stand-alone-Energiezähler über die Softwarelösung bis hin zum C6015 als Gateway-PC für Kleinsteuerungen oder Fremdgeräte lassen sich Messdaten erfassen, speichern und auswerten. rungssystem 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. Ein heterogenes System, beispielsweise durch gewachsene Strukturen, lässt sich mit Hilfe eines übergeordneten Gateway-PCs problemlos wieder zu einem voll funktionsumfänglichen Gesamtsystem zusammenführen und dies sogar über Herstellergrenzen hinaus (siehe Abbildung 2). Die Basis der Lösung bilden die zahlreichen I/O-Module zur Energiedatenerfassung. So lassen sich die in der Praxis etablierten Gas-, Wasser- und Wärmezähler ganz einfach über Impulszähler wie der EtherCAT-Klemme EL1512 oder den Busklemmen KL6781 und KL6401 per M-Bus- bzw. LON-Interface einbinden. Mit den Differenzdruckmessklemmen KM37xx und der dezentral einsetzbaren IP-67-Differenzdruckmessbox EP3744 kann zudem die Druckluftversorgung direkt überwacht und beispielsweise auf Energie vergeudende Leckagen überprüft werden. Über die KL/EL6224 lassen sich auch IO-Link-basierte Sensoren effizient einbinden. Elektrische Größen lassen sich besonders komfortabel und systemintegriert über das breit gefächtere Leistungsmessklemmenportfolio erfassen, welches sich in die drei Anwendungsbereiche Wartung, Leistungsmessung und Leistungsmonitoring unterteilen lässt (siehe Abbildung 3). EL3483 und EL3423 für den Wartungs- und Überwachungsbereich Mit dem 3-Phasen-Netzwächter EL3483 für Spannung, Frequenz und Phase lassen sich einerseits alle üblichen Schutz-Relais-Aufgaben, wie zum Beispiel Unsymmetrie-, Frequenz-, Phasen- und Spannungsschutz für ungeregelte Motoren realisieren. Zudem erhält man von ihr nicht nur eine Fehlermeldung, wenn es schon zu spät ist. Vielmehr kann man für alle überwachten Werte auch eine Warnschwelle festlegen, um noch vor dem Ausfall aktiv zu werden und den Maschinenstillstand somit zu vermeiden. Mithilfe des in der Klemme angebotenen Power-Quality-Faktors und durch die verhältnismäßig geringen Kosten lässt sich ein flächendeckendes Monitoring für die Versorgungsspannung aufstellen. Der Power-Quality-Faktor ist hierbei eine Zusammenfassung und Vereinfachung von vielen Einflussfaktoren auf die Spannungsqualität des Versorgungsnetzes, welche mit der Beckhoff-Messtechnik erfasst werden. Letztlich bietet er die Möglichkeit, mit einem einzelnen Zahlenwert die Spannungsversorgungssicherheit einer Anlage zu bewerten, ohne

17 PC-Control products 17 Maintenance Power Measurement Power Monitoring Abbildung 3: Die drei Klassen der Energie- und Leistungsmessklemmen: Wartung, Leistungsmessung und Leistungsmonitoring dabei tieferes Wissen über Oberwellen, Verzerrungsfaktoren oder ähnliches zu benötigen. Der zweite Vertreter dieser Gruppe ist die erste eigentliche Energie- und Leistungsmessklemme, da sie zusätzlich zu den aus der EL3483 bekannten Spannungsauswertungen auch Strommesskanäle bereitstellt. Die EL3423 als Economy-Version der 3-Phasen-Energiemessklemme ist eine vollwertige Energie- und Leistungsmessklemme, welche ihre Messwerte anhand des in Deutschland üblichen 15-Minuten-Intervalls berechnet. Die Update-Geschwindigkeit ist jedoch frei einstellbar bis hinunter zu 10-Sekunden-Mittelwerten. Neben der Mittelwertbildung erfasst die Klemme über den eingestellten Zeitraum auch die Leistungsminima und -maxima. Die zeitliche Einschränkung führt zu einer direkten Kosteneinsparung, da diese Variante preisgünstiger angeboten werden kann. Werden die Leistungs- und/oder Stromwerte beispielsweise für die Regelung einer Maschine benötigt, sind 10-Sekunden-Messintervalle höchstwahrscheinlich zu langsam. In diesem Fall sollte zu der nächsten Klasse gewechselt werden. EL3443 und EL3453 für den Bereich der Leistungsmessung Die EL3443 ist die neue Standard-Leistungsmessklemme von Beckhoff und bietet im Vergleich zum Vorgänger viele neue Features und eine deutlich kürzere Reaktionszeit. Die 3-Phasen-Leistungsmessklemme mit erweiterter Funktion aktualisiert ihre Messwerte mit jeder Vollwelle (20 ms bei 50 Hz). Außerdem liefert sie insgesamt über 400 Messwerte, die detailliert Aufschluss über den aktuellen Zustand der Spannungsversorgung bzw. des Stromverbrauchs geben. Unter anderem ermittelt die Klemme die ersten 41 Oberwellen für Strom und Spannung auf allen drei Phasen. Zwei speziellere Fähigkeiten dieser Klasse sind die zeitliche Detektion des Nulldurchgangs sowie die interne Effektivwertberechnung des Reststroms (vgl. Abbildung 4). Durch die Nulldurchgangserkennung lassen sich neuartige Steuerungskonzepte umsetzen, indem gezielt zum mikrosekundengenau bestimmten Spannungsnulldurchgang Schalthandlungen ausgeführt werden, um Schalt element und nachgestellte Geräte vor einer Einschaltstromspitze zu schützen. Die Effektivwertberechnung des Reststroms ermöglicht eine Abschätzung des Nullleiterstroms, ohne diesen separat zu erfassen. Mit der EL3453, welche den Nullleiterstrom direkt misst, ist der berechnete Reststrom gleich dem Diffe-

18 18 products PC-Control Spannung UL1 IL1 t (Zeit) Strom IL3 IN t (Zeit) UL3 IL2 UL2 Abbildung 4: Vermeidung von Stromspitzen durch Nulldurchgangserkennung und interne Reststromberechnung renzstrom und bietet somit weitere Überwachungsmöglichkeiten, welche z. B. für IT-Server-Architekturen sehr interessant sein können. Andere Schwerpunkte setzt die 3-Phasen-Leistungsmessklemme die EL3453 bis 690 V AC mit erweiterter Funktion. Diese ist nochmals schneller und aktualisiert sogar mit jeder Halbwelle (also alle 10 ms bei 50 Hz) ihre Prozesswerte. Darüber hinaus verfügt sie über vier unabhängige und isolierte Stromkanäle, welche auch kurzzeitigen Strömen von 60 A standhalten. Zudem berechnet diese EtherCAT-Klemme mehr Oberwellen (bis zur 63.) sowie auch Grundwellenleistungen und -energien, wodurch mehr als 600 Messwerte zur Verfügung stehen. Power-Monitoring für Highend-Applikationen Die dritte und letzte Klasse umfasst die für Highend-Applikationen vorgesehenen Power-Monitoring-Klemmen der EL37x3-Reihe. Hier ist das Prinzip der PC-basierten Steuerung voll umgesetzt, da die Klemmen den Strom- und Spannungsverlauf zeitlich hoch aufgelöst und unverarbeitet, d. h. ohne Informationsverlust schnell an die Steuerung weiterleiten. Der große Vorteil dieses Verfahrens ist, dass in der Steuerung alle Rohwerte vorhanden sind und somit die größte Detailtiefe erreicht wird, die theoretisch möglich ist. Dadurch lassen sich auch Oszilloskop-Anwendungen umsetzen. Außerdem steht in der Steuerung deutlich mehr Rechenleistung zur Verfügung, wodurch sich die gewünschten Analysen in einer nochmals höheren Detailtiefe ausführen lassen. Für die effiziente Umsetzung dieser Analysen stellt Beckhoff die TwinCAT Power Monitoring Bibliothek TF3650 bereit. Während die EL3773 mit nur bis zu Messwerten pro Sekunde vergleichsweise langsam ist, überzeugt sie jedoch durch integrierten Filter und Gleichstromfähigkeit. Die EL3783 hingegen bringt eine Abtastrate von 20 ksps und eine Überlastfähigkeit für Strom und Spannung von 130 % bis 650 % mit. Damit wird es möglich, auch in Fehlerzuständen noch den Überblick zu behalten und keinerlei Messwerte zu verlieren. Aus all diesen Möglichkeiten lässt sich ein unternehmensweites Energiemanagementsystem bedarfsgerecht zusammenstellen. Ob dieses dann lokal verortet sein soll, wie bisher oft üblich, oder doch eher cloudbasiert aufgesetzt wird (vgl. Abbildung 5), kann der Anwender frei entscheiden. Bei der lokalen Lösung sollte jedoch auch auf die Vorteile einer übersichtlichen Bedienung mit zentralen Zugriffsmöglichkeiten geachtet werden mit Multitouch-Funktionalität sowie auf einem Bildschirm dargestellt anstatt wie früher über mehrere Einbaugeräte verteilt. Eine zentrale Anzeigelösung bietet nicht nur vor Ort bessere Übersichtlichkeit, sondern dank der HTML5-basierten TwinCAT 3 HMI von Beckhoff lässt sich dieselbe Visualisierung ohne zusätzlichen Aufwand auch auf beliebigen weiteren Anzeigegeräten, wie beispielsweise Smartphones und Tablets, darstellen. Drag-and-Drop-Analysen mit TwinCAT Analytics Mit TwinCAT Analytics lassen sich die unternehmensweit gesammelten Daten ganz einfach per Drag-and-Drop-Analysen übergeordnet auswerten und mit weiteren Messdaten verknüpfen (siehe Abbildung 6). So ist ein spezifischer Energieverbrauch pro Fertigungsteil schnell berechnet. In einer Beckhoff- Gesamtlösung stehen auch solche Daten zur Verfügung, die üblichen Energiemanagementsystemen nicht zugänglich sind, da kein Zugriff auf die Maschinensteuerung besteht. Es lässt sich beispielweise der Energiebedarf für verschiedene Betriebszustände ermitteln und in einem zweiten Schritt eine Abweichung vom Normalzustand frühzeitig aufdecken. Während zu hohe Energieverbräuche etwa auf Verschleiß von Lagern schließen lassen, könnten zu niedrige Energieverbräuche auf eine unzureichende Produktqualität hinweisen. Durch die automatische SPS-Code-Generierung lassen sich solche einfach erstellbaren Drag-and-Drop-Analysen zudem als automatisierte Daueranalyse integrieren. In dem automatisch erstellten Projekt ist ein HMI-Dashboard für die unternehmensweite Energiedatenanalyse integrierbar. Die Basis dafür stellt ebenfalls die TwinCAT 3 HMI. Dies ermöglicht es frühzeitig, auf drohende Fehler in verschiedenen Liegenschaften und Maschinen zu reagieren, bevor es zu Stillständen kommt. Auch bisher ungenutztes Optimierungspotenzial z. B. bei Betriebszustandswechseln ist so einfach aufzudecken. Sogar mysteriös scheinende Maschinenprobleme aufgrund von Schwankungen in der Spannungsversorgung lassen sich anhand des Power-Quality-Faktors ohne großes Vorwissen aufklären, um wirksam für Abhilfe zu sorgen. Mit diesem Handwerkszeug ist sogar die Implementierung eines technisch hochdetaillierten Zustandsmanagements ein Kinderspiel. Autor: Fabian Assion, Produktmanager I/O, Beckhoff weitere Infos unter:

