INTEGRATED AUTOMATION TOOLBOX PC-based control: Eine integrierte Lösung für Automation & Prozesstechnik

Während traditionelle SPS-basierte Systeme überwiegend auf kurze Zykluszeiten als Ersatz für komplexe Relaistechnik in Maschinensteuerungen optimiert wurden, standen bei der klassischen PID-Regelung (Proportional Integral Derivative) die Skalierbarkeit und Systemintegration im Vordergrund.

Getrieben von Kundenanforderungen und technologischem Fortschritt haben sich sowohl DCS als auch PLC im Laufe der Jahre weiterentwickelt und zunehmend zusammengeführt. Infolgedessen haben SPS-Systeme umfangreichere Visualisierungssysteme erworben. Diese sind denen, die Verfahrenstechniker von Anfang an verwendet haben, sehr ähnlich und werden implementiert, um viele weitreichende, komplexe Verarbeitungsworkflows zu verwalten. DCS hingegen wurden hinsichtlich ihrer Leistung und Zykluszeiten optimiert. Verbesserungen wie diese tragen dazu bei, auch sehr zeitkritischen Prozessen Rechnung zu tragen und Prozessanlagen für sicherheitsrelevante Anforderungen wie Not-Halt und Brandschutz auszurüsten.

Wachsende Anforderungen bringen getrennte Welten zusammen

Auch hinsichtlich der Skalierbarkeit konvergieren die Systeme. DCS, die von Anfang an für große Installationen mit Zehntausenden von I / Os konzipiert wurden, waren mit einfachen Engineering- und Nachrüstmöglichkeiten erfolgreich. Für heutige SPS-basierte Systeme stellen jedoch selbst I/O-Punkte im hohen fünfstelligen Bereich keine Herausforderung mehr dar. Darüber hinaus verfügen moderne Engineering-Umgebungen wie die TwinCAT 3-Software über ein breites Spektrum an Bibliotheken und jede Menge Funktionsbausteine, so dass auch hochkomplexe Regelstrukturen schnell und zuverlässig ausgelegt werden können.

Besondere Aufmerksamkeit verdienen auch Entwicklungen in Bezug auf Systemarchitekturen. Beispielsweise konzentrierten sich verteilte Steuerungssysteme fast von Anfang an auf verteilte E / A-Chassis. Diese Systeme können Daten aus explosionsgefährdeten Bereichen mit geringem Verdrahtungsaufwand erfassen und Installationen aufnehmen, die über große Flächen verteilt sind. SPS-basierte Systeme hingegen konzentrierten sich zunächst auf in sich geschlossene Maschinen auf kleinen Flächen.

Dies hat sich geändert, da sich einfache Maschinen zu hochkomplexen Produktionslinien innerhalb eng vernetzter Anlagen entwickelt haben und die Bediener zunehmend daran interessiert sind, verteilte Peripheriegeräte zu verwenden, die mit schnellen Feldbussystemen verbunden werden können und die Bandbreite bereitstellen, die für die Aufnahme der resultierenden Datenflut erforderlich ist. Damit sind Systeme mit verteilter Intelligenz, wie die Hutschienen-Embedded-PCs der CX-Serie von Beckhoff, heute eine gängige Option, die eine direkte Anbindung des EtherCAT-basierten I/O-Systems ermöglicht. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz der EtherCAT-Kommunikation den Betreibern die Implementierung extrem zeitkritischer und hochsynchronisierter Steuerungsprozesse über verteilte Produktionsschritte hinweg. Dazu gehört die Integration in zentrale Produktionsleitsysteme, die Durchführung von Datenanalysen und die Optimierung von Prozessen.

SPS-System mit maximalem Innovationspotenzial

In Bezug auf die Systemarchitektur haben die oben genannten Entwicklungen SPS-Systeme bereits sehr ähnlich zu den Remote-I / O-Systemen gemacht, die Anwender aus dem Bereich der Prozesssteuerung kennen. Gerade im Kontext von Industrie 4.0-Konzepten hat sich der SPS-Ansatz als Innovationstreiber erwiesen und eine hochentwickelte Struktur angenommen, die insbesondere in puncto Performance deutlich überlegen ist.

Es ist vor allem die Vision des Internets der Dinge (IoT), die dazu geführt hat, dass SPS-basierte Systeme in den letzten Jahren einige Merkmale verteilter Steuerungssysteme übernommen haben, insbesondere in Bezug auf die Integrationsfähigkeit. Dies wiederum hat die Unterstützung für ausgereifte Protokolle erhöht, die einen systemübergreifenden Datenaustausch bieten, beispielsweise auf Basis von OPC UA, aber auch für die Kommunikation zwischen der übergeordneten Steuerungsebene und der Cloud über Protokolle wie MQTT und AMQP.

