Aktuální vydání

celé číslo

07

2019

Řízení dopravy a budov

celé číslo

Řídicí systémy pro výrobní stroje a linky

číslo 2/2005

Řídicí systémy pro výrobní stroje a linky

Požadavky na řídicí systémy pro stroje a linky byly vždy určovány především maximálním požadavkem na rychlost a výkonnost řízeného zařízení.

Dyger, s. r. o., distributor firmy Beckhoff New Automation Technology pro Českou republiku a Slovenskou republiku (viz titulní strana), přichází v letošním roce opět s novinkami. Beckhoff, tradiční dodavatel automatizace výrobních strojů a linek, má zákazníkům v této oblasti skutečně co nabídnout. Svědčí o tom i výsledky za rok 2004, kdy bylo dosaženo celosvětového nárůstu prodeje o 29 %.

Beckhoff System

Firma Beckhoff používá otevřenou platformu PC garantující velkou kapacitu výkonu při dodržení průmyslových standardů. Výkonné procesorové jednotky umožňují dosáhnout extrémně krátkých dob zpracování úloh. A zkušenosti s řešením zákaznických požadavků i v těch nejnáročnějších úlohách řízení strojů a výrobních linek jsou základními faktory úspěšnosti řešení automatizace s řídicími systémy Beckhoff.

Obr. 1.

Obr. 1. Průmyslová PC Beckhoff

Průmyslová PC Beckhoff

Průmyslová PC (IPC – Industrial PC, obr. 1) představují základ pro integraci úloh programovatelných automatů (PLC), číslicového řízení strojů (NC, CNC) a funkcí obslužných rozhraní (HMI) na jedné hardwarové a softwarové platformě. K dispozici je několik řad IPC, odstupňovaných podle požadavků na výkon a spotřebu procesorové jednotky (CPU). Počítače jsou k dispozici také ve variantě bez ventilátoru, pouze s pasivním chlazením. Rovněž pro zákazníky, kteří požadují PC bez rotačního disku, je v nabídce příslušná varianta. Napájecí napětí je ve standardním provedení 24 V DC. Takto konstruované IPC lze bez obav „pověřit„ řízením celé složité výrobní linky nebo stroje.

Embedded PC Beckhoff

Oblíbená řada CX1000 Embedded PC pro úlohy středního rozsahu se i nadále rozvíjí. K dispozici je nyní také v provedení s procesorem Pentium M. Tak lze zákazníkům nabídnout výkonnou procesorovou jednotku (CPU) se všemi přednostmi techniky PC přímo na liště DIN vedle distribuovaných svorek vstupů a výstupů. Je možné i nadále volit jednu z variant operačního systému, Windows CE.NET nebo Windows XP Embedded. Software TwinCAT pro PLC, úlohy NC a aplikační program vizualizace pro obsluhu příslušné technologie tak pracují na stejné hardwarové platformě.

Obr. 2.

Obr. 2. Operátorský panel Beckhoff

Control Panel

Displeje LCD v průmyslovém provedení pro připojení k IPC Beckhoff představují další z prvků úspěchu řídicího systému Beckhoff. V řadě s rozměry od 6,5" do 21" lze vyhovět širokému spektru požadavků zákazníků. Nová je varianta s instalovaným operačním systémem Windows CE.NET nebo Windows XP Embedded a integrovaným softwarem TwinCAT pro úlohy PLC a NC (obr. 2).

Distribuované I/O

Sortiment distribuovaných I/O zahrnuje více než 170 typů pro připojení téměř všech druhů signálů. V základní sestavě jsou moduly svorkovnice s jedním, dvěma, čtyřmi a osmi diskrétními nebo analogovými signály. Novinkou je řada KM, která je velmi kompaktní s hustotou až 64 diskrétních I/O na modulu (obr. 3). Všechny tyto jednotky lze velmi jednoduše připojit na komunikační sběrnici pomocí jednotek Bus Coupler (BK, obr. 4). Na jaký typ sběrnice? To záleží na požadavcích dané aplikace a uživatele. Beckhoff má v nabídce rozhraní pro téměř všechny celosvětově používané komunikační sběrnice. Potřebuje-li zákazník realizovat na úrovni distribuovaných I/O modulů jednoduché řídicí funkce, je k dispozici varianta s integrovaným PLC (BC). Pro rozsáhlejší lokální úlohy je pod označením BX v nabídce novinka se třemi integrovanými komunikačními linkami, rozšířenou pamětí, displejem a hodinami reálného času v základní jednotce PLC.

Obr. 3.