19 PC-Control products 19 Cloud Message Broker TwinCAT Analytics Machine 1 Machine 2 Machine 3 Machine 1 Machine 2 Machine 3 Machine 1 Machine 2 Machine 3 Abbildung 5: Schaubild zur Zusammenführung von vielen unterschiedlichen Messdaten auf einem zentralen Anzeigegerät Dashboard Analytics Dashboard Analyse TwinCAT Analytics Service Tool TwinCAT Analytics Runtime TwinCAT Analytics Workbench Ultra- Kompakt- IPC C6030 Code- Generierung TwinCAT Analytics Storage Provider MQTT Daten historisieren Storage MQTT Message Broker Abbildung 6: Prinzipielle Architektur eines auf TwinCAT Analytics basierten Energie- und Zustandsmanagements

20 20 products PC-Control TwinCAT IoT Communicator Prozessdaten einfach und sicher auf mobile Endgeräte übertragen Der TwinCAT IoT Communicator ermöglicht auf einfache Weise die Kommunikation zwischen der PLC und einem mobilen Gerät. Er verbindet die TwinCAT-Steuerung über eine sichere TLS-Verschlüsselung direkt mit einem Messaging-Dienst. Mit der zugehörigen IoT Communicator App werden die Prozessdaten auf dem mobilen Endgerät sei es Smartphone oder Tablet übersichtlich dargestellt. Alarme werden per Push-Nachricht auf das Gerät gesendet.

21 PC-Control products 21 Mit dem TwinCAT IoT Communicator und der IoT Communicator App lässt sich mit mobilen Endgeräten komfortabel und sicher auf Prozessdaten zugreifen. Für den Austausch der Daten nutzt der TwinCAT 3 IoT Communicator das Publish-/Subscribe-Verfahren. Es sind keine speziellen Firewall-Einstellungen notwendig, was die Integration in ein bestehendes IT-Netzwerk vereinfacht. Der Informationsaustausch erfolgt über einen Message Broker, der das standardisierte Protokoll MQTT nutzt und als zentraler Messaging-Dienst in einer Cloud oder in einem lokalen Netzwerk fungiert. Die hohe Sicherheit der Kommunikation wird durch die bewährte TLS-Verschlüsselung (bis zu Version 1.2) garantiert. Auf dem mobilen Endgerät werden die übermittelten Prozessdaten über die IoT Communicator App angezeigt, die sowohl für das Betriebssystem ios als auch für Android verfügbar ist. In die App ist ein QR-Code-Scanner integriert, um die Eingabe der Zugangsdaten zum Broker und des jeweiligen Nutzers zu vereinfachen. Der TwinCAT IoT Communicator bietet Vorteile durch die gegenüber herkömmlichen s und SMS vereinfachte Kommunikation per Push-Nachrichten. So werden beispielsweise auch Live-Daten, -Variablen und -Zustände sichtbar. Damit ist der IoT Communicator eine optimale Ergänzung für TwinCAT IoT und TwinCAT Analytics. weitere Infos unter:

22 22 news PC-Control Rückblick Sensor + Test 2018 Weitere Infos und Messe-TV: Die Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik ist nach drei gut besuchten Messetagen am 28. Juni in Nürnberg zu Ende gegangen. Der Beckhoff-Messeauftritt stand ganz im Zeichen einer durchgängigen Messtechnikarchitektur, die hochpräzise, schnelle und robuste Messtechnik zum integralen Bestandteil von PC-based Control macht: Mit den Highend-Messtechnikklemmen, dem Messtechnikfeldbus EtherCAT, den TwinCAT-Softwaremodulen sowie der integrierten Cloud-Anbindung verfügen Anwender über eine durchgängige Messkette von der Datenerfassung bis zur Analyse. Als steuerungsintegrierte Lösung eröffnet sie im Bereich der Mess- und Prüftechnik Anwendungsfelder, die bisher nur mit teuren Spezialgeräten umsetzbar waren.

23 PC-Control news 23 Rückblick Automatica 2018 Weitere Infos und Messe-TV: Mit einem Aussteller- und Besucherrekord schloss die Automatica 2018 am 22. Juni in München ihre Pforten. Unter dem Leitthema Optimize your Production! demonstrierte Beckhoff, wie sich mit PC-based Control die Produktionseffizienz und -qualität von Maschinen erhöhen und gleichzeitig Kosten senken lassen. Die Bündelung der gesamten Steuerungsintelligenz in der Software, von der SPS über die Robotik bis zur Bildver- arbeitung und zu IoT-Konzepten, ist die Grundlage für zeitgemäße Maschinenkonzepte sowie erhöhte Wettbewerbsfähigkeit und Investitionssicherheit. Im Fokus des Beckhoff-Messeauftritts standen dabei die Integration von Bildverarbeitung und IoT in die zentrale Steuerung sowie die Erweiterung der One Cable Automation durch den Servoantrieb AMP8000.

24 24 news PC-Control FachPack Effizient und energieschonend: Verpackungslösungen mit PC-based Control Auf der FachPack 2018 präsentiert Beckhoff seine Innovationen zur Realisierung effizienter, energie- und ressourcenschonender Verpackungslösungen. Ein Highlight auf dem Beckhoff-Messestand ist die Hygienic-Variante des extended Transport Systems XTS: Komplett aus Edelstahl gefertigt, eignet es sich für besonders anspruchsvolle Packaging-Anwendungen. Nürnberg September 2018 Halle 3A Stand 331 weitere Infos unter: AMB Ein System für CNC und IoT: PC-based Control für Werkzeugmaschinen Auf dem Beckhoff-Messestand werden die Vorteile einer vernetzten Produktion auf Basis der PC- und cloudbasierten Automatisierungstechnik erlebbar. Von der All-in-One-CNC, als reiner Softwarelösung, über die leistungsstarken Industrie-PCs und die dynamischen Antriebstechnikkomponenten bis zur systemintegrierten Bildverarbeitung und der direkten IoT- und Cloud-Anbindung, zeigt Beckhoff auf der AMB zahlreiche Produkthighlights, welche die Produktivität von Werkzeugmaschinen deutlich steigern. WindEnergy Maximale Transparenz für Windkraftanlagen mit PC-based Control Auf der WindEnergy Hamburg zeigt Beckhoff, wie sich das Condition Monitoring nahtlos in die PC-basierte Steuerung eines Windparks integrieren lässt und wie verbesserte Diagnostik die Verfügbarkeit und Rentabilität von Windkraftanlagen erhöht. Von der Anbindung aller gängigen Sensoren bis zur Nutzung von Cloud- Storage-Services stehen Soft- und Hardwarekomponenten zur Realisierung einer durchgängigen Messkette zur Verfügung. Die systemintegrierte Beckhoff-Lösung eignet sich sowohl für Neuanlagen als auch für Retrofit-Konzepte. Stuttgart September 2018 Halle 2 Stand E23 weitere Infos unter: Hamburg September 2018 Halle B6 Stand 319 weitere Infos unter:

25 PC-Control news 25 Motek Optimiert die Produktionseffizienz: PC-based Control Der Beckhoff-Messestand auf der Motek nimmt das Thema Effizienz in den Fokus: Durch die Systemintegration von SPS, Motion, Robotik, Bildverarbeitung und Messtechnik auf der zentralen, PC-basierten Automatisierungsplattform lässt sich die gesamte Prozesskette einzelner Handhabungsmaschinen sowie kompletter Fertigungslinien effizient steuern und überwachen. Zur Reduktion des Anlagen-Footprints bietet Beckhoff Hardwarekomponenten in ultrakompakter Bauform, die den Platzbedarf im Schaltschrank deutlich reduzieren. Stuttgart Oktober 2018 Halle 8 Stand 108 weitere Infos unter: EuroBlech Mehrwert schaffen: mit IoT und Datenanalyse für die Blechbearbeitung Auf der EuroBlech 2018 in Hannover zeigt Beckhoff, wie sich in der Blechbearbeitung systemintegrierte IoT- und Datenanalyse-Lösungen einfach umsetzen lassen. Anwender profitieren von der sicheren Anbindung einer frei wählbaren Cloud, vereinfachter Datenanalyse für Predictive Maintenance und Maschinenoptimierung. Als weiteres Highlight auf dem Beckhoff-Messestand erwartet Sie die Demonstration der Beckhoff-Antriebstechnik beim dynamischen und hochpräzisen Verfahren einer Hybridachse. Hannover Oktober 2018 Halle 27 Stand D89 weitere Infos unter:

26 26 worldwide germany PC-Control Querförderwagen und Transportrollenbahnen von Horstkemper automatisieren Teiletransport bei der Küchenherstellung Nobilia: PC-based Control für bis zu 15 % effizientere Produktionslogistik Nobilia, Europas größter Küchenhersteller mit Sitz in Verl, hat 2017 die immense Zahl von individuell zusammengestellten Küchen ausgeliefert. Möglich ist dies nur mit einer intelligenten, hoch effizienten Produktionslogistik und durchgängiger Transparenz bei Teile- und Fertigungsdaten. PC-based Control von Beckhoff liefert hierfür die optimale Basis, wie es auch der mit Querförderwagen und Transportrollenbahnen von Horstkemper neu automatisierte Teiletransport im Produktionswerk II zeigt.

