Aktuální vydání

celé číslo

04

2024

Průmyslové roboty a automatizace výrobních a montážních linek

celé číslo

X20: hybnou silou inovací jsou potřeby zákazníků

číslo 2/2006

X20: hybnou silou inovací jsou potřeby zákazníků

Systém X20, uvedený na světový trh rakouskou společností Bernecker + Rainer Industrie Elektronik, Ges. m. b. H. (B+R), na veletrhu SPS/IPC/Drives na podzim roku 2004, zaujal uživatele i odbornou veřejnost. Důkazem jsou např. ocenění Zlatý Amper z mezinárodního veletrhu Amper 2005 v Praze nebo cena PalmarCo je příčinou obliby tohoto systému? Především to, že beze zbytku splňuje všechny základní požadavky uživatelů I/O systémů: je otevřený, modulární a přizpůsobivý různým typům a velikostem aplikací.

Obr. 1.

Obr. 1. Procesorová jednotka X20 CPU

Systém X20 již znají i naši čtenáři – úvodní články byly uveřejněny v číslech 2/2005 (K. Bílek: Systém X20 – v inovacích je konjunktura stále) a 3/2005 (K. Bílek: Produkty B+R – automatizace, která má vtip). Ovšem i letos se objevilo množství novinek a další nové produkty budou uvedeny na trh v nejbližších měsících. O nich bude tento článek.

Procesorové jednotky X20 CPU

Na obr. 1 je znázorněna procesorová jednotka (CPU – Central Processor Unit) X20 CPU. K dispozici je v několika variantách, jejichž technické parametry jsou odstupňovány tak, aby vyhověly pro běžné použití i pro rozsáhlé a náročné aplikace (tab. 1). V podstatě jde o průmyslové počítače určené k montáži na lištu DIN: obsahují standardní počítačový procesor, matematický koprocesor, paměť RAM a další komponenty běžných PC.

U výrobků společnosti B+R patří ke standardnímu příslušenství rozhraní pro Ethernet (10/100 Mb/s, konektor RJ45) a dvě rozhraní USB. Mimo to mají X20 CPU v základní sestavě ještě rozhraní pro Ethernet Powerlink a jejich komunikační možnosti doplňuje rozhraní RS-232.

Tab. 1. Základní technické údaje X20 CPU

Typ

X20CP1486

X20CP3486

X20CP1485

X20CP3485

Procesor

Celeron 650

Celeron 400

L1 cache

2 × 16 kB

L2 cache

256 kB

RAM

64 MB SDRAM

32 MB SDRAM

Uživatelská RAM

496 kB SRAM

Remanentní proměnné

256 kB

Nejkratší doba cyklu

200 µs

400 µs

Vestavěná rozhraní

RS-232, Ethernet, Ethernet Powerlink, dvě USB

Sloty pro další moduly rozhraní

1

3

1

3

Napájení

24 V DC

Chlazení

bez větráku nebo s větrákem

bez větráku

Pracovní teplota

0 až +55 °C (s větrákem)

0 až +55 °C

K jednomu X20 CPU lze připojit až 250 I/O modulů. To představuje až 3 000 vstupních a výstupních kanálů. Jsou dvě možnosti, jak I/O moduly systému X20 (X20 I/O) připojit k X20 CPU: buď je mechanicky i elektricky spojit navzájem do jednoho celku (montují se na pravou stranu CPU), nebo nosnou desku (backplane) dále rozčlenit. Možnost rozčlenění je základní vlastností nosné desky, která nese označení X2X Link. Na X2X Link lze připojit i I/O moduly s krytím IP67 (X67 I/O) umístěné v provozu, popř. i pneumatický ventilový terminál XV. Maximální délka kabelu pro X2X Link mezi dvěma sousedními I/O moduly je 100 m. V obou případech základní deska zajišťuje jak přenos signálů, tak napájení, přičemž zvnějšku z pohledu ovládání a komunikace není podstatné, zda je modul připojen k CPU přímo nebo prostřednictvím kabelu – jde o tzv. distribuovanou základní desku (remote backplane).

