03/2011
automotion automotion automotion automotion
Perfection in Automation
www.br-automation.com
Shanghai ElEctric: china SEtzt auf Wind
tavil: Maximale flexibilität in Verpackungsprozessen acOPOSmulti65: Maschinen Modularität zu Ende gedacht Maintools: großrohre für abwasseranlagen
converteam: hochseekrane für Offshore anlagen
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Inhalt
Online-Version:
www.automotion.info Medieninhaber:
Bernecker + rainer industrie-Elektronik ges.m.b.h.
B&r Strasse 1 5142 Eggelsberg Österreich Herausgeber:
hans Wimmer B&r Strasse 1 5142 Eggelsberg Österreich
Redaktion:
andreas Enzenbach, agnes hufnagl, Margit Mayrböck, Peter Kemptner, franz Joachim roßmann, lukas Maier
B&r Strasse 1 5142 Eggelsberg Österreich
[email protected] Gestaltung:
lukas Maier, cecilia zimmerbeutel B&r Strasse 1
5142 Eggelsberg Österreich
Herstellung:
Vorarlberger Verlagsanstalt gmbh Schwefel 81
6850 dornbirn Österreich Verlagsort:
B&r Strasse 1 5142 Eggelsberg Österreich
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IMPRESSUM
automotion: Das B&R Kundenmagazin, 10. Jahrgang
2 automotion 03/2011
Editorial
liebe leser,
obwohl derzeit weltweit nicht ent- scheidend, gewinnen nachhaltige Energiequellen deutlich an aufmerk- samkeit. Begrenzte Möglichkeiten im Bereich fossiler Energieträger und ein verstärkter Kostendruck am Energie- markt verlangen nach neuen Wegen in der Energiegewinnung.
im Bereich der Windkraft, wo ungeheu- re Kräfte auf die anlage wirken, bedarf es strukturschonender regelungen, um die hohe Belastung mechanischer teile wie getriebe, lager und turm si- gnifikant zu reduzieren und damit die lebensdauer der Windkrafträder zu erhöhen. der enorme Energieeintrag und das damit verbundene zerstö- rungsrisiko erfordern unausweichlich eine anspruchsvolle und zuverlässige Sicherheitstechnik.
Mit der erfolgreichen inbetriebnahme verschiedener anlagen demonstrierte B&r bereits mehrfach eindrucksvoll sein Know-how in diesem Marktseg- ment. Schlanke und elegante hard- warelösungen ermöglichen neue Strategien und funktionalitäten, bei optimierten Kosten. die gewohnt hohe Qualität und lange Verfügbarkeit der B&r Produkte garantiert den Kunden effiziente Lösungen für die Windbran- che wie sie an einigen Beispielen in dieser ausgabe erfahren können.
Viel Spaß beim lesen wünscht ihnen
andreas Enzenbach
Manager communications and Marketing
Titelstory
31 Shanghai Electric: China setzt auf rauen Wind News
4 Unternehmens- und Produktinfos Technologie
11 ACOPOSmulti65: Maschinen Modularität zu Ende gedacht 19 Der schnelle Weg zu POWERLINK
34 Neue Horizonte in PC-basierter Embedded Control 46 Softwareentwicklung für die Mechatronik 52 Kundenspezifische Bedieneinheiten: Ergonomie vom Maschinenhersteller
58 Unberechenbaren Wind maximal nutzen 63 Software effizient nutzen
Applikation
8 TU München: Simulationsgestützte Steuerungsent- wicklung beschleunigt den Maschinenbau
14 GAI-TRONICS: Höchste Personen-Sicherheit in Gefahrensituation
16 Bioraffinerie Utzenaich: Wiesen für Menschen:
Neue Perspektiven für Gras
22 SBG: Steuerung mit hoher Werbewirkung
26 ICA System S.R.L.: Von schwarzem Gold und Pferdeköpfen 28 Binder + Co: Das Glasperlenspiel
38 Maintools: Das Komplettpaket für den Maschinenbauer 41 Extreme Packaging: Servotechnik erlaubt bis zu 100 Zyklen pro Minute
44 LG CNS: Zur richtigen Zeit am richtigen Ort
50 ZAT: Effizienzsteigerung durch einfache Anbindung an Fremdsysteme
55 Converteam: 800 Tonnen auf hoher See sicher am Haken 61 Tavil: Maximale Flexibilität in Verpackungsprozessen Messetermine
67 Messetermine 1. + 2. Quartal
Unternehmen
Neues POWERLINK Forschungszentrum
im november 2010 unterzeichneten die hankyong national university (Ko- rea) und B&r einen Vertrag über den ausbau der technologischen Partner- schaft im Bereich von POWErlinK.
gegenstand der Vereinbarung ist der aufbau eines forschungszentrums für die industrial Ethernet technolo- gie von B&r. zu den erklärten zielen der Vertreter der hankyong national university rund um den Vorsitzenden Sungjin Kim gehören darüber hinaus die Verbreitung von POWErlinK auf dem koreanischen Markt sowie die Unterstützung des flächendeckenden technischen Supports.
im rahmen der Eröffnung des neuen industriellen forschungszentrums im dezember 2010 übergab landesge-
schäftsführer Yniong lee ein mit modernster B&r technologie ausgestattetes forschungslabor an die hankyong national university. gemeinsam mit einer großzügigen Spende bildet die neue technische Einrichtung eine ideale Basis für weiterfüh- rende forschungs- und Entwicklungstätigkeiten auf dem gebiet von POWErlinK.
B&R und Cognex
beschließen Kooperation
Unternehmen
Cognex COO Robert Willett (re.) und B&R Geschäftsführer Hans Wimmer (li.) be- schließen eine technologische Partnerschaft auf Basis von POWERLINK.
der Weltmarktführer für industrielle Bildverarbeitungssensoren und -systeme, cog- nex, und B&r sind eine technologische Partnerschaft eingegangen. Strategisches ziel ist der Einsatz von POWErlinK in der in-Sight Produktserie von cognex. „das Ergebnis dieser Kooperation ist eine durchgängige lösung aus Visualisierung, Steuerung und antrieb zur raschen und präzisen Produktkontrolle im Produktions- linienbetrieb. die cognex in-Sight Produktreihe kann über POWErlinK optimal in das B&r System integriert werden“, so hans Wimmer, B&r geschäftsführer.
Kosteneffizient und modular
neben einer optimalen Synchronisa- tion von cognex in-Sight Produkten und B&R Steuerungssystem profitiert der Maschinenbau von einer einfa- chen anbindung an unterschiedlichste Maschinenkonzepte. die neue Vision lösung zeichnet sich zudem durch ein hohes Maß an Kompatibilität mit allen POWErlinK basierten B&r Produkt- reihen aus.Eine rasche inbetriebnahme des cog- nex Bildverarbeitungssystems für das Prüfen, Identifizieren und Führen von teilen sowie ein stark reduzierter Ver- kabelungsaufwand bedeuten für den Maschinenbauer und Endanwender deutliche Kostensenkungspotentiale.
umfangreiche diagnosemöglichkeiten unterstützen den reibungslosen Be- trieb der Hochauflösungsanwendung im großproduktionsbetrieb.
News
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B&R und Cognex
beschließen Kooperation
Produkte
Unternehmen
22. B & R USER-Meeting
24. und 25. Mai 2011 in Salzburg
zielgruppe dieser zweitägigen Veranstaltung sind techniker und technisch versier- te Kaufleute, die an innovativen Automatisierungslösungen zur Optimierung von hardware-, Engineering- und inbetriebnahmekosten interessiert sind. am ersten tag sind die Programmschwerpunkte auf übergreifende themen für Maschinen- bauer und anlagenbauer ausgerichtet. am zweiten Veranstaltungstag bietet B&r getrennte Vorträge (synchronisierte Multi Session Blöcke) in separaten räumen für die individuellen interessenslagen an. dabei werden auch heuer wieder die technikvorträge mit zahlreichen Praxisbeispielen und Erfahrungsberichten, die von B&r anwendern selbst vorgetragen werden, abgerundet
B&R POWERLINK Day erweitert Fachthemen
Erstmals werden beim diesjährigen uSEr-Meeting nicht nur inhalte für Kun- den aus den Bereichen Maschinenbau und Prozessautomatisierung angebo-
ten, sondern auch Vortragsreihen zur POWErlinK technologie sowie zum feldbusunabhängigen Sicher- heitsprotokoll openSafEtY. So bietet der B&r POWErlinK day speziell für hersteller elektronischer automatisie- rungskomponenten für Sensorik und aktorik, von elektrischen Motoren und antrieben, von Buskoppelmodulen für Ein- und ausgabebaugruppen sowie von kompletten Steuerungssystemen detaillierte informationen zur B&r feldbustechnologie.