27 PC-Control worldwide germany 27 Im Kommissionierlager kommt ein Hubquerförderwagen zum Einsatz, bei dem per TwinSAFE zusätzlich die Hubbewegung überwacht und damit die Gefahr von Quetschungen bei Fehlbedienung verhindert wird.

28 28 worldwide germany PC-Control Die schiere Menge an Küchenmöbelteilen allein bei der Frontenkontrolle rund Teile pro Tag erfordert eine hoch effiziente Transportlogistik. Nobilia setzt in seinen beiden Verler Produktionsstätten bei der Maschinen- und Produktionsautomatisierung schon seit 1989 durchgängig auf PC-based Control von Beckhoff. Dabei kann trotz des sehr heterogenen Maschinenparks mit homogenen, in der zentralen Nobilia-Datenbank vorgehaltenen Auftrags- und Teiledaten gearbeitet werden. Dies war der Schlüssel für eine über all die Jahre stetig verbesserte Effizienz und Flexibilität in der Produktion des Küchenherstellers sowie für die frühzeitige Umsetzung des Industrie-4.0-Gedankens. Die große Zahl von rund Küchen, die Nobilia im vergangenen Geschäftsjahr jeden Tag gefertigt hat, stellt entsprechend hohe Anforderungen an die Fertigungstechnik und -logistik. Um hier weiteres Wachstumspotenzial zu erschließen, wurde im m 2 Produktionsfläche umfassenden Werk II der Teiletransport mit Querförderwagen und Transportrollenbahnen der Horstkemper Maschinenbau GmbH, Rietberg, automatisiert. Dazu erläutert Geschäftsführer Norbert Horstkemper: Wir bieten Nobilia individuell angepasste Logistiklösungen, wie in diesem Fall die Querförderwagen, für das Handling und den Transport von Küchenbauteilen an. Der Fokus liegt hierbei auf hoher Verfügbarkeit sowie kurzen Wartungs- und Installationsprozessen. Automatische Querförderwagen ersetzen manuelle Rollenwagen Automatisiert wurde u. a. innerhalb der Teilefertigung ein am Auslauf mehrerer Bekantungsanlagen für Frontenmaterial liegender Transportbereich. Bislang wurden dort die fertig gestapelten Möbelteile mit manuellen Rollenwagen auf verschiedene Pufferbahnen sortiert, anschließend aus dem Pufferlager manuell an sogenannte Frontenkontrollplätze zur Säuberung und Prüfung der einzelnen Möbelteile verteilt und dann über ein nachstehendes Transportsystem ins Hochregallager transportiert. Die technische Herausforderung bestand laut Norbert Horstkemper darin, die Transportabläufe so zu automatisieren, dass die Stapel mit Hilfe einer automatischen Zielvergabe in richtiger Reihenfolge und gleichmäßig sortiert über zwei Querförderwagen an ihre jeweiligen Ziele transportiert werden: Zusätzlich sollte der automatisierte Frontenkontrollbereich für den Personen- und Staplerverkehr offen bleiben. Mit den Planungen für diese Aufgabe wurde Anfang 2017 begonnen. Die Umsetzung konnte nach dem Start im Mai bereits im Oktober beendet werden. Neben der Bedienerfreundlichkeit und Zuverlässigkeit der Anlage profitiert Nobilia von der schnellen Integration neuer Funktionen teilweise während des laufenden Betriebs in die bestehenden Systeme. Die Produktionsleistung hat trotz des Umbaus in kurzer Zeit wieder das normale Niveau erreicht und steigert sich seither weiter, da

29 PC-Control worldwide germany 29 Die unterschiedlichen Querförderwagen können mit bis zu 85 m/min Geschwindigkeit verfahren, ohne den Personen- oder Staplerverkehr zu gefährden. Nobilia kontinuierlich in die Automatisierung der einzelnen Transportbereiche investiert. Deutliche Leistungssteigerung im Frontenkontrollbereich Insgesamt zehn Querförderwagen automatisieren acht Transportbereiche mit rund 250 Transportrollenbahnen. Drei dieser Bereiche umfassen die Kontrolle und Nachbearbeitung der Möbelfronten. Dazu erläutert Lars Eberlei, Fertigungsplanung bei Nobilia: Zusätzlich zu vorgeschalteten Inspektionssystemen werden die Frontplatten zu 100 % von den Mitarbeitern nachkontrolliert. Im Schichtbetrieb erreichen wir hier derzeit eine Ausbringungsmenge von fast Teilen. Die Automatisierung mit Querförderwagen mit vielen Materialein- und -ausgängen, Überschneidungsbereichen sowie Redundanzkonzepten war ein großer Schritt, um die Teilestapel möglichst effizient zur richtigen Zeit an den passenden Ort zu transportieren. Gegenüber der vorherigen, bis auf einen großen Querförderer für schwere Schrankpakete rein manuellen Transportlogistik haben wir eine Leistungssteigerung von bis zu 15 % erreicht. Auf diese Weise konnte das Produktionswachstum mit dem gleichen Mitarbeiterstamm realisiert werden. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist in diesem Zusammenhang laut Lars Eberlei die neue, auf den 24-Zoll-Multitouch-Control-Panels CP3924 von Beckhoff umgesetzte Visualisierung: Ohne die realistische, mit Zoom-Funktion ausgestattete Darstellung des Transportbereichs mit allen Rollenbahnen und Querförderwagen wäre diese Effizienzsteigerung nicht möglich gewesen. Musste das Kontrollpersonal zuvor oft bis zu 14 km am Tag zurücklegen, um passendes Material zu finden, so kann nun einfach per Visualisierung die gewünschte Palette gesucht werden. Grundlage dafür ist das reibungslose Zusammenspiel dreier Komponenten: der Automatisierung durch PC-based Control, der Visualisierung und der für die gesamte Produktion zuständigen Warenleittechnik. Nur auf diese Weise konnten die Maschinen sowie der Transport- und der Kontrollbereich so eng und transparent zusammenwachsen, dass der Teilezugriff sich optimal steuern lässt und beispielsweise Stausituationen vermieden werden. Die Effizienzsteigerung durch die Warenleittechnik geht laut Lars Eberlei sogar weit über die zentrale Teileverfolgung hinaus: Es wurde auch eine Abgabepriorisierung realisiert, um möglichst reibungslose Prozesse sicherzustellen. Außerdem wird die Mitarbeiterauslastung berücksichtigt. Danach erhält jeder Mitarbeiter für die Kontrolle nicht einfach nur das nächstverfügbare Teilepaket. Vielmehr wird zusätzlich auf eine regelmäßig abwechselnde körperliche Belastung durch unterschiedlich schwere Möbelteile geachtet. Weitere Funktionalitäten wie z. B. eine Restpalettenerkennung sind ebenfalls programmiert.

30 30 worldwide germany PC-Control Querförderwagen mit hoher Funktionalität und Sicherheit Die Anzahl der verwalteten Querförderwagen variiert in den acht Transportbereichen zwischen 1 und 7. Die maximale Anzahl ist nicht begrenzt. Pro Transportbereich ist in der Regel ein Schaltschrank-PC C6930 vorgesehen. Der bereichsübergreifende Transport wurde so gelöst, dass die Bediener bei der manuellen Zielvergabe keine Einschränkungen in Kauf nehmen müssen. Die Anwahl von entfernt liegenden Transportzielen wird durch das automatische Routing über mehrere Transportbahnen und Transportbereiche ermöglicht. Bereits verlegte und zusätzliche Transportstrecken und Querförderwagen können über Parametertabellen jederzeit flexibel angepasst werden. Diese werden dann automatisch bei der Zielauswahl, der Transportlogistik und der visuellen Darstellung berücksichtigt. Die Visualisierung zeigt realistisch die Transportbereiche mit Rollenbahnen und Querförderwagen, wobei sich per Multitouch-Funktionalität komfortabel in eine detailliertere Darstellung hinein- und für den Gesamtüberblick wieder hinauszoomen lässt. Die Querförderwagen verfügen in der Regel über eine Traglast von 4 bis 5 t; in manchen Bereichen sind lediglich 2 t erforderlich. Um mit einem Transportvorgang möglichst viele Teilestapel zu transportieren, kann jeder Wagen vier bis sechs Stapel aufnehmen. Norbert Horstkemper ergänzt: Die von den Platzverhältnissen bestimmte Breite der Querförderwagen liegt zwischen 2,50 und 4,50 m. Teilweise verfügen sie über mehrere Rollenbahnen, eine Hubeinheit und schützende Prallwände. Ein 19-Zoll-Multitouch-Panel-PC CP3219 mit TwinCAT NC PTP erledigt alle Steuerungsvorgänge, wie z. B. eine Breitenmessung und damit die Positionsbestimmung der Teilestapel auf der Tragrollenbahn. Für Motion Control kommen in Verbindung mit den AM8000-Servomotoren sowohl die kompakten EtherCAT-Servomotorklemmen EL72xx zum Einsatz z. B. zur Steuerung der Prallwände als auch die Servoverstärker AX5000 mit TwinSAFE-Karte AX5805. Über eine berührungslose Stromversorgung (IPT = Inductive Power Transfer) erhalten die Querförderwagen die nötige Energie. Ein ebenfalls berührungsloses, im Boden verlegtes absolutes Wegmesssystem trägt zusätzlich zu einem störungsfreien Betrieb bei. Die Datenanbindung an den zentralen Transportbereichsrechner erfolgt per WLAN. Von diesem Rechner erhält jeder Querförderwagen die Transportaufträge zum Aufnehmen und Abgeben des Materials. PC-based Control bietet mit EtherCAT-Klemmen, Servoverstärkern, Industrie-PCs und Steuerungssoftware das komplette Spektrum, um auch komplexe Produktionen wie bei Nobilia durchgängig zu automatisieren. Erreichen lässt sich mit den Querförderwagen die hohe Verfahrgeschwindigkeit von maximal 85 m/min. Entsprechend wichtig ist die mit TwinSAFE systemintegrierte Sicherheitstechnik, da an zahlreichen Stellen der Fahrstrecken Personendurchgänge und Staplerverkehr zu beachten sind. Dazu erläutert Lars Eberlei: Die Teiletransporte sind bei Nobilia zu rund 90 % automatisiert. Es gibt allerdings Nebenbereiche oder gesonderte Materialflüsse, wo dies nur sehr schwierig oder gar nicht möglich ist. Hier geben uns die Querförderwagen und PC-based Control die nötige Flexibilität, um solche Sonderprozesse reibungslos einzubinden. Komplexe Produktion durchgängig PC-basiert automatisiert Allein der Transportbereich im Nobilia-Werk II ist mit ungefähr Rollenbahnmotoren äußerst komplex. PC-based Control von Beckhoff bietet hier mit seiner Offenheit und Durchgängigkeit die optimale automatisierungstechnische Grundlage. Das modulare I/O-System der EtherCAT-Klemmen lässt sich genau auf die im jeweiligen Anlagenbereich gestellten Anforderungen abstimmen und außerdem bei Anlagenerweiterungen oder -modernisierungen einfach anpassen. Hinzu kommt die einheitliche Steuerung über TwinCAT, was u. a. das Zusammenlegen zuvor getrennter Anlagenbereiche durch TwinSAFE auch in den sicherheitsrelevanten Segmenten erleichtert. Weitere Vorteile ergibt die leistungsfähige Datenkommunikation. Das ultraschnelle EtherCAT ist u. a. für den sicheren Betrieb der Querförderwagen unerlässlich und die ADS-Kommunikation erleichtert die übergeordnete Kommunikation innerhalb der Produktion sowie