Kromě již uvedených vestavěných rozhraní USB, Ethernet a Ethernet Powerlink může být X20 CPU doplněn dalším jedním až třemi komunikačními moduly. K dispozici je několik typů komunikačních modulů: např. komunikační modul pro Ethernet Powerlink rozšiřuje základní sestavu o dvě další rozhraní pro tuto sběrnici; v komunikačním modulu je navíc vestavěn rozbočovač (hub). Další variantou je komunikační modul se dvěma rozhraními CAN nebo CAN v kombinaci s X2X Link. Dále jsou nebo v krátké době budou k dispozici moduly pro RS-232, RS-422/485 a Profibus-DP (master nebo slave).

Obr. 2.

Obr. 2. Použití distribuované nosné desky X2X Link – remote backplane

Přestože X20 CPU jsou v nabídce B+R úplnou novinkou, je zachována jejich zpětná kompatibilita se staršími CPU a především se softwarem B+R. To znamená, že jednou vytvořený aplikační program je snadno přenositelný mezi různými hardwarovými prostředky. Pro programování X20 CPU, stejně jako dalších výrobků B+R, lze využít možnosti softwaru Automation Studio.

Nejkratší doba cyklu u X20 CPU může být až 200 µs, tzn. že je možné využít je i pro velmi přesné řízení rychlých dějů. Paměť RAM více než dostačuje pro většinu aplikací (viz tab. 1). Je navíc doplněna pamětí SRAM (Static Random Access Memory), jejíž napájení je zálohováno baterií. Do paměti SRAM lze uložit např. hodnoty parametrů specifických pro danou úlohu nebo remanentních proměnných. Hodnoty remanentních proměnných jsou po odpojení napájení automaticky překopírovány z RAM, jejíž obsah se bez napájení ztratí, do paměti SRAM. Při opětovném spuštění CPU jsou hodnoty ze SRAM přesunuty zpět do RAM.

Pro zálohování dat, aplikačních programů, receptur nebo nastavení lze využít kartu compact flash (CF). Další možností, jak zálohovat data, je připojit paměťové médium prostřednictvím USB.

Použité procesory Intel Celeron mohou pracovat i bez chlazení větrákem. Je-li však větrák použit (u procesoru Celeron 650), rozšiřuje to rozsah provozních teplot. Sledování teploty procesoru a činnosti větráku umožňuje zasáhnout při poruše a předejít tak zničení procesoru. Větrák lze vyměnit i za provozu zařízení.

Obr. 3.

Obr. 3. Procesorová jednotka X20 Compact CPU

X20 CPU se montují do rozváděče na lištu DIN. Na lištu se kompletní jednotka, včetně připojených I/O modulů, připojuje jako jeden celek. Ačkoliv je sestava systému X20 modulární, je rozměrově kompaktní a úsporná. Obsluhu a servis usnadňují LED signalizující provoz CPU, přehřátí procesoru nebo činnost větráku, aktivitu rozhraní Ethernet a Ethernet Powerlink, ukládání na kartu CF a stav baterií.

Kompaktní procesorové jednotky X20 Compact CPU

Procesorové jednotky X20 Compact CPU (obr. 3) jsou při své šířce 37,5 mm překvapivě výkonné. Zvolit by je měl ten, jemuž stačí doba cyklu řádově v milisekundách a pro nějž je rozhodujícím faktorem cena.

Stejně jako u X20 CPU, i zde je možné moduly X20 I/O připojit k CPU přímo nebo prostřednictvím distribuované základní desky X2X Link. Základní technické údaje jednotlivých typů jsou shrnuty v tab. 2 – k dispozici je varianta s rozhraním RS-232, CAN nebo Ethernet. Plánuje se další rozšíření této řady tak, aby pokryla co největší spektrum možných použití.

