products PC Control 04 | 20132

A gépek és rendszerek mért adatainak helyben történő begyűjtése sok hasznot kínál. Például kevesebb ráfordításra van szük-ség a tervezésnél, telepítésnél és beüzemelésnél, melyekhez rövidebb válaszidő társul a gyártási folyamat közben. A kulcs a mérőmodulok széles választéka, és ide tartoznak a komplex jeltípusok és a vezérlőrendszerbe történő zökkenőmentes beil-leszkedés is. A Beckhoff EtherCAT Box moduljai tökéletesen megfelelnek ilyen rendszerek megvalósításához. Elérhetővé teszik a nagyteljesítményű EtherCAT technológia által az IP 67 világa számára – a villamos szekrényeken kívül – kínált összes lehetőséget.

A Tudományos Automatizálás lehetővé teszi a mért adatok helyben történő begyűjtését robusztus IP 67 modulokkal

Az új EP1816-3008 EtherCAT Box két integrált 3 tengelyű

gyorsulásérzékelővel és 16 digitális bemenettel rendelkezik.

EtherCAT Box – rendszerbe integrált méréstechnika kemény körülményekhez

PC Control 04 | 2013 products 3

A PC-alapú irányítás és az EtherCAT kommunikáció nagyteljesítményű plat-

formot biztosít, nem csak a hagyományos vezérlési feladatokhoz, mint a PLC,

mozgásvezérlés és irányítástechnika. A Beckhoff által alkalmazott átfogó

megközelítés, a tudományos automatizálás, zökkenőmentesen egyesít további

technológiákat, mint például a robotikát, a kifinomult mérést és adatfeldol-

gozást, valamint az állapotellenőrzést és az energiafelhasználás figyelemmel

kísérését. A „fekete doboz” megoldás alkalmazása helyett, amit bonyolult

lenne integrálni, a méréstechnikát szokásos I/O komponensekkel és műszaki

eljárásokkal könnyen meg lehet valósítani és könnyű ennek modernizálása is.

A fő előny a rendszer alapvető szerkezetében rejlik: a mért adatokat egyszerű,

költséghatékony és rendkívül jól skálázható módon naplózzák az EtherCAT

terminálok vagy IP 67 modulok, majd nagyon gyors EtherCAT kommunikációval

továbbítják feldolgozásra a nagyteljesítményű ipari PC-hez.

A robusztus készülékház megbízható használatot biztosít a terepen

Az IP 20 védettségű mérő terminálok széles skálájának kiegészítésére a Beck-

hoff már korán megkezdte a megfelelő funkciók leképezését az IP 67 védettségi

osztály megoldásaiba. Az eredmény egy minden részletre kiterjedő EtherCAT

Box termékcsalád, amit új változatokkal folyamatosan tovább bővítünk. Az IP

67 sorozatnak ezek a moduljai közvetlen EtherCAT interfészt tartalmaznak,

így a nagy teljesítmény egészen az egyes modulok szintjéig megmarad. Ez új

technológiákat tesz lehetővé az IP 67 világában: a gyártási folyamatok ada-

tainak gyors továbbítása az eXtreme Fast Control (XFC) segítségével, integrált

meghajtás funkciók és rendkívül pontos méréstechnika közvetlenül a terepen.

A digitális I/O-tól a komplex jeltípusokig

Az EtherCAT Box modulok lefedik az IP 67 I/O jelek jellemző követelményeinek

tartományát: digitális bemenetek különféle szűrőkkel (3,0 ms vagy 10 μs),

digitális kimenetek 0,5 és 2 A kimenő árammal, kombinált modulok szabadon

választható bemenetekkel és kimenetekkel, analóg bemenetek és kimenetek

16 bites felbontással, hőelem és RTD bemenetek, valamint léptetőmotor

modulok. Az EP1258 EtherCAT Box integrált XFC funkcionalitásával olyan

új alkalmazások széles körét teszi elérhetővé, melyek a múltban nem voltak

elérhetők IP 67 modulokkal. Nyolc digitális bemenetével gyors bináris jeleket

naplóz a folyamatok szintjén és elektromosan szigetelt módon továbbítja őket

a vezérlőrendszerhez. A jelek időbélyeggel vannak ellátva, ami a legutolsó

„edge” váltás idejét azonosítja 1 ns felbontással. Ily módon pontosan nyomon

lehet követni a rendszerben a jelek időbeli változását az EtherCAT elosztott

óráihoz kapcsolódóan.