31 PC-Control worldwide germany 31 An der Umsetzung der Transportautomatisierung beteiligt waren Christian Pankoke, Technische Dokumentation und Arbeitsvorbereitung bei Beckhoff Anlagentechnik, Arndt Tischler, Projektmanager Software bei Beckhoff, Lars Eberlei, Fertigungsplanung bei Nobilia, Norbert Horstkemper, Geschäftsführer von Horstkemper Maschinenbau, und Markus Laumeier, Projektleitung bei Beckhoff Anlagentechnik (v. l. n. r.) die Anbindung an das Ethernet-basierte Firmennetzwerk von Nobilia. Dadurch lassen sich bestehende IT-Strukturen nutzen, um das Transportsystem beliebig und schnell erweitern zu können. Norbert Horstkemper sieht neben der technischen Seite noch einen weiteren Vorteil von PC-based Control: Die Zusammenarbeit zwischen uns als Maschinenbauer, Beckhoff als Steuerungslieferant und Nobilia als Endanwender hat inzwischen eine langjährige, erfolgreiche Geschichte. Das erleichtert zusammen mit der räumlichen Nähe vieles. Dies bestätigt auch Lars Eberlei: Wir profitieren von der PC-basierten Steuerungstechnik ebenso wie von den direkt vor Ort verfügbaren Partnern. Dementsprechend wird PC-based Control auch in unseren Pflichtenheften gefordert. Zukünftig weiteres Optimierungspotenzial erschließen Das konsequente Weiterführen des Industrie-4.0-Gedankens eröffnet Nobilia zusätzliche Optimierungspotenziale. So soll mit der datentechnischen Anbindung von allen Maschinenstraßen und Handarbeitsplätzen möglichst weitgehend eine transparente Teileverfolgung und die automatische Zielvergabe realisiert werden. Durch das Mitprotokollieren wichtiger Transportparameter lässt sich der Auslastungsverlauf der einzelnen Querförderwagen und Transportrollenbahnen ermitteln. Diese Informationen können zukünftig als Grundlage bei der weiteren Optimierung der Transportstrukturen dienen. Lars Eberlei zieht folgendes Fazit: Eine gut zu bedienende und schnell zu verstehende Applikation und ein entsprechendes HMI ist für die Zukunft und für neue Bediener unerlässlich. Die Flexibilität und gute Integrationsfähigkeit von PC-based Control zeigte sich bereits mit der beginnenden Automatisierung des Transportbereichs. So konnten die Kontrollarbeitsplätze zunächst im halbautomatischen Betrieb mit manuell vorgegebenen Transportzielen getestet und optimiert werden, sodass es zu keiner Produktionsunterbrechung kam. Dazu Lars Eberlei: Die Automatisierung wurde problemlos und ohne Einschränkung der Produktionsabläufe umgesetzt. Hier hat neben der PC-basierten Technik auch die Erfahrung der langjährigen Partner eine große Rolle gespielt. weitere Infos unter:

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33 PC-Control worldwide germany 33 In der ersten der vier durch einen EtherCAT-Loop verbundenen MSR-Nischen einer Etage ist der Steuerungsrechner C6915 untergebracht. Erneuerung der Gebäudeautomation des Frankfurter Hochhauses Eurotheum PC-based Control vereinfacht die Gebäuderevitalisierung Systemoffenheit, Zuverlässigkeit und komfortable Handhabung in Verbindung mit der Langzeitverfügbarkeit aller Produkte kennzeichnen die PC-basierte Gebäudeauto mation von Beckhoff. Beim Frankfurter Hochhaus Eurotheum hat die Herrmann GmbH & Co. KG, Plüder hausen, in besonderer Weise davon profitiert: Schon im Baujahr 2000 mit der Realisierung der Gebäudeautomation und der Entrauchungsanlage betraut, konnte der System integrator im Jahr 2018 die Moder nisierung mit minimalem zeitlichen und technischen Aufwand abschließen.

34 34 worldwide germany PC-Control Schon von Beginn an zeichnet sich der im Zentrum Frankfurts errichtete 110 m hohe Büro- und Hotelkomplex Eurotheum durch eine außergewöhnlich flexible Mietnutzung aus. Denn 21 der insgesamt 31 Etagen neben der Lobby sind acht Stockwerke durch einen konventionell automatisierten Hotelbetrieb belegt lassen sich ganz nach Bedarf aufteilen und auch kurzfristig veränderbar als Zellen-, Großraum- oder Kombibüros mit einer Fläche ab 240 m² vermieten. Entscheidend ist dabei, dass die Raumgestaltung durch eine leicht anpassbare Raumsteuerung, z. B. für Temperatur, Beleuchtung und Sonnenschutz, ohne großen Aufwand verändert werden kann. Die ursprüngliche Anforderung erläutert Herrmann-Geschäftsführer Hansjörg Ludwig: Innerhalb eines definierten Zeitraums mussten sich die Raumaufteilungen und die Raumgrößen neu zusammenstellen lassen. Realisiert wurde dies als Lösung im 1-Achs-Raster mit 1,35 m Achsmaß, d. h. jede Fensterteilung (Achse) kann flexibel zugeordnet werden. Auf diese Weise konnte das Ziel des damaligen Mieters, für die häufig wechselnden Teams innerhalb von 24 Stunden drei Einzelbüroräume oder einen Konferenzraum bilden zu können, erreicht werden. Flexibilität der Gebäudeautomation ist entscheidend Neben einer veränderbaren Anordnung der Raumwände ist laut Rainer Daiß, Teamleiter bei Herrmann, eine besondere Flexibilität in der Gebäudeautomation erforderlich: Die infrastrukturellen Gewerke-Endpunkte für Heizungs-, Klimaund Lüftungssteuerung bleiben zwar ebenso erhalten wie die Jalousien, die Sensorik und Aktorik sowie die Steuerelemente für die Lichtsteuerung. Aber das Zusammenspiel dieser bei der Gebäudeleittechnik angeknüpften Datenpunkte muss vom Gebäudenutzer variiert werden können, wozu ein komfortables Parametrierungstool in der Gebäudeleittechnik dient. Zusätzlich verfügt die komplexe Einzelraumregelung über die drei Betriebsarten Komfort-, Economy- und Nachtbetrieb. Dabei erfolgt die Ansteuerung der Räume automatisch, aber auch individuell veränderbar, je nach Tageszeit und per Präsenztaster festgestellter Raumbelegung. Hansjörg Ludwig ergänzt: Wir haben schon zu Beginn Beckhoff-Produkte im Eurotheum eingesetzt und sind insbesondere von der Systemoffenheit von PC-based Control überzeugt. Allerdings wurde damals der größte Teil der Automatisierung aufgrund einer Vorgabe des Mieters mit Interbus-Drittkomponenten realisiert. Nachdem das Mietverhältnis beendet wurde, sollte das Eurotheum komplett renoviert werden. Dies ermöglichte es uns, die komplette Automatisierungstechnik nun mit PC-based Control von Beckhoff zu realisieren. Begonnen wurde im Jahr 2016 mit einer grundlegenden Renovierung der Entrauchungsanlage. Anschließend folgte Ebene für Ebene je nach Vermietung die Erneuerung des Gebäudes. Den Erfolg bestätigt auch Michael Herrmann, Assistent Technische Leitung bei Herrmann: Im Zuge der Modernisierung wurde in den vergangenen zwei Jahren die Gebäudetechnik auf den neuesten Stand gebracht. Sie ist nun aufgrund des modularen Steuerungssystems von Beckhoff viel flexibler. Revitalisierung erhöht Zuverlässigkeit und Zukunftssicherheit Schon zum Baubeginn setzte Herrmann auf Industrie-PCs von Beckhoff. Die Gründe verdeutlicht Rainer Daiß: Wir haben uns damals für die Schaltschrank-PCs C6130 entschieden, da nur diese über die für die variable Raumautomation notwendige Rechenperformance verfügten. Ein entsprechend leistungsfähiges SPS-System gab es nicht. Hinzu kam, dass sich nur die IPCs flexibel mit unterschiedlichen Einsteckkarten für die verschiedenen im Eurotheum eingesetzten Bussysteme ausstatten ließen. Für die Vernetzung der über Datenpunkte der Gebäuderegelung und -steuerung kamen insgesamt 20 auf drei Etagen verteilte C6130 zum Einsatz. Heute übernehmen diese Aufgabe 20 Schaltschrank-PCs C6915. Diese sind deutlich kompakter und konnten somit als Etagenmanager platzsparend auf die einzelnen Stockwerke verteilt werden. Hier profitieren wir deutlich von der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Beckhoff-Technik, und das mit der Sicherheit einer Langzeitverfügbarkeit. Denn auch die ursprünglich eingesetzten C6130 sind heute noch lieferbar. Die Entrauchungsanlage wird über den Embedded-PC CX2030 gesteuert. Mitentscheidend für eine effiziente Gebäuderevitalisierung ist für Michael Herrmann die insgesamt sehr hohe Flexibilität von PC-based Control: Es eröffnet sich damit für uns ein umfassender Baukasten, um alle im jeweiligen Gebäude anfallenden Anforderungen schnell und mit minimalem Aufwand umsetzen zu können. Gut funktionierende Altsysteme können problemlos eingebunden und die Revitalisierungen im laufenden Gebäudebetrieb realisiert werden. Gleiches gilt für die Automatisierungssoftware TwinCAT, wie Rainer Daiß bestätigt: Es gab damals kein vergleichbar flexibles Softwaresystem. Hinzu kommen die Vor-