220 Teilnehmer aus Deutschland und Öster- reich informierten sich im Zuge des USER- Meetings 2010 über neueste Technologien aus dem Hause B&R.
uniVAL drive integriert Stäubli Roboter einfach in POWERLINK Netzwerke
roboter von Stäubli lassen sich jetzt auch direkt mit B&r Steuerungen betreiben.
Ermöglicht wird dies durch eine POWErlinK Schnittstelle in Stäublis uniVal drives, die den zugriff auf den roboter mit generic Motion control Programmen der B&r Steuerungen gestattet. auf diese Weise können Betreiber für den roboterbetrieb eine einheitliche Programmier- und Bedienumgebung der B&r Steuerung nutzen.
die netzwerkanbindung der roboter erfolgt über den realtime Ethernet Standard PO- WErlinK. Beim Einsatz einer übergeordneten Steuerung schalten die Steuerungen der Stäubli roboter in einen passiven Modus, bei dem sie jedoch die eingehenden Steuerbefehle auf die Vereinbarkeit mit der Kinematik und Sicherheit überwachen.
durch die vereinheitlichte Bedienschnittstelle sparen anlagenbetreiber bei der inbe- triebnahme sowie im Wartungsfall zeit, Kosten und aufwand. für Maschinenbauer bedeutet die Schnittstellenreduktion nicht nur geringere Einkaufspreise, sondern auch verkürzte taktzeiten in der fertigung, wodurch insgesamt die Produktionskosten sinken. das gemeinsame POWErlinK netzwerk bietet darüber hinaus auch eine ein- heitliche diagnoseunterstützung und die Möglichkeit, durchgängige lösungen von der Visualisierung über die antriebs- und robotersteuerung bis hin zur integrierten Qualitätskontrolle per Bildverarbeitung in einem Echtzeitnetzwerk zu betreiben.
Die Netzwerkanbindung der Stäubli Roboter erfolgt über den Realtime Ethernet Standard POWERLINK.
Quelle: Hekuma GmbH
News
Produkte
Erweiterte Systemdiagnose via Web
Mit der nächsten Version des System diagnostics Managers (SdM) erwei- tert B&r das Einsatzportfolio um eine reihe an mächtigen diagnosefunkti- onen. Der Anwender profitiert nicht nur von jederzeit weltweit abrufbaren informationen zur hard- und Soft- ware, sondern auch durch das ein- fache Einbinden von vorgefertigten diagnose-applets in eigene applika- tionen.
da sämtliche Servicefunktionen für eine Maschine oder anlage bereits im System integriert sind, kann der System diagnostics Manager ohne Programmierung, auf jedem Pc und ohne installation aufgerufen werden.
Einzige Voraussetzung ist ein konven- tioneller Web Browser. Über custo- mizing besteht die Möglichkeit, den System diagnostics Manager an das look & feel des Maschinen- und an- lagenbauers individuell anzupassen.
Der System Diagnostics Manager von B&R bietet Anwendern eine breite Palette an Diagnosemöglichkeiten. Basierend auf dem B&R Echtzeitbe- triebssystem erlaubt das neue Tool eine lückenlose Systemdiagnose über einen beliebigen Web Browser von jedem Ort (Intranet oder Internet).
Vielfältige Diagnosemöglichkei- ten
neben einem raschen zugang zum aktuellen zustand der antriebe wie z.B. zur aktuellen geschwindigkeit, Position, reglerfreigabe oder zum zustand der onboard-Eingänge, informiert die achsfehlerliste über bereits quittierte sowie aktuell zur Quittierung anstehende fehler in ta- bellarischer darstellung. Weiters er- laubt der SdM die Bedienung des im antrieb integrierten Oszilloskops auf sehr einfache Weise.
durch die anzeige des aktuellen zu- standes der i/O Kanäle über die ge- samte hardware hinweg unterstützt ein integrierter i/O Viewer bei der einfachen inbetriebnahme von Ma- schinen- und anlagen. aufwändige elektrische Verdrahtungstests von i/O Punkten gehören damit der Ver- gangenheit an.
System Dump erleichtert den Support
im Servicefall besteht die Möglich- keit, sämtliche daten des System diagnostics Managers per Mausklick von der Steuerung zu laden und in ei- ner datei zu sichern. anspruchsvolle Servicefälle können damit nicht nur vor Ort, sondern auch offline vom 2nd-level Support analysiert werden.
dem Maschinenhersteller eröffnen sich dadurch völlig neue dimensio- nen in der Erfüllung von Wartungs- und Serviceverträgen.
News
6 automotion 03/2011
Unternehmen
B & R und EPSG
starten Partner- schaft mit Altera
B&r und die Ethernet POWErlinK Standardization group (EPSg) gaben ihre Partnerschaft mit altera bekannt, um die attraktivität und Wirtschaftlich- keit für industrial-Ethernet lösungen deutlich zu steigern. Basierend auf dem standardisierten POWErlinK Protokoll, ermöglicht diese Kooperation damit auch kostengünstigen Sensoren den Einstieg in diese technologie.
"Mit unserer fPga basierten POWEr- linK lösung für Komponentenherstel- ler bieten wir ein sehr attraktives Paket.
durch unsere enge Kooperation mit altera können wir Preise in der höhe von 4 EurO für die anwender erzielen und herkömmliche aSic lösungen in der gesamtkostenbetrachtung damit klar unterbieten. Kein anderes Echtzeit- System bietet für Komponentenherstel- ler einen ähnlich attraktiven Preisein- stieg in die Welt der industrial-Ethernet Performance", so Stefan Schönegger, Business unit Manager Open automa- tion bei B&r.
das cyclone® iV zeichnet sich vor allem durch eine extrem kompakte Bauweise, einen bis zu 25% niedrigeren leistungsverbrauch (im Vergleich zum Vorgängermo- dell) sowie einfache integration in den fertigungsprozess aus.
"die Kombination POWErlinK und altera cyclone iV fPgas bietet herstellern von automatisierungskomponenten eine sehr einfach nutzbare und kostenoptimierte Echtzeit-industrial-Ethernet lösung und damit eine echte alternative zu proprietä- ren aSic basierten lösungen", so Michael Samuelian, director der Business units industrial und automotive bei altera. „zusätzlich zu POWErlinK können Entwick- ler auf terasic’s ciV E industrial networking Kit (inK) andere industrial-Ethernet- Standards auf der gleichen hardware-Plattform evaluieren und unterstützen. dieser ansatz von mehreren Ethernet-Standards auf einer gemeinsamen Plattform wird den Entwicklern dabei helfen, ihre gesamtkosten zu reduzieren, da weniger ver- schiedene Bauformen benötigt werden.“
Michael Samuelian, Altera (re.), und Stefan Schönegger, B&R (li.), bei Vertragsabschluss.
Unternehmen
Erste Korea Industrial Ethernet Conference: Yniong Lee von der POWERLINK User Group Korea begrüßt die Teilnehmer.
Korea Industrial Ethernet Conference großer Erfolg
Ende 2010 fand in Seoul die erste Korea industrial Ethernet con- ference statt. zu den rund 140 teilnehmern, die der Einladung des fachmagazins industrial communication & networking (icn) gefolgt waren, gehörten viele namhafte koreanische unternehmen wie Kia Motors, Samsung, lg und Posco. im rahmen der Konferenz wurden in einer reihe von Vorträgen unterschiedliche aspekte der implementierung von POWErlinK und openSafEtY diskutiert so- wie referenzprojekte und infrastrukturkomponenten präsentiert.
zudem gab Sanghoon Kim, director of cooperation an der hanky- ung national university die gründung eines POWErlinK training centers bekannt, in dem technische grundlagen und praktisches
Wissen rund um POWErlinK vermittelt werden sollen. unter den referenten waren auch Mitglieder der EPSg sowie verschiedene renommierte hersteller von automatisierungskomponenten, wie zum Beispiel hilscher Korea, Phoenix contact und B&r. "ich bin beeindruckt, welche resonanz POWErlinK gerade aufgrund seiner Offenheit bei ingenieuren und anwendern hervorgerufen hat", erklärt Oh Seung Mo, geschäftsführer von icn. die konkreten anforderungen der Kunden und anwender spielen für hersteller eine immer entscheidendere rolle. POWErlinK bietet die lösung, um diese anforderungen individuell zu bedienen.