Integrált gyorsulás- és szögmérés

Ez a sokféleség lehetővé teszi majdnem az összes érzékelő és működtető

szerkezet csatlakoztatását és a komplex jeltípusok naplózását. Erre jó példa

az új EP1816-3008 EtherCAT Box. 16 digitális bemenetével naplózza a fo-

lyamatok szintjéről érkező bináris vezérlőjeleket és két integrált, 3 tengelyű

gyorsulásérzékelőt is tartalmaz. Könnyű a telepítése és használható költség-

hatékony rezgés- és ütés-, illetve oszcilláció monitorozására közvetlenül a

terepen. Támogatja a dőlésszög mérését is X és Y irányban. A 16 bit felbontású

gyorsulásérzékelőket (opcionális tartományuk ± 2 g, ± 4 g, ± 8 g és ± 16 g)

A tudományos automatizálás a mérési funkciót a szabványos irányítástechnikába

integrálja nemcsak az IP 20 világában – mint amilyen a hőmérsékletmérés ebben a

példában – de kemény IP 67 környezetben is.

EtherCAT Box – rendszerbe integrált méréstechnika kemény körülményekhez

4 products PC Control 04 | 2013

úgynevezett MEMS-ként (mikroelektronikus-mechanikus rendszerek) értelme-

zi. Az érzékelők és a külön adat mintavétel hagyományos kombinációjához

hasonlítva ez a megoldás költséghatékonyabb és könnyebb a telepítése és

vezérlőrendszerbe való integrálása. Ezen kívül más előnye is van: a két 90°-os

szögben elrendezett érzékelő feleslegessé teszi az EP1816-3008 rendszert,

ráadásul az eredményeket megbízható módon lehet ellenőrizni a vezérlőben.

A 3 tengelyű gyorsulásmérő doboz jellemző alkalmazása a gépek és épületek

rezgéseinek és ütéseinek/oszcillációjának figyelemmel kísérése. Különösebb

erőfeszítés nélkül pontosan monitorozni lehet például a robotkarok rezgését a

mért gyorsulásokkal. Egy másik példa: fafűrész gépeknél a tárgyasztalra szerelt

EP1816-3008 berendezés megbízhatóan monitorozza a fűrészlap szögbeállí-

tását, ami a jel gyors begyűjtésének köszönhető.

A sűrített levegő mérésének leghatékonyabb módja

Az új EP3744 nyomáskülönbséget mérő doboz egy kompakt, integrált megol-

dás a sűrített levegőellátás mérésére, ellenőrzésére és elemzésére, ami az ipari

automatizálás legtöbb területén előfordul. Ez az EtherCAT Box hat digitális

bemenettel, két digitális kimenettel és négy nyomás bemenettel rendelkezik,

6 mm-es integrált szerelvényekkel. A nyomást az ötödik nyomáscsatlakozásig

mért különbséggel mérik, amelyet tömlőn keresztül vezetnek a védett környe-

zetbe az IP 67 megfelelőség érdekében. Ez így együtt egy kompakt, önálló esz-

közt alkot a nyomásnak a terepen való közvetlen méréséhez és ellenőrzéséhez.