35 PC-Control worldwide germany 35 Das 110 m hohe Eurotheum in Frankfurt bietet durch eine flexible Gebäudeautomation die Möglichkeit, auf 21 Etagen bedarfsgerecht gestaltete Büroräume zu mieten.

36 36 worldwide germany PC-Control Die Herrmann-Experten Michael Herrmann, Assistent Technische Leitung, Rainer Daiß, Teamleiter, und Hansjörg Ludwig, Geschäftsführer, erläutern Matthias Natterer, Building Automation im Beckhoff-Vertriebsbüro Ravensburg, den Einsatz von PC-based Control bei der Revitalisierung des Eurotheums (v.r.n.l.). teile des effizienten Engineerings sowie der im Sinne einer Langzeitverfügbarkeit wichtigen Aufwärtskompatibilität. Konkret zeigte sich dies bei der aktuellen Revitalisierung, d. h. die fast 20 Jahre alte Steuerungssoftware konnte bis auf wenige durch bauliche Änderungen bedingte Anpassungen unverändert auf die neuen Rechner übertragen werden. Das ist ein großer Vorteil für uns als Systemintegrator. Hansjörg Ludwig sieht Langzeitverfügbarkeit und Zuverlässigkeit ebenfalls als wichtige Argumente für die Modernisierung der I/O-Ebene: Einige der verwendeten Interbus-Komponenten wurden abgekündigt, was gerade bei den auf lange Nutzungszeiten ausgelegten Zweckgebäuden problematisch ist. Außerdem ist ein großer Teil der I/O-Ebene in Rangierverteilern in der Decke untergebracht, d. h. über Kopf montiert. Hier ergaben sich häufiger Probleme durch eine Lockerung, sodass die ohnehin recht störungsempfindliche Interbus- Kommunikation und damit das ganze Stockwerk anfällig war. Dann musste aufwändig die Fehlerstelle gesucht und meist nur eine gelockerte Klemme wie- der gesteckt werden. Da die EtherCAT- und Busklemmen von Beckhoff deutlich besser einrasten, treten solche Fehler nun nicht mehr auf. Zumal im etwaigen Fehlerfall die umfassenden Diagnosefähigkeiten des EtherCAT-Systems für ein schnelles Auffinden der Fehlerstelle sorgen. EtherCAT für Entrauchungsanlage und Gebäudeautomation Die Komplexität des Eurotheums zeigt sich allein schon an den vielen Datenpunkten: nach der Revitalisierung fast physikalische Datenpunkte für die Gebäudeautomation und zusätzlich rund Datenpunkte für die Entrauchungsanlage. Dementsprechend wichtig ist für Rainer Daiß eine leistungsfähige Datenkommunikation: Die schiere Masse an Daten erfordert ein äußerst schnelles und zuverlässiges Bussystem wie EtherCAT, das sich zudem je nach Übertragungsstrecke flexibel per Kupferkabel oder Lichtwellenleiter nutzen lässt. Vor allem bei dem hochverfügbaren System der Entrauchungsanlage profitieren wir mit EtherCAT von der einfach realisierbaren Kabelredundanz und der schnellen Installation der Glasfaserkabel. In nur zwei

37 PC-Control worldwide germany 37 Die Büroetagen lassen sich mit der Fenstereinteilung als Achsmaß jeweils 67 Achsen flexibel in Zellen-, Großraum- oder Kombibüros aufteilen. Monaten konnten die insgesamt 30 Schaltschränke mit je zwei Unterstationen modernisiert werden. Das war besonders aus Sicht des Brandschutzes wichtig, da die Gebäudenutzung bei abgeschalteter Entrauchungsanlage nur bei Anwesenheit eines Feuerwehrmannes in jeder benutzten Etage und damit sehr teuer möglich war. Gesteuert wird die Entrauchungsanlage von zwei Embedded-PCs CX2030. Diese verbinden zwei separate EtherCAT-Loops, die durch alle Etagen des Gebäudes verlaufen. Eingesetzt werden hierfür insgesamt 74 EtherCAT- Koppler EK1501 sowie rund 450 Digital-Eingangsklemmen EL1008 und 150 Digital-Ausgangsklemmen EL2008. Über deren Informationen kann die Entrauchungsanlage eine von ca. 50 Entrauchungsszenarien erkennen, um dann dementsprechend die jeweiligen Entlüftungsanlagen ein- oder auszuschalten bzw. Brandschutzklappen zu schließen oder zu öffnen. Dabei kommuniziert die Beckhoff-Steuerungstechnik über einen OPC-Server per ADS mit dem Gebäudemanagementsystem. Die Datenkommunikation der etagenweiten Raumautomation erfolgt ebenfalls über einen EtherCAT-Loop, der vier MSR-Nischen als Schnittstellen zu den einzelnen Gewerken miteinander verbindet. Auf jeder der 20 Etagen mit je 34 Rangierverteilern kommen 38 Buskoppler BK1150 zum Einsatz, um die typischen gebäudetechnischen Daten per M-Bus, KNX, Dali, DSI sowie zurzeit noch Interbus für Lüftungs-, Heizungs- und Kälteanlagen einzubinden. Hinzu kommen 15, ebenfalls zu einem EtherCAT-Loop verbundene I/O-Box-Module EP2008 je Etage, mit denen sich besonders platzsparend die Heizventile ansteuern lassen. weitere Infos unter:

38 38 worldwide usa PC-Control Das platzsparende Multifunktionssystem Hybrid DECI Duo ist auch für die anspruchsvollsten Anwendungen zur Entfernung von Stützmaterialien und Oberflächenbearbeitung geeignet. Automatisierte Nachbearbeitung gibt 3D-Druckteilen den letzten Schliff PC-based Control erhöht den Durchsatz in der additiven Fertigung Mit additiven Fertigungsverfahren lassen sich auch Teile mit komplexesten Geometrien in einem Arbeitsgang herstellen. Die Nachbearbeitung solcher 3D-Druckteile ist jedoch zeit- und kostenaufwändig. Um diesen Engpass im Fertigungsprozess zu beseitigen, hat PostProcess Technologies eine Reihe von Maschinen entwickelt, in denen ein neuartiges Verfahren mit Lösungs- und Schleifmitteln zum Einsatz kommt. Jüngstes Beispiel ist die Hybrid DECI Duo: ein Multifunktionssystem für die Entfernung von Stützmaterialien und die Oberflächenbehandlung, automatisiert mit Steuerungstechnik von Beckhoff.

39 PC-Control worldwide usa 39 Der Panel-PC CP6706 mit 7-Zoll-Touchscreen fungiert als Steuerung und HMI für den einfachen Zugriff auf die Automat3D -Software und Visualisierung von PostProcess. Bei der Herstellung von 3D-Druckteilen kann der Einsatz von Stützmaterialien (hier weiß im Bild) erforderlich sein, welche bei der Nachbearbeitung wieder entfernt werden. Zu den Herausforderungen bei der Nachbearbeitung in der additiven Fertigung zählen die Oberflächenbearbeitung und die Entfernung von Stützmaterialien. Denn besonders beim Aufbau komplexer Geometrien und Strukturen per 3D- Druck kommen Stützmaterialien zum Einsatz. Das stellt sicher, dass das Werkstück bei der Herstellung nicht in sich zusammenfällt und die korrekte Form bis zum Ende des Druckprozesses beibehält. Anschließend müssen die Stützmaterialien aufwändig wieder entfernt werden. Die Oberfläche der gedruckten Teile aus Werkstoffen wie moderne Thermoplaste, lichtgehärtete Harze und Metalle muss außerdem nachbearbeitet werden, um das gewünschte Look-and-Feel zu erzielen und Fertigungsvorgaben hinsichtlich Größe, Genauigkeit und Oberflächenbeschaffenheit zu erfüllen. Weitermachen, wo der 3D-Druck endet PostProcess Technologies mit Hauptsitz in Buffalo, New York, wurde 2013 als Startup mit der Vision gegründet, die zeit- und kostenaufwändige Nachbearbeitung von 3D-Druckteilen neu zu erfinden und so den Weg zur wirtschaftlichen Serienfertigung zu ebnen. Dabei wollte man die Sorgfalt und Genauigkeit einer manuellen Nachbearbeitung in ein schnelles, automatisiertes Finishing überführen. PostProcess entwickelte ein völlig neuartiges Verfahren, in dem statt spanender Werkzeuge eine Kombination aus chemischen Lösungsmitteln und Schleifmitteln sowie Druck und Temperatur eingesetzt wird.