News
Applikation
Simulationsgestützte Steuer ungsentwicklung beschleunigt den Maschinen bau
Der Anteil an Steuerungskompo- nenten in Maschinen und Anlagen nimmt stetig zu. Dieser Trend hin zur Mechatronik wird sich auch zukünftig fortsetzen. Die Anlagen der Zukunft zeichnen sich durch ein mechanisches Grundprinzip aus, werden elektronisch ange- trieben und durch komplexe Soft- ware synchronisiert. Damit stellen sich neue Anforderungen an den Entwicklungsprozess. Innovative Methoden zur Beherrschung der Komplexität in der Steuerungs- entwicklung setzen sich mehr und mehr durch.
in einem industriellen anwendungsbeispiel werden forschungsansätze des in- stituts für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der techni- schen universität München, die dieser herausforderung begegnen, erfolgreich kombiniert. das betrachtete System ist eine „robobox“ der Krones ag, eine anlage aus dem Bereich der Verpackungs- und Palettiertechnik.
die gruppierstation erzeugt aus einem kontinuierlichen Strom an gebinden ein vom Kunden vorgegebenes Palettierformat. dieses wird durch bis zu drei Positi- oniermodule erzeugt, die die gebinde auf ihre Sollposition und Sollorientierung bewegen. Eine der größten herausforderungen ist dabei die Bereitstellung eines definierten Materialflusses, der über eine Anordnung von mehreren Zuführbän- dern realisiert wird. die Synchronisation mehrerer Kinematiken, unterschied- liche Materialflussbedingungen sowie ein formatspezifisch schwankender durchsatz stellen hohe anforderungen an die Steuerungstechnik. für eine noch bessere taktauslastung der robobox sollen daher neue Steuerungskonzepte zur Materialzuführung entwickelt und deren Qualität durch den Einsatz von Simula- tionsmethoden frühzeitig abgesichert werden.
Softwarequalität frühzeitig sicherstellen
der Entwurf und die implementierung komplexer Steuerungsfunktionen bedeutet im mechatronischen Entwicklungsprozess eine große herausforderung. im Ver- gleich zu anderen Prozessen der Produktentwicklung existiert bisher nur eine ge- ringe zahl an Möglichkeiten, die Qualität der Software im Vorfeld sicherzustellen.
im regelfall erfolgt der abschluss der Steuerungsentwicklung erst während des inbetriebnahmeprozesses an der realen anlage. zusätzlich entstehen im meist mechanisch geprägten Produktentwicklungsprozess durch die späte Einbindung der Software oft Missverständnisse und zeitliche Engpässe. und das obwohl die 8 automotion 03/2011
Applikation
Simulationsgestützte Steuer ungsentwicklung beschleunigt den Maschinen bau
Software gerne als wesentlicher innovationstreiber gesehen wird. dieser gegen- satz ist nur durch neue Entwicklungsmethoden und entsprechende Werkzeuge lösbar.
Physikbasierte Simulation in der Virtuellen Inbetriebnahme
Einen innovativen ansatz stellt die sogenannte „Virtuelle inbetriebnahme“ dar.
dabei wird die anlagensteuerung parallel zur mechanischen und elektrischen Entwicklung an einem Simulationsmodell getestet. zur besseren Beherrschung
der Steuerungsentwicklung wird an der technischen universität München die physikbasierte Simulation direkt in die Virtuelle inbetriebnahme ein- gebunden. damit müssen Bewegun- gen der Simulationsobjekte oder das Sensorverhalten nicht mehr explizit hinterlegt werden. das Physikmodell beinhaltet neben den geometriedaten informationen wie etwa die Massen, Schwerpunkte und Reibungskoeffizi- enten für die abbildung des physika- lischen Verhaltens eines Bauteils. So kann das transportverhalten des för- derguts über gravitation, reibung und andere physikalische gesetzmäßigkei- ten berechnet werden, ohne es explizit zu programmieren.
Automatische Codegenerierung zur Übertragung auf die SPS
neben besseren Simulationsergeb- nissen ist die einfache und schnelle Modellerstellung ein großer Vorteil der physikbasierten Methode. die realen Konstruktionsdaten werden dabei >>
Simulationsgestützte Entwicklung hilft dabei, Engineeringaufwände und Inbetriebnahme- zeiten bei komplexen Steuerungsprojekten zu reduzieren.
Applikation
Autorenbeschreibungen
Prof. dr.-ing. gunther reinhart, Or- dinarius für Betriebswissenschaf- ten und Montagetechnik an der technischen universität München dipl. - ing. Peter Stich, wissen- schaftlicher Mitarbeiterforschungsschwerpunkt: Physik- basierte Virtuelle inbetriebnahme dipl. - ing. thomas hensel, wis- senschaftlicher Mitarbeiter forschungsschwerpunkt: Steue- rungsprojektierung und anlagen- simulation
dipl.-inf. frédéric-felix lacour, wissenschaftlicher Mitarbeiter forschungsschwerpunkt: Virtuelle inbetriebnahme und mechatroni- sche Simulation
in ein Physikmodell überführt, das in Echtzeit berechnet werden kann. aus dem geometriemodell der 3d cad daten wird ein Kollisionsmodell erstellt, das durch die anreicherung mit physikalischen Parametern in ein Physikmodell übergeht.
um eine ablauffähige Simulation zu erhalten, werden in einem letzten Schritt die kinematischen Randbedingungen definiert und das Physikmodell in die Simulati- onsumgebung integriert. das anlagenmodell wird als sogenanntes „hardware-in- the-loop“ Modell direkt auf die SPS übertragen. dabei werden Simulationsmo- delle, reale Steuerungskomponenten und eingesetzte Entwicklungsumgebungen über eine standardisierte datenschnittstelle wie etwa POWErlinK gekoppelt.
Basierend auf dem virtuellen abbild der realen anlage werden im anschluss Steu- erungskonzepte mittels rapid-development-Methoden in einer Entwicklungsum- gebung - zum Beispiel in MatlaB® und Simulink® - umgesetzt. als Bindeglied zwischen Simulation und Steuerungsentwicklung dient die automatische code- generierung mittels automation Studio target for Simulink® von B&r. der dabei erzeugte SPS code wird zusammen mit weiteren Programmbibliotheken in das Steuerungsprojekt integriert. dadurch können die anlagenmodelle und funktio- nen ohne großen aufwand in den Entwicklungsprozess übertragen werden.
Fazit:
Reduzierter Engineeringauf- wand und verkürzte Inbetrieb- nahmezeiten
im rahmen des anwendungsbei- spiels bei der Krones ag wurde ein Schema zur simulationsgestützten Entwicklung aufgesetzt. durch die frühzeitige absicherung der anlagensteuerung auf Basis der simulationsgestützten Entwicklung und der Virtuellen inbetriebnahme wurden Engineeringaufwand und testzeiten an der realen anlage si- gnifikant reduziert. Dennoch kann die Simulation einen test am realen System nicht vollständig ersetzten.
Sie kann aber dazu beitragen, den zeitaufwand und die Kosten für Entwicklung und inbetriebnahme deutlich zu senken.
Mithilfe der Automatischen Codegenerierung von B&R werden die entwickelten Steue- rungskonzepte auf Knopfdruck in das Gesamtprojekt integriert.
In einem fünfstufigen Verfahren werden die realen Konstruktionsdaten in ein Simulations- modell überführt.
10automotion 03/2011
Technologie
ACOPOSmulti65:
Maschinen Modularität zu Ende gedacht
Schon bisher galt die Antriebstechnik Serie
ACOPOS multi von B&R als sehr modular. Denktman Modularität im Maschinenbau weiter, müs-
sen Inverter die Schaltschränke verlassen unddirekt an den Ort des Geschehens kommen. So
können konfigurierbare Module zu einfach an-zuschließenden mechatronischen Einheiten
werden, so kann Lieferzeit, Stellfläche undInbetriebnahmeaufwand eingespart wer- den. Mit dem ACOPOSmulti65 bringt B&R jetzt einen außentauglichen Wechselrichter für die motornahe Bewegungssteuerung auf den Markt, der diese Marktanforderun- gen erfüllt.
Ähnlich wie im automobilbau wird im Maschinen- und anlagenbau das Bedürf- nis nach anpassung der anlagen an individuelle Bedürfnisse mit zahlreichen modularen Optionen befriedigt. längst ist die Serienmaschine zur illusion ver- kommen. die effektive Stückzahl nähert sich immer mehr dem Wert 1.