Während Maschinenbauer diese Fähigkeiten nutzen, um die Industrie 4 zu implementieren.0 konzept in seiner Gesamtheit benötigen Verfahrenstechniker aus einer Vielzahl von Gründen vollintegrierte Lösungen. Sie müssen alle Hierarchiestufen von der Datenerfassung in explosionsgefährdeten Bereichen bis zur Ferndiagnose global verteilter Systeme über zentrale Prozessleitsysteme abdecken. Ziel ist es, die erforderliche Anzahl von Bedienern und Wartungspersonal zu reduzieren. Das senkt nicht nur die Kosten, sondern eröffnet auch neue Möglichkeiten, Systeme durch den Einsatz umfangreicher Diagnose- und Analysetools effizienter und zuverlässiger zu machen.

Open & modulare Automatisierungstechnik eine Komplettlösung

Beckhoff bietet mit PC-based Control die ideale Automatisierungs-Toolbox, um all diese Anforderungen in einer ganzheitlichen und integrierten Lösung umzusetzen. Durch die Hinzufügung spezifischer Innovationen für prozesstechnische Anwendungen haben Verfahrenstechniker nun Zugriff auf dasselbe Automatisierungssystem, das sich seit langem im Maschinenbauwesen und in der Fabrikautomation bewährt hat.

Besonders hervorzuheben ist die Offenheit des PC-basierten Steuerungskonzepts, da die Unterstützung aller gängigen Bussysteme die einfache Integration von Beckhoff-Steuerungen in bestehende Architekturen ermöglicht. Darüber hinaus bieten langfristige Produktverfügbarkeit und Abwärtskompatibilität den bestmöglichen Investitionsschutz und gewährleisten eine hervorragende Ersatzteilversorgung. So können beispielsweise auch EtherCAT-Komponenten der ersten Generation noch mit den neuesten Produkteinführungen kommunizieren. Vorteile wie diese machen es auch einfach und kostengünstig, bestehende Systeme zu aktualisieren, beispielsweise durch Hinzufügen von Cloud-Konnektivität und IoT-Funktionen.

Die Vorteile integrierter und offener Automatisierungssysteme werden besonders bei der Planung neuer Anlagen deutlich. Auf der Feldebene ermöglicht der Einsatz von EtherCAT-Klemmen der ELX-Serie für den direkten Anschluss eigensicherer Feldgeräte eine deutliche Reduzierung des Platzbedarfs und damit des Kostenbedarfs. Darüber hinaus bietet der Wegfall separater Sicherheitsbarrieren klare Vorteile bei Installation und Diagnose. Hutschienenmontierbare Embedded-PCs der CX-Serie, ausgestattet mit bis zu 12 CPU-Kernen, ermöglichen mit ihrer hohen Verarbeitungsleistung die Verteilung der Ausführung auch komplexester Steuerungsaufgaben. Umfangreiche Produktzertifizierungen gewährleisten die Einhaltung der Explosionsschutzanforderungen und ermöglichen eine prozessnahe Installation.

PC-based Control vereinfacht Engineering & Bedienung

Auf der Steuerungsebene ermöglicht das fein skalierbare Portfolio an Industrie-PCs von Beckhoff maßgeschneiderte Lösungen, die nicht nur vielfältige Steuerungsaufgaben erfüllen, sondern auch eine einfache Integration in Prozessleitsysteme ermöglichen. Die Unterstützung vieler Standards und Protokolle gewährleistet eine systemübergreifende Datenkommunikation sowohl auf der übergeordneten Steuerungs- als auch auf der Feldsystemebene.

Die fortschrittliche HMI-Softwarelösung TwinCAT ermöglicht die Umsetzung von Visualisierungsaufgaben nach höchsten Standards für einen effizienten und zuverlässigen Anlagenbetrieb. Darüber hinaus läuft das responsive TwinCAT HMI auf mobilen Endgeräten genauso gut wie auf industriellen Bedienfeldern und Panel-PCs. Für die Prozessvisualisierung und -steuerung in explosionsgefährdeten Bereichen (Zone 2/22) stehen spezielle Geräte in Form der hochattraktiven Panel-Serie CPX mit modernster Multitouch-Technologie und robusten Aluminiumgehäusen zur Verfügung.

Mit den vielfältigen TwinCAT-Funktionen wird das Engineering für den gesamten Anlagenbetrieb und die Datenübertragung an eine übergeordnete Steuerung oder Cloud-Services zu einem höchst intuitiven Prozess. Viele Diagnosemöglichkeiten und Schnittstellen, wie der TwinCAT FDT Container zur Integration von Feldgerätetreibern (DTM), sorgen für eine schnelle und produktive Inbetriebnahme und einen einfachen Zugang in die Welt der Beckhoff-Steuerungstechnik.

Mit freundlicher Genehmigung: Bechkhoff Automation