40 40 worldwide usa PC-Control Ein PostProcess-Techniker bei der Endabnahme. EtherCAT-basierte Antriebstechnik von Beckhoff hat die Inbetriebnahmezeiten stark reduziert. Kern der Lösung von PostProcess ist die proprietäre Software Automat3D, die gestützt auf die ebenfalls proprietären Agitation Algorithms (AGA) ver schiedene Intensitätslevel in der Nachbearbeitung ermöglicht. Entwickelt wurde sie von Daniel J. Hutchinson, PostProcess-Gründer, aktueller President und Chief Technical Officer (CTO), der über einen fundierten Hintergrund in der Softwareentwicklung verfügt. Durch die individuelle Anpassung des Prozesses kann die Lösung den Anforderungen unterschiedlichster Teilegeometrien gerecht werden, ohne dabei jedoch wichtige Strukturen zu zerstören. Wie wichtig das ist, erläutert Michael Frauens, verantwortlicher Ingenieur für Prozessentwicklung: Schäden an Teilen bei der Oberflächenbearbeitung sind einfach keine Option. Häufig kosten diese Teile zehntausende von Dollar und benötigen Wochen oder Monate für Entwicklung und Herstellung. Dies unterstreicht die Bedeutung unserer Automat3D -Software. Sie stellt sicher, dass alle Teile mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden unabhängig von ihrer Geometrie. Sogar innenliegende Strukturen in schlecht zugänglichen Hohlräumen können auf diese Weise bearbeitet werden. Jeff Mize, CEO von PostProcess Technologies, erklärt: PostProcess kombiniert Hardware, Software und Chemie in einer völlig neuartigen Art und Weise. Das versetzt uns in die Lage, eine automatisierte, intelligente und umfassende Lösung für die Nachbearbeitung von Materialien und Geometrien in der additiven Fertigung anzubieten und damit die Industrie 4.0 weiter voranzutreiben. Antwort auf 3D-Druck-Herausforderungen: Konvergenz von Automatisierung und IT Als Softwarespezialist PostProcess gemeinsam mit Maschinenbaupartner Keller Technology mit der Implementierung seiner Maschinen begann, suchte das Unternehmen nach zuverlässiger Automatisierungstechnik. Da die meisten 3D-Drucker nicht SPS-, sondern PC-gesteuert sind, fiel die Entscheidung auf die PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff. PostProcess entwickelte eine Reihe verschiedener Maschinen für die Entfernung von Stützmaterialien oder die Oberflächenbehandlung. Jüngster Neuzugang im Produktportfolio ist die Hybrid DECI Duo, die erste multifunktionale Maschine, welche beide Verfahren in einem System kombiniert, was wertvolle Stellfläche sparen hilft. In Kombination mit TwinCAT 3 fungiert der Panel PC CP6706 mit 7-Zoll- Touchscreen und Quad-Core-Intel -Atom -Prozessor als All-in-One-Steuerung und -HMI der Hybrid DECI Duo. Eine PC-basierte Plattform, die Windows- Betriebssystem und Tools wie Visual Studio kombiniert, passt ideal zu unseren Programmiermethoden, weil wir von Haus aus keine Steuerungsingenieure, sondern Informatiker sind, erklärt Daniel J. Hutchinson. Die Konvergenz von Automatisierungs- und Informationstechnologie, wie Beckhoff sie bietet, vereinfacht außerdem die Kooperation der Entwickler aus verschiedenen Fachgebieten. TwinCAT 3 PLC und NC/PTP übernimmt die Echtzeitautomatisierung der Teilebearbeitungsprozesse für das DECI-Duo-System. Als Standardantriebslösung nutzt PostProcess Servomotoren der Baureihe AM8000 mit One Cable Technology (OCT) und EtherCAT-Servoverstärker AX5100. Daniel J. Hutchinson stellt fest: Der AM8000 passt perfekt zu unseren Bedürfnissen. Eine kompakte Größe und minimale Verkabelung waren auf unserer Forderungsliste ganz oben und diese Motoren übertreffen alle Erwartungen. Außerdem vereinfacht die Kombination von OCT-Motoren, Servoverstärkern und EtherCAT als Antriebsbus die Inbetriebnahme sehr. Die Vorteile von EtherCAT als Systembus für die Hybrid DECI Duo erläutert Daniel J. Hutchinson folgendermaßen: EtherCAT ist das Standard-Kommunikationspro-

41 PC-Control worldwide usa 41 Der integrierte Hochleistungsdrehtisch nutzt mehrere Servomotoren AM8000 mit One Cable Technology. Die Antriebssteuerung der Hybrid DECI Duo erfolgt über TwinCAT 3 NC/PTP und kompakte Servoverstärker AX5103. tokoll für alle Maschinen für die Serienfertigung von PostProcess. Die Kommunikationsgeschwindigkeiten auf Mikrosekundenebene sind unerreicht. Außerdem unterstützt EtherCAT flexible Topologien und den Einsatz von Fremdhardware. In allen PostProcess-Produktionslinien sind EtherCAT-I/O-Klemmen im Einsatz. Nach Angaben von Daniel J. Hutchinson bietet das modulare Klemmensystem maximale Flexibilität und einfache Erweiterbarkeit. Auch Sicherheitstechnologie ist in das EtherCAT-I/O-System integriert: Spezielle Sicherheitsausrüstungen, wie Not-Halt und Schutztüren, werden einfach über die TwinSAFE-I/O-Klemmen angeschlossen. Reduzierte Programmierzeiten und -kosten sind ein Schlüsselvorteil Die Reduzierung der Entwicklungszeit war der wichtigste Vorteil, den PostProcess mit der Implementierung der EtherCAT- und PC-basierten Steuerung erzielt hat. Mit dem Beckhoff-System hat sich unsere Entwicklungszeit halbiert, berichtet Marc Farfaglia, Engineering Manager. Vieles davon ist der Flexibilität der TwinCAT-3-Software zu verdanken sowie der Möglichkeit, Funktionsbausteine zu nutzen und vorhandenen Code wiederzuverwenden. TwinCAT als ideale Ergänzung der Automat3D -Software von PostProcess bietet noch weitere Vorteile im Engineering. Daniel J. Hutchinson erklärt abschließend: Die Möglichkeit, Tools im Industriestandard wie Microsoft Visual Studio, Visual Studio Team Services und andere für die Entwicklung und das Konfigurationsmanagement zu verwenden, hat Verbesserungen bei der Entwicklungszeit, Organisation und Einarbeitungszeit für unsere Entwickler erbracht. Er hebt hervor, dass PostProcess die Hardware- und Softwareintegrationszeit bei der Entwicklung durch den Nur-Software -Simulationsmodus erheblich senken konnte. Da der Markt für 3D-Druck und additive Fertigung weiterhin stark wächst, ist es genau dieser Grad an Flexibilität, den OEMs wie PostProcess brauchen, um die Zukunft der Branche aktiv mitgestalten zu können. weitere Infos unter:

42 42 worldwide denmark PC-Control Bei dem t schweren Windturbinenprüfstand ermöglicht TwinCAT 3 schnelle Steuerungsabläufe und die einfache Einbindung von Simulationsmodellen. TwinCAT 3 steuert HALT-Prüfstand für Windturbinen bis 10 MW Beschleunigte Lebensdauertests für die strenge Prüfung von Windturbinen In Dänemark setzt man bei Prüfständen für die Windkraftindustrie einen neuen Maßstab. Im Lindø Offshore Renewables Center (LORC) kann innerhalb weniger Monate die Gondel eines Windkraftwerks auf alle denkbaren Wind- und Biegebelastungen getestet werden, denen sie über ihre gesamte Lebensdauer von mehr als 25 Jahren hinweg ausgesetzt sein wird. Beckhoff lieferte die nötige Automatisierungstechnik für die Steuerung dieses besonderen Prüfstands.