Modularität als Megatrend
ihren nutzen voll zur geltung bringen können optionale geräte und Maschinen- baugruppen allerdings nur, wenn sie steuerungstechnisch durch bloßes anste- cken - idealerweise mit nur einem einzigen Stecker - mit der hauptmaschine verbunden werden können. dazu muss die automatisierungshardware für die jeweilige Einheit dezentral in diese integriert sein. nur so muss im zentralen Schaltschrank kein teurer Platz für eventuelle ausbauten freigehalten werden >>
multiACOPOS multiACOPOS multi ACOPOS multi ACOPOS multi ACOPOS multiACOPOS
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$&2326PXOWL
Technologie
und nur so lassen sich Erweiterungen so gestalten, dass sie sehr spät, even- tuell sogar erst nachträglich hinzuge- fügt werden können. das reduziert die notwendigkeit für Maschinen- käufer, im Voraus bereits alle nötigen Maschinenoptionen sehr genau zu kennen und nimmt darüber hinaus den zeitdruck aus fertigung und in- betriebnahme der Maschine.
in der Steuerungstechnik wird die- ser trend zur Modularität von Ma- schinen von B&r bereits seit einiger zeit unterstützt, etwa durch das modulare i/O System X20, mit dem sich auf einfache Weise dezentrale Steuerungsinseln realisieren lassen.
gleiches gilt für die antriebstechnik.
das antriebssystem acOPOSmulti kann Servo-, torque- und linear- motore ansteuern und gilt daher als universelle lösung für jede automa- tisierungsaufgabe im Maschinen- bau. insbesondere in Maschinen mit vielen achsen, etwa für die Kunst- stoff-, Verpackungs-, druck- oder textilbranche, bringt die antriebslö- sung eine sehr hohe Wirtschaftlich- keit. durch anwendungsgerechtes
Mischen von leistungsversorgungs- modulen, des jeweils passenden Kühlkonzeptes und skalierbarer igBt Wechselrichtermodule kann stets genau die passende antriebstechni- sche Lösung konfiguriert werden.
Raus aus dem Schaltschrank
allerdings war es dazu in der Ver- gangenheit nötig, die optionalen zusatzeinrichtungen mit eigenen Steuerkästen oder Schaltschränken auszustatten. das volle rationalisie- rungspotenzial erreichen dezentrale i/O Module und antriebssteuerun- gen allerdings erst, wenn sie völlig ohne zusätzliche Verteilerkästen aus- kommen. dann nämlich lässt sich der Platzbedarf der Einheit ebenso reduzieren wie die Kosten. die Be- freiung von Steuerungs- und an- triebstechnik aus dem Schaltschrank war daher ein langgehegter Wunsch der industrie.in der Steuerungstechnik wird zur auswertung und ansteuerung von Sensoren und aktoren längst alter- nativ zu hutschienenmontablen Ein- und ausgangsmodulen das System
X76 angeboten. dabei handelt es sich um X20-kompatible i/O Module mit Schutzart iP67 für den offenen Einsatz in rauer industrieumgebung.
nun folgt auch für die antriebse- lektronik der Befreiungsschlag. auf diesem gebiet heißt die antwort von B&r auf den trend zu mehr und ein- facherer Modularität im Maschinen- bau acOPOSmulti65. dabei handelt es sich um die „außentaugliche“
Version der bewährten acOPOS- multi familie zur Montage irgend- wo an der Maschine. richtig gera- ten: die zahl am Ende steht für die Schutzklasse. demnach verfügt das neue gerät über vollständigen Be- rührungsschutz sowie Schutz gegen das Eindringen von Staub und ist ge- schützt gegen Strahlwasser aus allen richtungen. die Bezeichnung lautet dennoch acOPOS und nicht, wie man bei der Vorstellung zur herbst- lichen SPS/iPc/drives in nürnberg auch schon gehört hat, aQuaPOS.
durch die motornahe Montage redu- ziert sich der Platzbedarf im Schalt- schrank und damit die Stellfläche beim
Visualisierung
Sicherheits-cPu
remote i/Os
Servoantriebe
Machine vision
Schrittmotoren
remote i/O
remote i/Olichtgitter
remote i/O
Servoantrieb
Servoantrieb
Servoantrieb
Servoantrieb Servoantrieb
torquemotor
Servomotor
torquemotor 2. Geberanschluss 2 Triggereingänge Sensoren Aktoren
linearmotor Servomotor
not-aus
Schaltschrank Maschine
dezentrale anschlussbox internet fernzugriff
Maschine
lichtgitter
Servoantriebe Servoantriebe
Schaltschrank
Beispiel einer modularen Abfüllanlage
Gesamte Linie Etikettierer Verschließer Palettierer
12automotion 03/2011
Technologie
Maschinenanwender. die Möglichkeit, zusatzaggregate, handhabungsein- richtungen oder andere kleinere Ein- heiten durch bloßes anstecken mit der zentraleinheit zu verbinden, erlaubt eine späte Variantenbildung als we- sentlichen leitgedanken einer optima- len fertigung.
Bewusst wurde auf die Möglichkeit verzichtet, die inverter direkt an die anzusteuernden Motoren anzubauen.
das würde zwar auf den ersten Blick sinnvoll erscheinen, führt jedoch aus thermischen Gründen zwangsläufig zu einer leistungsmäßigen herabstu- fung der Motoren und ist durch die oft versteckte Einbaulage auch nicht sehr wartungsfreundlich. auch so war eine der größten herausforderungen bei der Entwicklung der neuen geräte die Wärmeableitung für den vollen leis- tungserhalt.
SafeMC und Energieeffizienz in- klusive
Einen wesentlichen Beitrag zur Ver- einfachung von aufbau und inbetrieb- nahme leistet die Verkabelung der Wechselrichter untereinander in einer linienstruktur mit nur einem einzigen hybridkabel für Versorgungsspan- nung, zwischenkreis und POWErlinK sowie die sichere drehmomentab- schaltfunktion StO. neben dieser be- drahteten Sicherheitsfunktion werden zukünftig wie bei den bestehenden acOPOSmulti für den Schaltschrank optional auch die netzwerkgängigen SafeMc funktionen StO, SBc, SOS, SS1, SS2, SlS, SMS, Sli, Sdi und SlP angeboten.
Ebenso selbstverständlich sind auch in den neuen schaltschrankfernen geräten die Energieoptionen der acOPOSmulti Serie serienmäßig ver- fügbar. dazu gehört die Power faktor
Korrektur, die den anschlusswert bzw.
die Stromaufnahme der Maschine deutlich reduziert, ebenso wie eine konstante zwischenkreisspannung zur bestmöglichen ausnutzung der Wech- selrichterbaugruppen und Motoren.
alle aktiven leistungsversorgungs- module besitzen darüber hinaus die fähigkeit der rückspeisung der Brem- senergie ins Stromnetz.
durch die nahtlose Einbindung von acOPOSmulti65 in POWErlinK kann das gerät auch als Knotenstützpunkt
für weitere funktionen dienen und über einen eigenen anschluss Ein- und ausgänge anschließen. dazu ge- nügt es, i/O Module der X67 familie direkt vor Ort an den acOPOSmulti65 anzuschließen.
dass die Ersparnis an Schaltschrank- raum und Verkabelungsaufwand den Mehrpreis des außentauglichen ge- rätes mehr als überwiegt, ist leicht nachzuvollziehen. dass mit der motor- nahen Ansteuerung die Aufstellfläche der gesamtmaschine geringer wird, ist ein unbestreitbarer weiterer Vorteil. zu einer bahnbrechenden neuheit wird acOPOSmulti65 durch die Möglich- keit, Erweiterungen einfach als kom- plett autonome Einheiten zu gestalten und anzuschließen. Ohne Modifikatio- nen im Schaltschrank, ohne aufwändi- ge Verkabelung, durch bloßes anste- cken und auch nachträglich.
nach abschluss seines Studiums der Elektro- technik beschäftigte sich alois holzleitner (48) mit der Entwicklung von Werkzeugmaschinensteue- rungen in der Schweiz. nach seinem Einstieg bei B&r 1992 war er zunächst als Produktmanager für Positioniersteuerungen tätig, seit 1998 leitet alois holzleiter die Business unit für Servoan- triebstechnik im B&r Stammhaus Eggelsberg.
Der Autor:
POWErlinK Eingang 1
POWErlinK anschluss für externe X67 Knoten
POWErlinK anschluss für externe X67 Knoten 24 Vdc ausgang
für externe X67 Knoten
POWErlinK Eingang 2
hybridkabel- ausgang 4
hybridkabelausgang 3 hybridkabelausgang 1
hybridkabelausgang 2
Versorgung zwischenkreis
anschluss StO 1 anschluss StO 2 Versorgung 24 Vdc
Die dezentrale Anschlussbox 8CVE ist in Schutzart IP65 ausgeführt und kann direkt an der Maschine platziert werden.
Applikation
Höchste Personen-Sicherheit in Gefahrensituation
Ob auf Flughäfen, in Bergwerksbetrieben oder auch auf Erdölplattfor- men - wo Gefahren für Menschen lauern geben Sicherheitssysteme wichtige Warnhinweise. In erster Linie geht es darum, Personen so rasch wie möglich aus der Gefahrensituation zu führen. Neben optischen und akustischen Alarmsignalen stellen Instruktionen zum richtigen Verhal- ten im Panikfall die schnelle Räumung der Gefahrenzone sicher.
Seit 1999 stattet gai-tronics S.r.l., ein führender hersteller von „Public address“ und „general alarm“-Sys- temen, industrielle anlagen mit mo- dernsten elektroakustischen alarman- lagen aus. 2000 erfolgte der anschluss an die hubbel incorporated gruppe.
internationale Konzerne wie Shell, Exxon Mobil und agip setzen auf die äußerst zuverlässige technologie, was die hohe Kompetenz des italienischen Sicherheitssystem-anbieters belegt.