Ez egyrészt kiküszöböli a hosszú útvonalakat és tömlőcsatlakozásokat a

gyártási folyamattól a vezérlőszekrényig, másrészt pedig megkönnyíti az elek-

tromos és pneumatikus rendszerek elkülönítését, amit sok felhasználási terület

előír. Az EP3744 eszközt használni lehet például üzemi nyomás monitorozására

is. Emellett a decentralizált és rendszerbe integrált nyomásmérés ideális

megoldás a szivárgás azonnali észlelésére és helyének meghatározására. Az

EP3744 eszköz hozzájárulhat az üzemzavarmentes feldolgozási műveletsorhoz

is: például az automatikus felvevő és elhelyező gépeknél a megfogáshoz szük-

séges vákuumot nagyobb költségek nélkül lehet figyelemmel kísérni. Ehhez

mindössze az EtherCAT dobozt kell a sűrítettlevegő-ellátásba integrálni a

szívó-megfogó elemnél egy egyszerű T elágazással.

Az infrastruktúra-összetevők teljes sorozata

A gépek vagy rendszerek adatgyűjtésének következetes, decentralizált beállí-

tásához megfelelő infrastrukturális összetevőkre van szükség. Az új EP9224

Smart Power Box az infrastruktúra komponenseket még mérési funkcióval is

kombinálja: a 4/4 csatornás áramelosztás négy EtherCAT Box áramellátás csat-

lakozását teszi lehetővé. A berendezés monitorozza minden egyes 24 V-os ágon

a vezérlőfeszültséget és a perifériák feszültségét, és szükség esetén korlátoz,

illetve lekapcsol. A vezérlőben a folyamat adatain keresztül az összes bemeneti

feszültséget és kimeneti áramértéket elemezni lehet. Hiba esetén a megfelelő

adatok, így az áramerősség vagy a hőmérséklet folyamatos naplózása segíti a

hibaelhárítást. Az adatok visszakereshetők egy pufferből, hogy pontosan meg

lehessen találni a hibák okát.

Az EtherCAT gyakorlatilag minden topológiát támogat, melyek közvetlenül a

terepen is elágazhatnak EtherCAT Box modulok használatával. Ha több csomó-

pontra van szükség a csillag topológia egy pontján, EtherCAT csomópontot

lehet használni a topológia további elágaztatására. Az IP 20 védettséggel

rendelkező infrastruktúra komponensekkel analóg módon az EP9128 nyolcutas

EtherCAT csillag csomópont kínálja azt a lehetőséget, hogy IP 67 környezetben

is létre lehessen hozni a topológia ágait a lehető legkevesebb számú kom-

ponenssel. Az EtherCAT hálózat a csillag csomópont bemeneti portjához van

csatlakoztatva, és a másik hét porton keresztül bővíthető.

Az EP3744-0041 EtherCAT Box négyszeres sűrített

levegő mérést integrál az EtherCAT rendszerbe –

gazdaságosan, közvetlenül a folyamatban.

PC Control 04 | 2013 products 5

Méréstechnika integrálása az Ipar 4.0-hoz

A ScAut (tudományos automatizálás) innovációs projekt része az „it’s

OWL” (Intelligens Műszaki Rendszerek OstWestfalenLippe) élenjáró

klaszternek, amit a Beckhoff, mint konzorciumi vezető irányít. A ScAut

a tudományos automatizálás által megtestesített átfogó (holisztikus)

megközelítés trendet meghatározó természetét szemlélteti. Az elkép-

zelés az, hogy – az Ipar 4.0 szellemében – a PC technológia állandóan

növekvő kapacitástartalékait a szokásos gépi vezérlőkkel kapcsolat-

ban kapott tudományos eredmények megvalósítására hasznosítsuk.