Řídicí jednotky pro sběrnice X20 Fieldbus CPU

V moderní automatizaci se i pro připojení vstupů a výstupů stále více uplatňují komunikační systémy založené na průmyslových sběrnicích. Na rozdíl od přímého připojení I/O k řídicímu modulu ovšem mají delší doby odezvy, protože signál ze vstupu musí před svým zpracováním v řídicím modulu navíc projít řadičem sběrnice a stejnou cestu v opačném směru musí absolvovat i výstupní signál. Jedním ze způsobů, jak zpracování vstupních a výstupních signálů zrychlit, je použít jejich předzpracování v programovatelném řadiči sběrnice, který přebírá některé jednoduché funkce CPU. Další možností je použít řadič sběrnice kombinovaný s plnohodnotným CPU. Do této kategorie zařízení patří jednotky X20 Fieldbus CPU. Kromě toho, že řídí provoz na sběrnici, mají dostatečnou výpočetní kapacitu i pro relativně komplikované úlohy.

Jejich základem je X20 Compact CPU doplněný příslušným řadičem sběrnice. Proto jsou i základní technické údaje jednotek X20 Fieldbus CPU obdobné jako u X20 Compact CPU (tab. 2); řadiče sběrnice jsou k dispozici pro Profibus-DP (slave), CANopen (slave) a DeviceNet (slave).

Tab. 2. Základní technické údaje X20 Compact CPU

Typ

X20CP0292

X20CP0272

X20CP0291

X20CP0271

X20CP0201

Procesor

embedded µP 25

embedded µP 16

Uživatelská RAM

750 kB SRAM

100 kB SRAM

Paměť flash

1 500 kB

512 kB

Remanentní proměnné

4 kB

2 kB

Nejkratší doba cyklu

2 ms

5 ms

Vestavěná rozhraní

RS-232, CAN, Ethernet 10/100

RS-232, CAN

RS-232, CAN, Ethernet 10/100

RS-232, CAN

RS-232

Napájecí napětí

24 V DC

Pracovní teplota

0 až +55 °C

Připomeňme, že i v tomto případě je možné na pravou stranu jednotky připojit I/O moduly, a to přímo nebo pomocí distribuované základní desky X2X Link.

Řadiče X20 Bus Controller

Použití řadičů X20 Bus Controller umožňuje začlenit vstupní a výstupní zařízení systémů X20 a X67 a ventilové terminály XV připojené na distribuovanou základní desku X2X Link do komunikačních systémů založených na sběrnicích Profibus-DP, CAN (s protokoly CANopen nebo DeviceNet) nebo Ethernet Powerlink. Řídicí jednotkou komunikační sítě přitom může být programovatelný automat od libovolného výrobce. Díky standardizovaným softwarovým popisům je možné připojená zařízení prostřednictvím provozních sběrnic i programovat a konfigurovat.

Obr. 4.

Obr. 4. Řadič X20 Bus Controller

Řadiče X20 Bus Controller jsou modulární zařízení (obr. 4). Skládají se ze základny, jednotky rozhraní příslušné provozní sběrnice, napájecí jednotky a terminálu pro připojení I/O.

Další nové moduly X20

Nově jsou k dispozici moduly X20 COM Slice s rozhraním RS-232, RS-422/485 nebo CAN. Tyto moduly se k X20 CPU připojují stejně jako I/O moduly a umožňují do systému X20 snadno začlenit např. čtečku čárového kódu. Nový modul digitálních vstupů DI2551 je vhodný pro přímé připojení snímačů s výstupy 100 V AC až 240 V AC. DI 4760 je modul určený pro snímače podle specifikace EN 60947-5-6 Spínací a řídicí přístroje nn – Část 5-6: Přístroje a spínací prvky řídicích obvodů – Stejnosměrné rozhraní pro bezdotykové snímače a spínací zesilovače (NAMUR). Nové jsou i reléové moduly se dvěma až šesti relé se samostavitelnými kontakty v jednom modulu. Digitální triakové moduly DO2532 jsou určeny k ovládání akčních členů s napětím 115 V AC. Zajímavá varianta také přibyla k dosavadním blokům dvanácti digitálních vstupů nebo dvanácti digitálních výstupů v podobě bloku s osmi digitálními vstupy (24 V DC) a čtyřmi digitálními výstupy (24 V DC, 0,5 A). Do nabídky byl též zařazen modul „vše v jednom„, který má čtyři digitální vstupy, dva digitální výstupy (všechny 24 V DC), jeden analogový vstup, jeden analogový výstup (oba 0 až 20 mA nebo ±10 V) a dva čítače.