Im Ernstfall 100% zuverlässig
“trotz steigender Bedeutung regene- rativer Energiequellen ist der allgemei- ne Boom im Bereich der Petrochemie ungebrochen“, so Vicenco lo iacono,
Betriebsleiter bei gai-tronics. „insbe- sondere auf dem komplexen gebiet der Erdölraffination konnten wir un- ser Know-how in den vergangenen Jahren stark vertiefen. hier wie auch in anderen industriellen Bereichen ge- hört die 100%-ige zuverlässigkeit von alarmsystemen zu den wesentlichen Systemanforderungen. daher arbeiten wir ausschließlich mit ausgewählten lieferanten zusammen, die höchste technologische Standards bieten.“
alle arbeitsschritte - von der Entwick- lung bis hin zur Produktprüfung - wer- den in der nahe Mailand gelegenen Produktionsstätte durchgeführt. da- durch garantiert gai-tronics maßge-
schneiderte alarmsystem lösungen mit höchster durchgängigkeit.
Industrie PC trotzt rauen Industrie- umgebungen
Kernstück zuverlässiger alarmanla- gen ist ein leistungsstarker industrie Pc, der den rauen umgebungsbe- dingungen petrochemischer anlagen standhält. „lüfter und harddisk be- deuteten für uns in der Vergangen- heit immer wieder Probleme“, so Vi- cenco lo iacono. durch den Verzicht auf Kabelverbindungen der Pc Kom- ponenten, stabile Verschraubungen der leiterplatten sowie des Einsatzes nicht rotierender Massenspeicher, wie beispielweise einer compact- 14automotion 03/2011
Applikation
Höchste Personen-Sicherheit in Gefahrensituation
„Je nach Aufgabenstellung können die PC Lösungen entsprechend skaliert werden. Damit passen wir die erforderliche Rechenleistung optimal an die Anforde- rungen jeder einzelnen Anlage an - ein Plus, das uns im internationalen Vergleich an vorderste Stelle bringt.“
Vicenco Lo Iacono Betriebsleiter gai-tronics
flash, entschied sich gai-tronics für das industrie Pc angebot von B&r.
„da es in unserer Branche um den Schutz von Personen geht, müssen wir unseren Kunden lösungen mit 100%-iger zuverlässigkeit bereitstel- len - jegliche Qualitätsabweichun- gen sind unzulässig. hier bieten die robuste mechanische Konstruktion und der lüfterlose Betrieb des B&r industrie Pcs höchste ausfallsi- cherheit - für uns das entscheiden- de Kriterium bei der Wahl unseres technologiepartners“, erklärt der Betriebsleiter. Weiters profitiert der italienische alarmanlagenhersteller dank der kompakten Bauweise von deutlich geringerem Platzbedarf im Schaltschrank.
Redundanz gewährleistet höchs- te Sicherheit
Jede alarmanlage verfügt über ein vollständig redundant ausgeführ- tes System. dies spiegelt sich auch in der hardware wieder. Während beispielsweise ein industrie Pc die aktive Steuerung des Systems über- nimmt, läuft ein zweiter im Standby- Modus. im falle einer Störung des aktiven Pcs übernimmt der zweite Pc den Betrieb und verhindert somit laufzeitenverzögerungen.
Aufgrund der Großflächigkeit von Erdölraffinationen spielt die dezent- rale auslegung von Sicherheitssys- temen eine wichtige rolle. aufgrund der hohen Modularität des X20 Sys- tems können die gai-tronics Sicher-
heitssysteme optimal an spezifische Kundenanforderungen angepasst sowie bei Bedarf beliebig erweitert werden. Eine Ethernetverbindung über glasfaser- kabel sorgt für den raschen datenaustausch zwischen den einzelnen Kompo- nenten des alarmsystems.
„die industrie Pcs sind entweder mit Windows oder linux einsetzbar, was uns Spielraum bei der auswahl des geeigneten Betriebssystems gibt. da die Programmierung in den Sprachen iEc1131-6 sowie anSi c erfolgen kann, ist es unseren Entwicklern möglich, viele der bereits erstellten Programme und funktionen wiederzuverwenden, ohne diese konvertieren zu müssen“, erklärt Vicenco lo iacono. „Je nach aufgabenstellung können die Pc lösungen ent- sprechend skaliert werden. damit passen wir die erforderliche rechenleistung optimal an die anforderungen jeder einzelnen anlage an - ein Plus, das uns im internationalen Vergleich an vorderste Stelle bringt.“
GAI-TRONICS:
Gegründet: 1999 Mitarbeiter: 25
Umsatz: 10 Mio. Euro (2009)
Standort: cesano Boscone (it).
gai-tronics ist teil einer interna- tionalen unternehmensgruppe in reading, Pa-uSa.
Produkte & Services: Entwicklung und herstellung von „Public address“ und cctV Überwa- chungssystemen
www.gai-tronics.com
Applikation
Ein rückläufiger Bedarf an Weideland legt alternative Verwertungen des
Rohstoffes Gras nahe. Im westlichen Oberösterreich steht eine Demons-
trationsanlage für eine Grüne Bio Raffinerie, in der das Gras zur Gänzeeiner nachhaltigen Nutzung zugeführt wird. Ausgelegt zur Simulation einer künftigen Großanlage, ist sie wie eine solche mit APROL Leittech- nik und X20 Systemen für die Prozessautomatisierung ausgestattet.
Wiesen für Menschen:
Neue Perspektiven für Gras
16automotion 03/2011
Applikation
Obwohl ein eher unscheinbares ge- wächs, ist gras für den Menschen aus zwei gründen wichtig: Einer- seits, weil es durch gras fressende tiere zu Milch und fleisch veredelt einen wesentlichen Bestandteil sei- ner nahrung bildet, andererseits weil es als geschlossene Pflanzen- decke die flächenhafte Abtragung des Bodens verhindert und damit für gute lebensbedingungen sorgt.
da in Mitteleuropa immer mehr dauergrünland nicht mehr für die gewinnung von tierfutter benötigt wird, spielt dieser landschaftsschutz aspekt eine größer werdende rol- le. dazu gesellte sich in den letzten Jahren das Bestreben, gras für die Energieerzeugung zu nutzen, was meist durch umwandlung in Biogas geschieht.
Neue Nutzungspotentiale stei- gern Wirtschaftlichkeit
aus der Biomasse nur Strom und Wärme entstehen zu lassen, greift jedoch zu kurz, denn angesichts der Konkurrenz durch andere Energieträ- ger sind Biogas anlagen noch nicht gewinnbringend zu betreiben. das gras der Wiesen enthält jedoch wert- volle grundstoffe für Pharmazie und Kosmetik. diese vor der Vergasung zu extrahieren hebt die Wirtschaft- lichkeit von Biogasanlagen, sodass diese auf eigenen Beinen stehen können.
zu diesen grundstoffen gehören hochwertige aminosäuren und Milchsäure, die bisher überwiegend importiert werden. die geruch- und geschmacklose Milchsäure findet vor allem als Stabilisator in lebens- mitteln Verwendung, während die anwendung von aminosäuren von futtermitteln über lebensmittel bis Kosmetik und Pharmazie reichen.
dazu kommen zukunftsmärkte wie Polylaktate, also biologisch abbauba- rer Kunststoffe, und nahrungsergän- zungsmittel, sodass der Markt eher wachsen als schrumpfen wird.
Industrielle Methoden im Tech- nikumsmaßstab
diese Säuren mit modernsten trenn- technologien aus gentechnikfreiem heimischen gras zu gewinnen, ist die aufgabe der demonstrationsanlage Grüne Bioraffinerie in Utzenaich bei ried im innkreis in Oberösterreich.
Die einzelnen verfahrenstechnischen Einheiten sind bereits herstellerseitig mit eigenen Steuerungen ausgestattet.
da frisches gras nur wenige Mo- nate im Jahr zur Verfügung steht, verarbeitet die Grüne Bioraffinerie ganzjährig lagerfähige gras Silage.
im Mai 2009 in Betrieb genommen, wird die bisher einzigartige anlage nach zweijähriger Versuchszeit noch bis zum frühjahr 2011 daten liefern, auf deren Basis Entscheidungen über den Bau einer großanlage getroffen werden können.
der aufbau der in einem container- dorf untergebrachten anlage ist mit dem einer späteren Produktionsan-
lage identisch, allerdings findet alles in einem verkleinerten Maßstab statt.
die Mengen sind dennoch weit von laborgrößen entfernt. So werden im Vollbetrieb bis zu vier tonnen gras Silage pro Stunde gepresst, um feststoffe und gras-Saft zu trennen.