Obr. 3. Kompaktní modul distribuovaných I/O KM s hustotou až 64 I/O na modul

TwinCAT, software pro programovatelné automaty i číslicové řízení

TwinCAT je základní softwarový prvek integrující celý řídicí systém Beckhoff. Jde o vývojový software pro programovatelné automaty (PLC) i číslicové řízení (NC, CNC) výrobních strojů a linek. Pro programování všech řad řídicích systémů Beckhoff je tak k dispozici jednotné vývojové prostředí. Lze tedy říci, že až po napsání aplikace si podle náročnosti úlohy uživatel zvolí příslušný hardware. Kompletní vývojové prostředí je možné zdarma stáhnout z webové adresy http://www.beckhoff.com

EtherCAT

EtherCAT je real-time (RT) sběrnice založená na Ethernetu s optimalizovaným protokolem uvnitř standardního ethernetového rámce. Na straně řídicí stanice využívá cenově velmi výhodnou standardní ethernetovou kartu. EtherCAT umožňuje použít klasickou topologii zapojení v různých kombinacích do hvězdy či stromu se standardními síťovými komponentami, popř. využít lineární strukturu podobnou sběrnicovému komunikačnímu systému bez těchto síťových zařízení (obr. 5). Fyzicky EtherCAT používá kabel s kroucenou dvoulinkou nebo optický kabel. Přenosová rychlost je 100 Mb/s a více. EtherCAT uděluje jednotlivým vstupním a výstupním zařízením vlastní identifikaci automaticky, bez nutnosti přidělování IP adres. Zabezpečí spojení mezi jednotlivými řídicími stanicemi (řídicími moduly) nebo spojení na vzdálené koncentrátory I/O jednotek, popř. až k samostatným I/O svorkovnicím. EtherCAT zajistí přenos hodnot z jednoho tisíce digitálních I/O bodů za 30 ms.

Obr. 4.

Obr. 4. Sběrnicový terminál BK

EtherCAT se tedy stává novým real-timeovým de facto standardem pro ucelená řešení časově náročných aplikací s produkty firmy Beckhoff. Beckhoff jím překonává systémová omezení jiných ethernetových řešení. Komunikační paket není zpracováván sekvenčně v několika cyklech, tzn. není přijímán, potom interpretován, naplněn procesními daty a na závěr odeslán při každém spojení (dotazu). Nově vyvinutá metoda FMMU (Fieldbus Memory Management Unit) v každé I/O jednotce extrahuje data adresovaná pouze jí, zatímco telegram pokračuje kontinuálně (s minimálně možným zpožděním pouze několika nanosekund) k dalšímu zařízení. Podobně vstupní data jsou prokládána na vyhrazená místa v datovém telegramu, který „krouží“ po síti.

Na straně řídicího modulu (myšleno IPC) je využita standardní síťová karta. Beckhoff nabízí řešení kartou PCI s až čtyřmi kanály – zásuvkami Ethernetu. Společným znakem těchto rozhraní je datový přenos do PC přes DMA (Direct Memory Access), tj. neplýtvá se kapacitou CPU pro přístup na síť. Tyto síťové karty pracují s ovladačem TwinCAT Y, který pracuje v součinnosti s operačním systémem a se systémem reálného času. To znamená, že TwinCAT Y plní dvě úlohy: zajišťuje kompatibilitu se standardními síťovými službami operačního systému a navíc vykonává funkci RT sběrnicového komunikačního rozhraní. Rámce RT Ethernetu mají prioritu před rámci obecného operačního systému. Z toho vyplývá, že systémově kompatibilní protokoly mohou běžet na stejném fyzickém rozhraní jako EtherCAT. Systémovými protokoly se rozumějí nejen standardní „kancelářské“ protokoly (jako TCP/IP, HTTP, FTP apod.), ale i standardy průmyslového Ethernetu (jako jsou Modbus TCP/IP, Profinet nebo EthernetIP).

Obr. 5.

Obr. 5. Příklad topologie komunikačního systému EtherCAT

Díky FMMU ve vzdálených I/O jednotkách a DMA na síťové kartě v řídicím modulu běží komunikační proces s maximálním využitím hardwarových prostředků nezávisle na zatížení procesoru a s minimálním využitím softwarových zdrojů. Například aplikace řešící úlohu polohování se může spolehnout, že prostřednictvím komunikace EtherCAT dostane stavové a řídicí informace od jednoho sta servopohonů jednotlivých os za 100 ms. S komunikací EtherCAT je možné reagovat i na změnu proudového zatížení (momentu) pohonu ve vzdálených servojednotkách. EtherCAT tedy přináší i nový pohled na řízení servopohonů. Vyžaduje-li aplikace přesnou synchronizaci, EtherCAT zajistí distribuci reálného času s citlivostí 1 ms. V lokálním řídicím modulu potom lze docílit přesnosti až 10 ns pro archivaci potřebných datových vzorků.

EtherCAT svou datovou propustností odpovídá kapacitě výkonných moderních IPC. Komunikační sběrnice tak přestává být slabým místem v celém systému. Hodnoty distribuovaných I/O jsou zaznamenávány rychleji, než je možné u většiny lokálních I/O rozhraní.

EtherCAT ovlivní i konstrukci nových IPC, kde již nepůjde o distribuci I/O zařízení, ale o distribuci výkonu.

Ing. Jiří Holík, Ing. Jiří Filip, Dyger, s. r. o.

Dyger, s. r. o.
Výstaviště 1
648 59 Brno
tel.: 541 321 004
fax: 541 249 208
e-mail: info@dyger.cz
http://www.dyger.cz