43 PC-Control worldwide denmark 43 Windkraftanlagen werden immer größer und teurer. Damit steigt auch die Notwendigkeit, das Risiko von Havarien während der gesamten Lebensdauer zu minimieren. Vor Aufnahme der Serienproduktion für einen neuen Windturbinentyp sind daher intensive Belastungstests am realen Objekt erforderlich. Diese Lebensdauertests, sogenannte Highly Accelerated Lifetime Tests (HALT), sind also von entscheidender Bedeutung. Im Dezember 2017 wurde hierfür von LORC, mit Sitz im dänischen Munkebo, einer der weltweit größten Prüfstände für beschleunigte Lebensdaueruntersuchungen von Windturbinen bis zu 10 MW in Betrieb genommen. In dem großen Windsimulator mit mechanischen, hydraulischen und elektrischen Funktionen lassen sich in weniger als sechs Monaten so viele Belastungen erzeugen, wie sie sonst nur während der gesamten 25-jährigen Betriebsdauer anfallen. Auf diese Weise können konstruktive Schwachpunkte bereits vor Serienbeginn entdeckt und Änderungen vorgenommen werden. Realitätsnahe Bedingungen im Testfeld Als Lieferant des schlüsselfertigen HALT-Prüfstands ist das dänische Ingenieurunternehmen R&D Test Systems von der Konstruktion und Entwicklung der mechanischen Komponenten bis zur Programmierung und Inbetriebnahme verantwortlich. Der anspruchsvolle Entwicklungs- und Realisierungsprozess erstreckte sich über viele Jahre. Um eine optimale Inbetriebnahme zu ermöglichen und die Leistungsfähigkeit des Prüfstands garantieren zu können, mussten alle Funktionen simuliert und getestet werden. Die Simulationsmodelle und die Ergebnisse der Tests wurden für die weitere Softwareentwicklung und für das Training der Betreiber verwendet. Im Testzentrum werden die mechanischen Komponenten eines Windkraftwerks realistischen Ermüdungstests auf der Grundlage von Wind- und Wetterdaten von Windkraftparks aus aller Welt unterzogen. Die Möglichkeit, die Wirklichkeit simulieren zu können, wird für die Windkraftindustrie und für andere Industrien mit Heavy-Duty-Systemlösungen immer wichtiger. Hersteller können langfristig viele Ressourcen sparen, wenn sie vor der Inbetriebnahme genau wissen, wie ein Windkraftwerk im echten Betrieb reagiert, erläutert Michael Nielsen, Geschäftsführer von Beckhoff Dänemark. Beckhoff lieferte mit TwinCAT 3, leistungsfähigen Industrie-PCs und zahlreichen EtherCAT-I/Os die Basis, um alle Testszenarien zu spezifizieren und zu überwachen. Eingesetzt wurden diese Komponenten vom dänischen Schaltschrank-Zulieferer Tricon Electric A/S. Jede neu entwickelte Windturbine muss als Gesamtsystem geprüft werden. Allerdings stößt dies angesichts der Abmessungen moderner Windturbinen auf Schwierigkeiten. Deshalb testet man nur die Gondel und bildet die Einwirkungen des Rotors, des elektrischen Netzes und anderer Umgebungsbedingungen so realistisch wie möglich auf dem Prüfstand ab. Um alle Kräfte und Momente darzustellen, die auf die Hauptwelle der Windturbine und auf die Gondel einwirken, war für den neuen HALT-Prüfstand eine aufwändige Konstruktion notwendig. Für die 31 m lange, 8 m breite und 13 m hohe Konstruktion wurden 310 t Stahl verbaut und 107 Betonpfähle 16 m tief in den Boden gerammt. Der t schwere Prüfstand verfügt über eine hydraulische Belastungseinheit, die Biegemomente bis zu 25 MNm auf die zu prüfende Windturbine aufbringen kann. Die entsprechenden Kräfte werden über Hydraulikzylinder erzeugt. Das vom Wind über die Rotoren eingetragene Drehmoment generiert ein Antriebssystem mit einem Drehmoment von 14,5 MNm. Wenn Böen, Turbulenzen oder schräg anströmender Wind auf den Rotor einwirken, entstehen zusätzliche Biegemomente und Schubkräfte. Auf dem Prüfstand werden diese durch Hydraulikzylinder in einer Hexapodenkonstruktion nachgebildet. Weil aber Rotor und Turm fehlen, müssen auch hier die realen Bedingungen möglichst genau modelliert werden. Deshalb berechnen Simulationsmodelle die zwischen Gondel und Rotor auftretenden Wechselwirkungen in Echtzeit und geben entsprechende Signale an die Hydraulikzylinder. Gleichzeitig können unterschiedlichste Betriebsfälle, wie z. B. das Verhalten der Gondel bei Sturm, Netzausfall oder Notstopps, simuliert werden. Simulation im Millisekundenbereich Bei den Testläufen müssen enorm viele Daten der umfangreichen Sensorik innerhalb kürzester Zeit ermittelt, verarbeitet und übertragen werden. Vor der Inbetriebnahme wurden deshalb alle Komponenten des Prüfstands und der Prüflinge als Simulationsmodelle in MATLAB /Simulink hinterlegt. Wir wollten eine so kurze Zykluszeit wie möglich erzielen, weil wir eine möglichst schnelle Reaktion der Software bei den verschiedenen Testszenarien benötigen, berichtet Allan Mogensen, Software Manager bei R&D Test Systems. Mit der Automatisierungssoftware TwinCAT 3 wird eine Zykluszeit von 1 ms erreicht, weshalb wir uns für Beckhoff entschieden haben. Vorteile bietet das in TwinCAT 3 integrierte Interface zur MATLAB /Simulink - Software auch in anderer Hinsicht, wie Allan Mogensen ergänzt: Um eine optimale Inbetriebnahme und die Leistungsfähigkeit des Prüfstands garantieren zu können, wurden alle Funktionen des Testablaufs per Computer simuliert. Dazu haben wir von sämtlichen physischen Komponenten des Prüfstands und den Prüflingen, die LORC-Kunden in der Realität testen wollen, MATLAB / Simulink -Modelle erstellt. Die MATLAB -Modellsimulationen wurden für Tests im Vorfeld genutzt, um die Gefahr mechanischer Schäden an den Systemen unter realen Testbedingungen auszuschließen. Dies führte dazu, dass das Ziel früher als geplant erreicht wurde. Allan Mogensen zieht folgendes Fazit: Der Prüfstand ist für Dänemark und für die dänische Windkraftindustrie ein Prestigeprojekt. Wir haben einen HALT- Prüfstand geliefert, mit dem man Windkraftwerke schneller und besser als vorher testen kann. Dabei war für uns die ausreichende Rechenleistung besonders wichtig. Die Hard- und Software von Beckhoff hat diese Anforderung optimal erfüllt. Dies bestätigt auch Morten Hauge, Vertriebsingenieur von Tricon Electric: Die Lieferung einer so fortschrittlichen Lösung für ein so umfangreiches Projekt war eine interessante Aufgabe. Die Beckhoff-Hardware verfügt für diese anspruchsvollen Aufgaben über das richtige Intelligenzniveau. Die in den sechs von Tricon Electric gelieferten Schaltschränken untergebrachten Beckhoff-Hardwarekomponenten kommunizieren über das leistungsfähige EtherCAT- Netzwerk miteinander. weitere Infos unter: weitere Infos unter:

44 44 worldwide netherlands PC-Control XTS bildet mit seinen als einzelne Servoachsen steuerbaren Movern das Kernelement der modularen TDC-Verpackungsplattform. Modulare Maschinenplattform auch für die Tabak- und Lebensmittelindustrie XTS ermöglicht maximale Flexibilität im Verpackungsprozess Da Endverbraucher heute vermehrt personalisierte Produkte nachfragen, die Gesetzgebung sich immer häufiger ändert und die Lebensdauer der Produkte abnimmt, suchen Produkthersteller nach maximal flexiblen Produktionsmethoden. Das niederländische Unternehmen TDC hat mit Doysis-M eine entsprechend flexible, modulare Maschinenplattform für solche dynamischen Märkte entwickelt, die auf dem extended Transport System (XTS) von Beckhoff aufbaut. Mit der Verpackungsplattform Doysis-M der Technical Development Corporation (TDC) Teil der ITMGroup mit Sitz im niederländischen Kampen verschwinden im Produktionsprozess alle Einschränkungen hinsichtlich Batch-Größe sowie Form-, Volumen- und Größenänderung der Produkte. Ein einzelner Bediener kann auf einer Maschine einfach zu einem Produkt mit einer anderen Verpackung wechseln, nahezu ohne Umrüstzeit. Zudem stellt das modulare Maschinendesign eine einfache Anpassung an zukünftige Verpackungsanforderungen oder zusätzliche Merkmale sicher. Eingesetzt wird die flexible TDC-Plattform bereits für die Verpackung von Keksen, Tabs und Tabak. Sie eignet sich aber generell für die Verpackung von kleinen und empfindlichen Produkten. XTS-Potenzial früh erkannt Bei der Entwicklung flexibler Maschinenlösungen haben die Ingenieure von TDC auf dem Markt neue Technologien gesucht und dabei vor rund sechs Jahren zum ersten Mal von XTS erfahren. Sie erkannten sofort dessen großes Innovationspotenzial, das ihrer Kreativität praktisch keine Grenzen mehr setzt. Die Idee eines Magnetbands, das so programmiert werden kann, dass die Mover jederzeit

45 PC-Control worldwide netherlands 45 Doysis-M wird als flexible Maschinenplattform kontinuierlich weiterentwickelt und bietet inzwischen auch Industrie-4.0-Funktionalitäten. Das Befüllen von Standbeuteln mit Tabak ist eine der bereits umgesetzten Anwendungsfälle von Doysis-M. an jedem Punkt stehen bleiben können, beseitigt Beschränkungen, die vorher immer beachtet werden mussten. TDC-Betriebsleiter Rolf Dekker erinnert sich: Bei der Entwicklung unserer ersten Lösung mit dem XTS-System haben wir eng mit Beckhoff zusammengearbeitet. Daraus entstand das erste horizontale XTS-System mit leichteren Movern und Greifern sowie einer Bahn aus dem Verbundmaterial Pertinax. So kann Doysis-M nun auch in der Tabak- und Lebensmittelindustrie eingesetzt werden. Weiterentwicklungen bis hin zu Industrie 4.0 Seit der ersten Auslieferung eines Doysis-Systems wurden weitere Verbesserungen auch im Hinblick auf Industrie 4.0 implementiert. Wir entwickeln derzeit neue Greifer, die leichter, aber ebenso stabil sind, erläutert der Unternehmenssprecher von TDC. Dadurch erhöht sich die Lebensdauer der XTS-basierten Handlingeinheit und die Maschine verbraucht weniger Energie. Der nächste Schritt in diesem Prozess ist der Einsatz von Predictive Maintenance. TDC so Rolf Dekker weiter integriert Sensorik in die Mover, um die realen Lasten und Beschleunigungen zu erfassen: Wir können damit die Lebensdauer der Lager in den Movern und den Verschleiß der Bahn genauer vorhersagen. Außerdem haben wir eine Anwendung zur Instandhaltung und Wartung entwickelt, welche die Microsoft HoloLens nutzt. Doysis-M ist jetzt nicht mehr nur für Standbeutel geeignet, sondern kann auch Dosen und andere Verpackungen bewegen. Doysis-M ist eine vollständig modulare Plattform. Wir kombinieren mehrere Basismodule des XTS-Systems bis zur benötigten Länge und der anwendungsspezifisch erforderlichen Moveranzahl. Diese Basismodule können wir mit beliebigen Movern ergänzen, so das Unternehmen TDC. Zukünftige Funktionen können einfach in die Maschinenplattform integriert werden. Mit einer kleinen Investition lässt sich die Plattform somit an zukünftige Anforderungen anpassen, was ihre Standzeit erhöht. Schnelle und flexible Dosier- und Verpackungsplattform Zur Flexibilität der Plattform erläutert Rolf Dekker: Da wir unterschiedliche Greifer entwickelt haben, können wir verschiedene Arten von Produkten und Verpackungen bewegen. Bei herkömmlichen Maschinen sind Dosierung und Verpackung häufig die zeitlich aufwändigsten Teile des Produktionsprozesses. Die Herstellerunternehmen lösen das, indem sie mehrere Verpackungsmaschinen nebeneinander aufstellen. Wir haben bewiesen, dass wir die benötigten Volumen auf nur einer Verpackungsplattform bewältigen können. Das spart den Herstellern nicht nur Anschaffungskosten, sondern es verringert auch den Platzbedarf, erfordert weniger Bedienpersonal und senkt die Wartungskosten. Hinzu kommt häufig eine verbesserte Produktqualität. Insgesamt amortisiert sich die Investition in Doysis-M daher meist sehr schnell. Hinzu kommt, dass mit XTS keine besonderen Werkzeuge benötigt werden, um verschiedene Verpackungsformate zu fahren, sondern der Formatwechsel einfach und schnell per Software also quasi auf Knopfdruck möglich ist. weitere Infos unter:

46 46 ETG PC-Control weitere Infos unter: Das globale Team der ETG beim Global Strategy Meeting in Leinburg Internationale Strategieberatung der ETG in Leinburg bei Nürnberg ETG trifft sich zum Global Strategy Meeting Im Juni 2018 traf sich das globale Team der ETG zum alle zwei Jahre stattfindenden Global Strategy Meeting. Neben den Mitarbeitern aus dem Nürnberger Headquarter waren die ETG-Kollegen aus den Büros in China, Japan, Korea und den USA nach Leinburg bei Nürnberg gereist. Zentrale Themen des Meetings waren der aktuelle Status sowie die Entwicklung der EtherCAT-Technologie im Kontext von Industrie 4.0 und IoT. Neben der strategischen Ausrichtung der nächsten Jahre wurden auch die internen Arbeits- und Kommunikationsprozesse diskutiert. Ein Einblick in die Theorien der interkulturellen Kommunikation sowie deren praktische Anwendung bei Teambuilding-Maßnahmen dienten der verbesserten Zusammenarbeit im multinationalen Team der ETG. Bob Trask, seit Anfang des Jahres verantwortlich für das nordamerikanische ETG-Büro, war zum ersten Mal beim Global Strategy Meeting dabei: Ich bin begeistert von der Kompetenz im Team der ETG und dessen Einsatz für die Industrie sowie die stete Weiterentwicklung der für die EtherCAT-Konformität nötigen Tools. Das starke Wachstum der Organisation spiegelt sich zudem in der Zahl der Mitarbeiter wider: Seit dem letzten Treffen vor zwei Jahren im ostwestfälischen Marienfeld ist auch das Team weiter gewachsen. Das Treffen war somit eine willkommene Gelegenheit, sich untereinander persönlich kennenzulernen.

47 PC-Control ETG 47 Zahlreiche Teilnehmer besuchten die alljährlichen regionalen Mitgliedertreffen Am Member Meeting in Südkorea nahmen 129 Personen von 60 ETG-Mitgliedsfirmen teil. Member Meetings der ETG in Japan und Südkorea Kürzlich fanden in Japan und Südkorea die alljährlichen regionalen ETG Member Meetings statt. Zahlreiche Teilnehmer von ETG-Mitgliedsfirmen besuchten die Vorträge und brachten sich selbst aktiv mit ein. Das neunte koreanische Member Meeting fand in der Hauptstadt Seoul statt. Martin Rostan, Executive Director der ETG, eröffnete das Treffen mit seinem Vortrag über den aktuellen Status der Technologie sowie die zahlreichen Aktivitäten der ETG, wie die weltweiten Seminarreihen oder Messebeteiligungen. Vor allem die Vorstellung der präzisen Richtlinien zu EtherCAT und TSN (Time-Sensitive Networking) lockte viele Zuhörer an. Zudem beteiligten sich ETG-Mitgliedsfirmen, wie das Korea Institute of Science and Technology (KIST), Stone Child Autotainment, HMS Industrial Networks und DAINCUBE, mit praxisnahen Präsentationen über den vorteilhaften Einsatz von EtherCAT in ihren Applikationen. Auch in Japan waren viele Mitglieder der Einladung zum lokalen ETG Member Meeting gefolgt, um den Vorträgen des japanischen ETG-Repräsentanten sowie des ETG Regional Committee Japan beizuwohnen. Die Teilnehmer erhielten ein umfassendes Technologie-Update sowie einen Überblick über die letzten globalen Aktivitäten der ETG. Ein wichtiger Punkt auf der Agenda war auch in diesem Jahr das Thema Konformität, denn gerade die Interoperabilität der EtherCAT-Geräte trägt mit zum Erfolg der Technologie bei. Die hohe Anzahl anwesender Mitglieder zeigt, dass in Asien großes Interesse an der EtherCAT-Technologie sowie deren Einsatz im Kontext aktueller Trends wie Industrie 4.0 und TSN besteht. Zudem steigt die Anzahl der Mitglieder in Asien stetig an. Weit über ein Drittel aller Mitglieder kommen mittlerweile aus Asien, vor allem aus China, Japan und Südkorea. Die ETG ist in Asien überdies sehr aktiv. So gibt es dort sehr viele Seminare für Einsteiger und Entwickler, eine Präsenz des Verbandes auf den wichtigsten Messen sowie die etablierten und gut besuchten Plug Fests, bei dem sich Entwickler treffen, um ihre Implementierungen zu testen. Neue Technical Working Group startet mit erfolgreicher Webkonferenz Kick-Off Meeting der TWG EtherCAT und TSN Die von der ETG neu ins Leben gerufene Technical Working Group (TWG) EtherCAT und TSN hatte Ende Juli ihr erstes Treffen. Um Mitgliedern aus Asien und Amerika die Teilnahme zu erleichtern, fand das Kick-Off Meeting in Form einer Webkonferenz statt. Aktuell sind 16 Unternehmen in der Arbeitsgruppe vertreten ein sehr gutes Ergebnis für die noch junge Arbeitsgruppe. Dazu zählen zwei der weltweit größten Hersteller von Industrie-Switches sowie weitere führende Hightech-Unternehmen. Die TWG befasst sich mit der Verknüpfung von EtherCAT und TSN das Profil dazu ist bereits seit letztem Jahr verfügbar. Auf eine Zusammenarbeit mit der IEEE Time-Sensitive Networking (TSN) Task Group (TG) und insbesondere der JWG IEC/IEEE wird Wert gelegt. Durch eine Liaison ist dies bereits etabliert. Auch arbeiten viele der TWG-Firmen zusammen im LNI 4.0 TSN Testbed. Das hilft, die Konformität nicht nur für EtherCAT und TSN zu verfolgen, sondern auch gemeinsame Netze mit anderen Herstellern zu erproben und Spezifikationslücken zu adressieren. LNI 4.0 ist ebenso wie EtherCAT den kleinen und mittelständischen Geräteherstellern und Maschinenbauern verpflichtet. Somit kann dieser Gruppe zeitnah nach Abschluss der TSN-Spezifikationen eine interoperable Lösung von einer großen Zahl von Anbietern zur Verfügung gestellt werden. Das nächste Meeting der TWG EtherCAT und TSN ist für Dezember 2018 angesetzt. ETG-Mitglieder, dich sich einbringen möchten, sind herzlich willkommen.

48 48 rubrik events PC-Control Messetermine 2018 Europa Deutschland AMB September 2018 Stuttgart Halle 2, Stand E23 FachPack September 2018 Nürnberg Halle 3A, Stand WindEnergy Hamburg September 2018 Hamburg Halle B6, Stand Motek Oktober 2018 Stuttgart Halle 8, Stand Meorga 10. Oktober 2018 Bochum Stand H2 EuroBlech Oktober 2018 Hannover Halle 27, Stand D89 FMB November 2018 Bad Salzuflen Halle 20, Stand E14 SPS IPC Drives November 2018 Nürnberg Halle 7, Stand Dänemark FoodTech November 2018 Herning Halle L, Stand Finnland Alihankinta September 2018 Tampere Halle A, Stand FinnBuild Oktober 2018 Helsinki Halle 6, Stand 6c40 Energia Oktober 2018 Tampere Halle A, Stand H3 Frankreich All4Pack November 2018 Villepinte Halle 6, Stand D Großbritannien PPMA September 2018 Birmingham Stand F50 MATLAB Expo 03. Oktober 2018 Silverstone Schweden Scanautomatic Oktober 2018 Göteborg Halle B, Stand 05:51 Smart Factory November 2018 Jyväskylä Stand C-201

49 PC-Control events 49 Spanien Matelec November 2018 Madrid Türkei Robot Yatırımları Zirve ve Sergisi Oktober 2018 Istanbul Stand H31 Asien China Industrial Automation Show September 2018 Schanghai China Wind Power Oktober 2018 Peking China Brew & Beverage Oktober 2018 Schanghai Japan Jimtof November 2018 Tokio Halle 5, Stand E Malaysia ISA Malaysia Automation Conference & Exhibition November 2018 Kuala Lumpur Singapur Industrial Transformation Asia Pacific Oktober 2018 Singapur Halle 2, Stand R14 Vereinigte Arabische Emirate SPS Automation Middle East September 2018 Dubai Wetex Oktober 2018 Dubai Adipec November 2018 Abu Dhabi Halle 8, Stand Nordamerika Kanada ATX Montreal November 2018 Montreal, QC Stand USA Pack Expo International Oktober 2018 Chicago, IL Stand FABTECH November 2018 Atlanta, GA Südamerika Brasilien ISA Expo Campinas 18. September 2018 Campinas weitere Infos unter:

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