Je tonne Silage fallen ca. 400 liter Saft an. Während der feststoff in die Biogasanlage geht, werden aus dem Gras Saft durch Ultrafiltration, Enthärtung, Nanofiltration, Elektro- dialyse, umkehrosmose und ionen- tauscher ca. 25 kg aminosäure und ca. 25 kg Milchsäure gewonnen. >>
Zentralisiert werden die einzelnen Einheiten mit einem APROL Prozessleitsystem von B&R, zur Gesamtanlage ergänzt mit einem B&R X20 I/O Steuersystem.
Applikation
Durch die Separation von Feinchmemikalien, von Aminosäuren und Milchsäure sowie von Fasern im Verbund mit der Biogasanlage wird die Nutzung nachhaltig, vollständig und wirtschaftlich.
der verbleibende teil der flüssigkeit wird der Biomasse wieder zugeführt, die in die Biogas Erzeugung geht.
Heterogene Anlage homogen automatisiert
Die einzelnen Verfahrensschritte fin- den in abgeschlossenen, handelsüb- lichen Einheiten statt. Jede davon ist bereits vom hersteller mit einer eige- nen Steuerung in sich automatisiert.
Was fehlte, war eine durchgehende automatisierung der gesamtanla- ge inklusive steuerungstechnischer Einbindung einiger anlagenteile zwi- schen den aufbereitungsstationen.
neben einem anbieter, der über Er- fahrungen aus automatisierungsan- wendungen für verfahrenstechnisch ähnliche abläufe in der Papierindus- trie verfügt, wurde B&r eingeladen, für die demonstrationsanlage in utzenaich eine leittechnik- und ge- samtsteuerungslösung anzubieten.
die Entscheidung für die automa- tisierungsspezialisten aus Eggels- berg und der Startschuss für die Anlagenautomatisierung fielen im februar 2009. „ausschlaggebend war die umsetzungskapazität, die B&r so kurzfristig mit ihrem Partne- runternehmen finze & Wagner in-
genieurgesellschaft udi gmbh zur Verfügung stellen konnte und das profunde Verständnis des unterneh- mens für die spezifischen Bedürf- nisse des forschungsbereiches, die sich doch wesentlich von einem rei- nen Produktionsbetrieb unterschei- den können“, erinnert sich dr. horst Steinmüller vom Energieinstitut der Johannes-Kepler-universität linz.
Er ist wissenschaftlicher leiter und hauptbetreiber der anlage.
realisiert wurde die anlage mit aPrOl leittechnik, die wegen des überschaubaren umfanges der dar- zustellenden abläufe auf einem ein- zigen Pc läuft. angesichts der umge- bungsbedingungen - das gerät steht in einem ungeheizten container mit großen temperaturschwankungen - kommt ein robuster, lüfterloser in- dustrierechner aPc810 zum Einsatz.
Über einen 24 Port Switch direkt an den aPrOl rechner angebunden sind insgesamt sechs Steuerungen unterschiedlicher fremdhersteller für die einzelnen verfahrenstechni- schen Einheiten. Sie verhalten sich wie Black Boxes zum gesamt auto- matisierungssystem. Ebenfalls vom aPrOl System kontrolliert wird eine lösung auf Basis von X20 Steue- rungskomponenten für die Steu- erung der Bereiche zwischen den abgeschlossenen Verfahrensschrit- ten. diese weist immerhin ca. 250 Ein- und ausgänge in form von X20 i/Os auf.
Umsetzung in Rekordzeit
als am 27. Mai 2009 nicht weniger als 650 Personen zur Eröffnung der anlage nach utzenaich kamen, er- füllte die automatisierungs- und leittechniklösung nach nur vier Wo- chen echter umsetzungszeit alle in sie gesetzten hoffnungen. durch die Skalierbarkeit von aPrOl können die Bedingungen einer künftigen groß- anlage sehr realitätsnah simuliert, die hier gewonnenen Erkenntnisse ohne verlorenen aufwand 1:1 in die späte- re Produktionsanlage mitgenommen werden. Ein Betreuungskonzept mit fernwartung gibt den Wissenschaft- lern die Sicherheit, die sie für den Betrieb der anlage brauchen. und da es sich bei der fabrik der zukunft um ein lebendes Projekt handelt, schät- zen sie diese unterstützung auch bei der umsetzung neuer anforderun- gen, wie sie seit der inbetriebnahme immer wieder hinzukommen.
Lüfterlose APCs 810 stehen als APROL Rechner zur Verfügung.
18automotion 03/2011
Technologie
Der schnelle Weg zu POWERLINK
Im Wort Feldbus steckt die Silbe „Bus“. Die ist eine Abkürzung des latei- nischen „omnibus“, und das bedeutet „für alle“. Für alle Hersteller von Automatisierungshardware, die ihre Geräte und Systeme POWERLINK- fähig machen möchten, bietet B&R mit dem POWERLINK Slave Deve- lopment Kit und dem POWERLINK Software Master Werkzeuge zur ein- fachen Implementierung der echtzeitfähigen Technologie. Ohne weitere Bindung an B&R, vor allem aber ohne Zukauf proprietärer Hardware.
das B&r uSEr-Meeting am 24. und 25. Mai 2011 wird mit einer Premie- re aufwarten: Erstmals werden nicht nur parallele Workshops für Kunden aus den Bereichen Maschinenbau und Prozessautomatisierung ange- boten, sondern es wird im rahmen des sogenannten B&r POWErlinK day auch zusätzliche Veranstaltungs- teile für hersteller elektronischer >>
Technologie
automatisierungskomponenten für Sensorik und aktorik, von elektrischen Motoren und antrieben, von Buskop- pelmodulen für Ein- und ausgabe- baugruppen und nicht zuletzt auch von kompletten Steuerungssystemen geben. zum teil mit B&r im direkten Wettbewerb stehend, profitieren diese von der Offenheit der B&r automatisie- rungstechnik, indem sie mit POWEr- linK und/oder dem feldbusunabhängi- gen openSafEtY weltweit anerkannte, führende technologien in ihre Produkte integrieren. Kosteneffizient und ohne Beschränkungen hinsichtlich der an- wendbarkeit vergrößern sie so die weltweite Kompatibilitätsbasis und damit den gemeinsamen Markt und bieten Systemintegratoren erhebliche Vereinfachungen bei der gestaltung kompletter automatisierungslösungen.
POWERLINK Implementierung leicht gemacht
in der Vergangenheit war die Schaffung einer ankopplung für ein beliebiges Ethernet-basierendes industrielles feld netzwerksystem in der regel nicht gerade einfach und darüber hinaus häufig mit nicht unerheblichen Ein- stiegskosten verbunden. zudem sind die meisten industrial Ethernet Syste- me proprietär. fremdhersteller, die auf einen bestimmten feldbus aufspringen wollten, mussten daher meist beim Originalhersteller bestimmte hardware Bauteile zukaufen. damit war stets ein etwas ungutes gefühl verbunden, denn oft stehen Komponentenhersteller punktuell mit dem feldbushersteller in einem Konkurrenzverhältnis.
als einziges industrial Ethernet System mit harter Echtzeitfähigkeit handelt es sich bei POWErlinK um eine reine Softwarelösung, die keine kundenspe- zifischen Halbleiterbausteine benötigt.
nur so kann die völlige Offenheit ge- währleistet werden, die hardwareher- steller vom Bus Erfinder unabhängig macht. dennoch war die herstellung
Der auf Open Source Technologie basierende POWERLINK Software Master ermöglicht die einfache Verwendung der POWERLINK Technologie auf beliebigen Hard- und Soft- wareplattformen.
Die B&R POWERLINK Slave Lösung gibt es für Altera und Xilinx FPGAs.
einer POWErlinK Schnittstelle bisher eine Übung, an die sich nur wenige Eingeweihte wagten, weil doch ein gewisses Maß an Erklärungsbedarf besteht, vor allem, wenn die Elektronik- und Softwareentwicklung nicht zu den haupttätigkeitsfeldern des integrations- willigen gehört.
die B&r abteilung Open automation technologies wurde geschaffen, um andere als die typischen gesamtsys- temkunden zu bedienen. Ende 2010 brachte sie Entwicklungswerkzeuge auf den Markt, die es fremdherstellern noch leichter machen, POWErlinK zu integrieren:
Freiheit für Hersteller von Master und Slave
Steuerungshersteller, die POWErlinK von ihren cPu Komponenten als Mas- ter aus betreiben möchten, steht mit dem kostenlosen POWErlinK Soft- ware Master eine Möglichkeit zur Verfü- gung, die bewährte technologie in ihr System zu integrieren. dabei ist durch Verwendung von Open Source tech- nologie die freie Wahl der Plattform gewährleistet, sowohl in Bezug auf die verwendeten Prozessoren als auch im hinblick auf das zugrunde liegende Be- triebssystem. durch die offene natur der Lizenz besteht keine Verpflichtung zur Offenlegung der damit erzeugten lösung.
umfangreicher ist das Paket für die her- steller von Slave Komponenten. der für sie geschaffene POWErlinK Slave development Kit ist ein umfängliches Bündel, bestehend aus Software, desi- gnunterlagen für die hardware, einem testsystem und einem Evaluierungs- board sowie Schulung und technischer unterstützung. das gibt insgesamt die Sicherheit, dass die erfolgreiche Ent- wicklung einer POWErlinK Slave an- schaltung auch ohne große Expertise
20automotion 03/2011
Technologie
in der Elektronikentwicklung schnell und sicher gelingt. das mitgelieferte referenzdesign unterstützt die kürzest mögliche time-to-Market.