Egy konkrét példa a folyamatoptimalizált fúrás, ahol az orsó áramát

és teljesítményét, az előtolás áramát és teljesítményét, az orsó és a

munkadarab rezgését, a furat hőmérsékletét, a forgácsképződést és

a fúrási mintát mind vezérlési paraméterként használjuk a termelés

optimalizálására

Bővebb információ:www.beckhoff.com/EtherCAT-Box

Az EP9521 és az EP9522 EtherCat illetve a gyors, 100 Mbaud sebességű

ipari Ethernethez való ipari Ethernet modulok média konverterként szolgálnak

optikai száltól rézre és vissza. Mindkét média konverter alkalmas sokmódusú

száloptikás kábelekhez. A rézágon túl a kétcsatornás EP9522 lehetővé teszi

további optikaiszál-topo lógiák konfigurálását egy második optikaiszál-porton

keresztül, miközben a két média közötti közvetlen átvitelhez az egycsatornás

EP9521 EtherCAT Boxot használjuk. A CU2608 IP 67 Ethernet switch egy másik

fontos, robusztus kialakítású infrastrukturális komponens. Nyolc d-kódolású

M12 Ethernet portot kínál egy kompakt műanyag burkolatban, valamint

10/100 Mbaud, fél vagy teljes duplex automatikus átvitelisebesség-észlelést,

és crossover-észlelést egyértelmű, gyors diagnosztikával.

A szoftver optimalizálja a méréstechnika integrálását

A Microsoft Visual Studio®-ba integrált új TwinCAT 3 szoftvert úgy alakítottuk

ki, hogy eleget tegyen a tudományos automatizálás, azaz az automatizálás és

a legfejlettebb méréstechnika konvergenciája által támasztott igényeknek. A

valós idejű környezetet úgy alakítottuk ki, hogy lehetővé tegye majdnem akár-

hány PLC, biztonsági PLC és C++ feladat végrehajtását ugyanazon vagy más

CPU magon. Az új TwinCAT 3 állapotellenőrző függvénytár lehetővé teszi eze-

knek az opcióknak a kiaknázását: a nyers adatokat egy gyors művelettel nap-

lózni lehet majd egy valamivel lassabb művelettel lehetséges a további feldol-

gozásuk. Ez ideális a mérési adatok folyamatos naplózásához és független

elemzéséhez egy második műveletben, az algoritmusok széles köre alapján.

Az állapotellenőrzés függvénytárának egyedi funkcióblokkjai az eredményeket

egy globális „továbbító tálcán”, egyfajta memóriatáblázatban tárolják. Innen

az eredményeket változókhoz lehet másolni vagy tovább fel lehet dolgozni más

algoritmusokkal, hogy konfigurálni lehessen a testre szabott mérő és elemző

láncolatot.

MATLAB®/Simulink® modulok létrehozásához nincs szükség az eredeti modell

Beckhoff-specifikus blokkjaira vagy egyéb módosítására. A MATLAB® és a

Simulink® kódolók C++ kódot hoznak létre, amit azután a TwinCAT 3 modulba

fordítanak. A modulokat példányosítással könnyen fel lehet újra használni.

A Simulink® blokkdiagramját közvetlenül a TwinCAT-ben lehet megjeleníteni,

például a töréspontok beállításához.

A TwinCAT Scope (oszcilloszkóp) megjelenítési lehetőségeket kínál az összes

releváns tudományos automatizálási szoftverjelhez. A ’View’ komponenst a

jelek megjelenítésére használjuk diagram formájában, míg a ’Server’ kom-

ponens rögzíti az adatokat a megfelelő céleszközön. Az oszcilloszkóp pontos

mérési leolvasásokat képes végezni egészen a mikroszekundum tartományig,

és meg tudja jeleníteni a túlmintavételezés értékeit például az EtherCat

mérőtermináljaiból.

Tartozékok a hatékony rendszerkonfiguráláshoz

Az IP 67 védettségi osztály vezetékezését jelentősen egyszerűsítettük, ami

az EtherCAT-hez, a táphoz és az érzékelőkhöz előre összeszerelt kábeleknek

köszönhető. A vezetékezési hibákat hatékonyan kiküszöböltük, aminek ered-

ményeképpen csökkent a beüzemelés ideje. Emellett a maximális rugalmasság

biztosítása érdekében rendelkezésre állnak terepen konfigurálható csatlakozók

és kábelek is. A kombinált I/O modulok és a jelek nagy granularitása is csökken-

ti a rendszer költségeit.

Az EP9224 az EtherCAT Box modulokhoz meglévő 4/4

csatornás áramelosztást kombinálja átfogó áramméréssel

és adatnaplózási funkcióval.