Za zmínku rovněž stojí nové analogové moduly s funkcí osciloskopu. Tyto moduly, AI2632 se dvěma, AI4632 se čtyřmi kanály, obsahují šestnáctibitový převodník a umožňují zaznamenávat data ze všech kanálů se vzorkovací frekvencí až 20 kHz do své interní paměti o velikosti 12 kB. Záznam lze spouštět při splnění nastavené podmínky nebo pomocí externího signálu, generovaného např. CPU. Zpracovaná data mohou být průběžně poskytována k dalšímu zpracování (nekonečný záznam) nebo je délka záznamu omezena kapacitou paměti. Dále lze v cyklických intervalech určovat maximální a minimální hodnotu měřených signálů. K dispozici je také konfigurovatelný digitální filtr.

Další zajímavou novinkou je modul AI1744 pro snímače mechanického napětí (měření sil, průmyslové váhy apod.). Ke zpracování signálu je určen 24bitový převodník a konfigurovatelný filtr, umožňující eliminovat vliv interferencí. Zaznamenaný signál je odeslán do programu Automation Studio, kde je zpracován rychlou Fourierovou transformací a měřený signál je separován od rušení. V Automation Studiu je pak vytvořen filtr, který optimálně potlačuje rušivé složky signálu, a ten je následně přenesen zpět do modulu AI1744. Na jeden modul lze připojit až tři plné měřicí můstky. Zatím je k dispozici jen verze s krytím IP20, ale chystá se i modul do provozních podmínek s krytím IP67.

Z nových analogových modulů jmenujme ještě např. modul pro magnetostrikční ultrazvukové převodníky pro měření dráhy a rychlosti posuvu nebo modul pro rezolver, který zpracovává analogový výstup z rezolveru na absolutní digitální hodnotu (s 14bitovým rozlišením) a současně poskytuje dva posunuté pravoúhlé signály a nulový puls, tedy stejné výstupy jako z inkrementálního snímače polohy (např. pro přímé zpracování měničem frekvence se vstupy pro inkrementální snímač). Nový je také modul pro napájení měřicích potenciometrů. Pro spínání elektromechanických soustav, např. regulačních ventilů, je určen modul digitálních výstupů s analýzou spínacích proudů, která zaprvé zvyšuje přesnost a rychlost regulace a zadruhé ji lze využít pro stanovení opotřebení a poruch při prediktivní údržbě.

Strategie B+R

Strategie společnosti B+R spočívá v důkladném sledování požadavků trhu a potřeb zákazníků a neustálém rozšiřování nabídky tak, aby tyto požadavky a potřeby byly co nejlépe splněny. Uplatňování tvořivosti v konstrukční práci způsobuje to, že nové výrobky jen pasivně nekopírují trendy, které v průmyslové automatizaci existují, ale že firma B+R aktivně přispívá k jejich vytváření. Dvě stovky inženýrů vývojového oddělení společnosti B+R již dnes pracují na projektech, jejichž výsledkem budou automatizační prostředky pro budoucnost.
[Publikace B+R: Innovations 2006.]

Petr Bartošík

B+R automatizace, spol. s r. o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel.: +420 541 420 311
fax: +420 541 420 326
e-mail: office.cz@br-automation.com
http://www.br-automation.com