Sämtliche für die anschaltung er- forderliche logik und eine einfache Programmierschnittstelle sind im de- velopment Kit bereits zur fertigen nut- zung enthalten. der POWErlinK Slave erlaubt es, beliebige host Systeme wie arM, x86 oder digitale Signalprozes- soren (dSP) anzuschalten, wozu ent- weder das serielle Vierdrahtinterface SPi oder ein 8- oder 16 Bit breiter par- alleler datenbus zur Verfügung stehen.
für einfache geräte kann alternativ auch auf ein digitales i/O interface
zurückgegriffen werden. da in die- sem fall kein externer host Prozessor benötigt wird, lässt sich somit sehr schnell und kostengünstig eine POW- ErlinK lösung realisieren.
Kosteneffizienz durch Standard- halbleiter
zentrales Element der anschaltung ist ein fPga. dabei handelt es sich um halbleiter, deren logisches Verhal- ten im feld programmierbar ist. ihre Programmierung erhalten sie durch Hinterlegung in einem nichtflüchtigen Speicher. im gegensatz zu den bei an- deren Systemen üblichen aSics, also völlig kundenspezifisch hergestellten chips, sind sie anwendungsneutral und als Standardkomponente von namhaften halbleiterherstellern und deren distributoren erhältlich. da sie für viele zwecke einsetzbar und in vielen anwendungsbereichen in ge- brauch sind, erreichen sie eine hohe gesamtstückzahl. das macht sie auch preislich ausgesprochen interessant.
zudem hat B&r mit den führenden herstellern eine Vereinbarung zu- gunsten von POWErlinK integratoren
„Die Zeit proprietärer Systeme für industrielle Echt- zeitnetzwerke ist vorbei. Offenheit und tatsächliche Herstellerunabhängigkeit machen Geräteherstellern die Integration von POWERLINK leicht und kostengünstig.
Mit dem POWERLINK Slave Development Kit gelingt die Anschaltung auch ohne große Erfahrung in der Elektronik- entwicklung in kürzester Zeit.“
Stefan Schönegger
Manager Open Automation Technologies B&r
abgeschlossen, nach der für diese dieselben Einkaufskonditionen wie für B&r selbst gelten, auch wenn sie die erforderlichen Stückzahlen nicht erreichen.
dadurch gelingt es, die Kosten für eine industrial Ethernet anbindung weit unter das sonst übliche niveau zu senken. Sie liegen kaum höher als für die anbindung der meistverbreite- ten klassischen feldbusse, was diese einheitliche lösung besonders auch für kostensensitive Produkte wie Kom- paktsensoren mit sehr wenig Elektro- nik, Servoantriebe oder i/O Buskop- pelmodule wirtschaftlich darstellbar macht. Erstmals wird Ethernet für die- se geräteklasse wirklich leistbar, und das gleich in form des technologisch führenden Systems mit kompromiss- loser Echtzeitfähigkeit.
die nachricht, die B&r mit diesem angebot an den Markt schickt, ist eindeutig und klar: Proprietär war gestern. die zukunft gehört herstel- lerunabhängigen, offenen lösungen wie POWErlinK.
Stefan Schönegger (30) arbeitet seit 2006 bei B&r. an- fangs Produktmanager für POWErlinK technologien, lei- tet er seit anfang 2010 die Business unit Open automation technologies bei B&r. zusätzlich ist er als geschäftsfüh- rer der Ethernet POWErlinK Standardization group tätig.
Der Autor:
Applikation
Steuerung mit hoher Werbe wirkung
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Applikation
Steuerung mit hoher Werbe wirkung
Mega-Light-Anlagen sind vor allem in Großstädten beliebte Werbeträ- ger. Mit Plakatwechsler und Beleuchtung ausgestattet, erzeugen die an hoch frequentierten Stellen aufgestellten Großflächenvitrinen mit Plakatflächen von bis zu 20 m² höchste Aufmerksamkeitswerte. Ent- sprechend zuverlässig muss die Steuerungstechnik der Plakattafeln arbeiten. Eine Herausforderung für den Maschinen- und Anlagenbau:
Trotz engem Kostenbudget, das den Einsatz aufwändiger Lösungen inkl. einer umfassenden Sensorausstattung verbietet, sind mehrere Werbetafeln ohne direkte Kabel- oder Funkverbindung untereinander zu synchronisieren und extreme Temperatur- und Feuchteschwankun- gen zu bewältigen.
Über 12.000 Mega-light-flächen vermarktet deutschlands größtes unternehmen für außenwerbung, die Ströer Media deutschland gmbh. die meist auf 2,50 Meter hohen Säulen und quer zum Ver- kehr angeordneten, hinterleuchteten Vitrinen bieten raum für mehrere großformatige Plakate, die rund um die uhr nach einem individuellen Kampagnenplan zyklisch gewechselt werden. die Plakate werden dazu zeitgesteuert von einer motorgetrie- benen achse aufgewickelt, während sie gleichzeitig von einer zweiten ab- gewickelt werden.
die lösung dieser vermeintlich ein- fachen Steuerungsaufgabe stellt sich wegen der gegebenen rahmen- bedingungen als weitaus komplexer dar, als dies zunächst zu erwarten wäre.
Minimale Sensorausstattung - zahlreiche Störgrößen
ingenieur Jens Krüger, geschäfts- führer der SgB Steuerungstechnik gmbh, dem unternehmen, das die neueste Steuerungsgeneration für die außenwerbeanlagen von Ströer entwickelt hat, benennt die gründe:
„das zu steuernde System ist zahlrei- chen dynamischen Störgrößen, wie extremen temperaturunterschieden oder großen luftfeuchteschwankun- gen ausgesetzt, die sich direkt auf die Eigenschaften des Papierplakats und die Wechslertechnik auswirken.
Diese Störeinflüsse müssen von der
Steuerung erkannt und ausgeglichen werden. als feedback Systeme steht in der regel ein Sensor zur Ermittlung der Plakatposition zur Verfügung.“
anders als im Maschinen- oder anla- genbau, wo der Steuerungsentwick- ler üblicherweise auf eine umfang- reiche Sensorik zurückgreifen kann, mussten die ingenieure von SgB bei der ausgestaltung des Steuerungs- programms also mit wenigen Sens- ordaten auskommen und alle ande- ren erforderlichen informationen aus der uhrzeit sowie allgemeinen phy- sikalischen größen, zusammenhän- gen und Erfahrungswerten ableiten.
Zeitbasierte Zugkraftregelung
So müssen die Plakate z.B. mit kon- trollierter Kraft bewegt werden, um ein Durchhängen des Plakats bzw.eine Faltenbildung und damit die Gefahr eines Plakatrisses oder ein ungewolltes Verrutschen der Plakate während des Wechselvorgangs zu verhindern.
Da sich der Wickeldurchmesser beim Ab- bzw. Aufwickeln ständig verän- dert, müssen die beiden Wickelkerne dazu mit unterschiedlicher Drehzahl angetrieben werden, damit die auf das Plakat wirkende Zugkraft gleich bleibt. Die Steuerung muss alleine aus der Position des Plakats bzw. >>
Steuerungssysteme für Außenwerbeanlagen müssen Störgrößen wie Temperatur- und Luftfeuchteschwankungen optimal ausgleichen.
Applikation
aus der dauer des Wickelvorgangs die erforderlichen Parameter für einen gleichbleibenden Plakatzug ermitteln und die Motoren entspre- chend ansteuern.
auch an anderer Stelle haben die SgB ingenieure das Problem fehlen- der Sensorinformationen clever und kostengünstig umschifft: Bei be- stimmten Klimabedingungen kann die Vitrine beschlagen. da weder ein entsprechender Sensor noch ein dediziertes heizaggregat zur Verfü- gung stehen, wird die abwärme der Mega-light-Beleuchtung als heiz- quelle genutzt und der Einschalt- zeitpunkt auf der grundlage von Erfahrungswerten und vorliegenden größen wie uhrzeit und datum be- stimmt.
Synchronlauf mit der Atomuhr
die zeit spielt an anderer Stelle aber eine noch zentralere rolle, wie Jens Krüger hervorhebt: „Sind von einem Standort aus mehrere Plakattafeln gleichzeitig einsehbar, wird ein nicht völlig synchron erfolgender Plakat- wechsel vom Betrachter als fehler oder zumindest als störend empfun-den. Ein zeitversatz von einigen 100 Millisekunden reicht dabei bereits für einen deutlich sichtbaren Effekt aus. die Plakattafeln müssen daher mit geringerer abweichung syn- chronisiert werden.“
Eine leitungsgebundene Vernetzung der Steuerungen kommt allerdings nicht in frage, da die anlagen auf öffentlichen oder privaten grund- stücken stehen und ein Verlegen von Kabeln wegen fehlender lei- tungsrechte häufig nicht ohne wei- teres möglich, zumindest aber sehr aufwändig ist. zum anderen müsste von den Steuerungen die jeweilige länge der leitungsverbindungen berücksichtigt werden, um Verzö- gerungen infolge unterschiedlicher Signallaufzeiten und damit den un- erwünschten zeitversetzten Plakat- wechsel zu vermeiden. dies würde ebenfalls einen unverhältnismäßi- gen aufwand bedeuten.
der eng gesteckte Kostenrahmen verbietet aber auch den Einsatz ei- nes funknetzes über Medien wie Wlan oder Bluetooth, die zudem ebenfalls mit laufzeitverzögerungen behaftet sind.
Systemuhr übernimmt Zeit vom Funkuhrmodul
die ingenieure von SgB nutzen für das Problem eine ebenso einfache wie geniale lösung: alle anlagen starten zur selben uhrzeit. Sie greifen dafür auf das von einem langwellen- sender in frankfurt ausgesendete zeitsignal einer atomuhr zurück. da die entsprechenden Empfängermo- dule in handelsüblichen funkuhren millionenfach eingesetzt werden, sind die Stückkosten sehr niedrig.
Bevor die Experten von SgB diese idee realisieren konnten, waren al- lerdings noch einige hürden zu über- winden. Speicherprogrammierbare Steuerungen arbeiten mit einem eigenen Quarz als zeitgeber und einer internen Systemuhr, die vom Steuerungsprogramm genutzt wird.
Sollen nun mehrere Steuerungen zur selben zeit starten, müssen die Systemuhren mit der empfangenen uhrzeit synchronisiert werden.
„Spätestens hier hat sich gezeigt, dass die Entscheidung, B&r als un- seren Steuerungslieferanten aus- zuwählen, genau richtig war. das
„Die Steuerung hat uns mit ihrer Modularität, der hohen Per- formance und der Speicherausstattung sowie ihrem fairen Preis überzeugt.“
Jens Krüger Geschäftsführer
SgB Steuerungstechnik gmbh
Die X20 Kompaktsteuerung überzeugt durch Modularität und höchste Performance.
24automotion 03/2011
Applikation
unternehmen hat in enger abstim- mung mit uns die erforderlichen Softwaremodifikationen an der Steuerung vorgenommen“, erläutert der geschäftsführer von SgB. „die auf dieser grundlage von uns entwi- ckelte Steuerungssoftware ist in der lage, die asynchronitäten zwischen Funkuhr und Systemuhr herauszufil- tern und beliebig viele anlagen auf 50 Millisekunden genau zu synchro- nisieren.“
Auch für preissensitive Märkte:
Die X20 Steuerung
Ein weiteres ausschlaggebendes argument für B&r war die zum zeit- punkt der Entscheidung neu auf den Markt gebrachte Kompaktsteuerung aus dem X20 System. „die Steue- rung hat uns mit ihrer Modularität, der hohen Performance und der Speicherausstattung sowie ihrem fairen Preis überzeugt“, argumen- tiert Jens Krüger. „Eine diskrete lö- sung wäre bei den von uns benötig- ten Stückzahlen in der anschaffung zwar etwas billiger gekommen, aber Modifikationen und Serviceaufwand
wären ungleich höher gewesen. Bei der B&r lösung lassen sich Ände- rungswünsche dagegen dank der leistungsreserven und der flexibili- tät der X20 Kompaktsteuerung auch nach dem Projektstart mit geringem aufwand umsetzen. Sie kostet dem anwender daher unter dem Strich weniger.“
zudem wird der Programmierer hier- bei nach den Erfahrungen des SgB geschäftsführers durch die Enginee- ring umgebung automation Studio optimal unterstützt: „Von der Mög- lichkeit, Programmcode in anSi-c erstellen zu können, profitieren wir bei dieser anwendung überpropor- tional, da die reine ablaufsteuerung hier den geringsten teil ausmacht und die Programmierung der zeit- steuerung mit c wesentlich effekti- ver ist.“
Anpassungsfähig, zuverlässig und wartungsfreundlich
die ingenieure von SgB konnten auf diese Weise gleich mehrere Steu- erungsprogramme erzeugen und
haben die Steuerung so universell einsetzbar gemacht, was auch ein erklärtes ziel von Ströer war. „die Steuerung kommt nicht nur in den neu gebauten anlagen zum Einsatz, sondern wird auch als Ersatzsteue- rung in der durch zukäufe entstan- denen anlagenvielfalt eingesetzt.
Wegen der Offenheit der B&r lö- sung war auch die anbindung an die zentrale leitwarte von Ströer problemlos möglich, so dass die bisher notwendige lösung aus zwei Systemen schrittweise abgelöst wer- den konnte“, ergänzt Jens Krüger.
die Verbindung zur leitwarte erfolgt über eine gSM Verbindung. Über sie können sowohl neue Kampagnen und updates der Steuerungssoft- ware auf die anlagen aufgespielt als auch Störmeldungen an die zentrale und an das Wartungspersonal abge- setzt werden.
die Wartungseinsätze konnten auf das absolute Minimum reduziert werden, da die B&r technik sehr zuverlässig arbeitet und die SgB in- genieure zudem eine lernfähige Soft- ware implementiert haben, die viele Probleme selbständig erkennt und beheben kann. Ströer verfügt damit über eine Steuerung, die nicht nur flexibel, sondern auch kostengünstig und wartungsfreundlich ist und hoch zuverlässig arbeitet.
SGB Steuerungstechnik:
Gegründet: 1990 Mitarbeiter: 12 Standort: leipzig (dE)
Produkte & Services: ingenieurbüro für Elektrotechnik und Prozessau- tomation mit den Schwerpunkten automatisierungstechnik und ge- bäudetechnik.
www.sgb-leipzig.de Dank der Unterstützung von B&R kann SBG heute beliebig viele Anlagen auf 50 Milli-
sekunden genau synchronisieren.
Applikation
Von schwarzem Gold und Pferdeköpfen
Pferdekopfpumpen gehören weltweit zu den bedeu- tendsten Pumpenarten und werden zur Gewinnung
unterirdisch lagernder Flüssigkeiten - vorwiegend Erd- öl - eingesetzt. Heute stehen vor allem Energieeffizienz und höchste Zuverlässigkeit im Fokus vieler Erdölför- derfirmen. Mit der neuen Pferdekopfpumpe von ICASystem steht Anwendern ein System zur Verfügung, das eine optimale Anpassung der Pumpentätigkeit an
den Lagerstättendruck erlaubt. Damit profitieren An- wender von einer äußerst leistungsstarken und langle-bigen Pumpenlösung.
Eine der größten herausforderungen für jeden Betreiber von Pferdekopf- pumpen besteht darin, die Pumpenleistung an den Zufluss des Bohrloches und somit den vorherrschenden druck optimal anzupassen. fördert die Pum- pe weniger flüssigkeit als die Bohrung liefert, so liegt die Produktivität unter dem Optimum. Wenn die Pumpe mehr Erdöl fördert als die Bohrung bereit- stellt, ist diese „überpumpt“. hier besteht die gefahr des sogenannten „fluid Pound Phänomens“, das zu Beschädigungen am gesamten Pumpensystem führen kann.
Von fluid Pound spricht man immer dann, wenn die Produktionsrate des Bohrloches nicht ausreicht, um die Pumpe während ihres aufwärtshubs zu füllen. dies führt dazu, dass der Kolben während des abwärtshubs plötzlich ungebremst herunterfällt. durch den aufschlag auf die flüssigkeit am Brun- nenboden kann die Pumpe heftige Stöße und Vibrationen verursachen, die
zu Schäden an den Pumpenventilen, dem gestänge sowie den Pumpenge- trieben führen können. das auftreten des fluid Pound Phänomens verkürzt die lebensdauer dieser Komponen- ten erheblich - zudem arbeitet die Pumpe langsamer bei gleichzeitig erhöhtem Energieverbrauch.
Vollautomatische Steuerung mit RPCs
zur Vermeidung des fluid Pound Phä- nomens kommt üblicherweise ein Pro- zenttimer zur optimalen zeitsteuerung 26automotion 03/2011
