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Motion-Controller mit Atom-Kraft

Bild 1. Rechenpower für die Hutschiene: Der L-force Controller 3200 C mit angereihtem

Bild 2. Die Monitor Panels in den Bauformen Embedded Line und Command Station bieten sich als Ergänzung zur Visualisierung der neuen Hardware-Plattform an

Bild 3. Der auf Codesys 3 basierende PLC Designer 3 bietet diverse spezifische Anpassungen, wie die speziellen Parametrierdialoge für das L-force IO-System 1000

Die Integration der neuen Prozessorgeneration Atom von Intel in den Controller-Baukasten von Lenze ermöglicht die Kombination geringer Verlustleistung mit robuster und kompakter Bauweise sowie hoher Performance. In Verbindung mit der fortschrittlichen Software und einem abgestimmten Produktportfolio steht Anwendern damit eine Automatisierungslösung zur Verfügung, mit der sich eine große Bandbreite an Steuerungslösungen maßgeschneidert und effektiv realisieren lässt.

Die von Grund auf neu entwickelte Gerätefamilie L-force Controller 3200 C (Bild 1) von Lenze hat einen Atom-Prozessor und bietet all das, was sich Automatisierer wünschen: eine kompakte und widerstandsfähige Bauweise, große Leistungsreserven sowie eine umfassende Ausstattung. Die jetzt vorgestellten Hutschienengeräte basieren auf der gleichen Architektur, wurden aber für unterschiedliche Aufgabenstellungen optimiert.

Modularer Aufbau
Der PLC und Motion Controller 3221 C aus der Produktfamilie L-force Controller 3200 C kommt im November 2010 auf den Markt. Dieses Gerät für die Hutschiene ist speziell auf die Belange einer Bewegungssteuerung zugeschnitten und lässt sich über den integrierten Rückwandbus mit Modulen aus dem IO-System 1000 von Lenze erweitern. Es hat zwei 100-Mbit-Ethernet-Schnittstellen mit integriertem Switch. Damit entfällt der sonst erforderliche externe Switch beim Aufbau einer Linienstruktur. Eine dritte Ethernet-Schnittstelle ist für den Betrieb als Ethercat-Master reserviert.
Dank der modularen Bauweise kann der nur 136 mm breite Controller mit weiteren Kommunikationsbussen ausgestattet werden. Die optionale Erweiterungskarte bietet die Anschlussmöglichkeit für zwei untereinander synchronisierte CAN-Busse, die CANopen unterstützen. Darüber hinaus steht eine Profibus-Karte zur Verfügung. Da die Profibus- und die Ethercat-Schnittstelle parallel arbeiten, eignet sich die Steuerung auch für diejenigen Einsatzfälle, in denen mit Profibus automatisierte Anlagenteile unverändert beibehalten werden sollen, aber ein moderner, schneller Motion-Control-Bus wie Ether-cat, und eine leistungsfähige Steuerung erforderlich sind.

Für Visualisierungsaufgaben geeignet
Die Variante L-force Controller 3231 C hat im Vergleich zum Typ 3221 C eine zusätzliche DVI- und eine dritte USB-Schnittstelle. Damit können handelsübliche Monitore mit DVI-Schnittstelle oder die Monitor Panels (Bild 2) von Lenze angeschlossen werden. Größere Entfernungen zwischen Controller und Monitor von bis zu 40 m lassen sich mit einem DVI/USB-Extender überbrücken. Die zusätzliche USB-Schnittstelle bietet sich zum Einlesen von Eingaben am Bildschirm (Touch-Panel-Funktion) oder über Tasten an. Damit eignet sich dieses Gerät besonders für Anwendungen, bei denen die Steuerung gleichzeitig als Hardwareplattform für die Visualisierung fungieren soll.

Speicher- und Diagnosemöglichkeiten
Als Speichermedium ist bei der Gerätefamilie ein Flash-Speicher vorgesehen, der die traditionell verwendeten, anfälligeren Festplatten ablöst. Da die Atom-Architektur ohne Lüfter und damit ohne bewegte Teile auskommt, sind die neuen Controller besonders robust gegenüber Schock und Vibrationen.
Zudem sind ein SD-Speicherkarten-Slot sowie zwei USB-Schnittstellen vorhanden. Vier LED zeigen den Betriebszustand des Geräts an und ermöglichen eine schnelle erste Diagnose ganz ohne zusätzliche Geräte.
Zusätzlich haben die Entwickler für eine bequeme Diagnose einen Webserver integriert, der den Zugriff auf sämtliche Parameter des Controllers oder auch auf das Logbuch erlaubt. Dafür benötigt der Anwender lediglich ein Notebook mit einem beliebigen Webbrowser und einer Ethernet-Schnittstelle.
Eine integrierte USV-Funktion sorgt bei einem Ausfall der Stromversorgung für die Sicherung der Retain-Variablen des Steuerungssystems. Als Betriebssystem kommt Windows CE 6 zum Einsatz.

Erweiterte Programmierumgebung
Die Erstellung der Steuerungsanwendung erfolgt mit der IEC-61131-3-konformen Programmierumgebung PLC Designer 3 (Bild 3), die auf dem Programmiersystem Codesys 3 fußt. Lenze hat dafür das Standardsystem modifiziert und qualifiziert, um einen zuverlässigen Dauerbetrieb in Automatisierungssystemen sicherzustellen.
Gegenüber dem bewährten und verbreiteten PLC Designer 2 zeichnet sich das neue System durch zusätzliche Verbesserungen aus:
• Es ist angelehnt an Visual Studio.NET von Microsoft.
• Es hat diverse Detailverbesserungen der Editoren.
• Verschiedene Versionen der gleichen Bibliothek sind nutzbar.
• Die bedingte Codegenerierung erleichtert die Erstellung skalierbarer Programme durch die Verwendung von Präprozessor-Anweisungen.
• Funktion und Hardware sind getrennt.
• Mehrere Applikationen können auf einer Hardware laufen.
• Es kann mehrere Steuerungen in einem Projekt geben.
• Es bietet objektorientierte Programmierung.

Im Gegensatz zum reinen Codesys 3 hat der PLC Designer einige weitere Funktionen, die exakt auf die Hardware von Lenze zugeschnitten sind. Beispielsweise wurde das Timing optimiert und auf die CAN-Karte MC-CAN2 angepasst, sodass eine verbesserte Packungsdichte für die Ausnutzung der Busperformance auf dem CAN-Bus gewährleistet ist. Ferner wurde das System um eine Gateway-Funktion erweitert, die es Engineering-Umgebungen wie dem L-force Engineer erlaubt, durch die Steuerung bis auf die Feldebene zuzugreifen – speziell für Ethercat eine besonders sinnvolle Systemerweiterung.
Die wesentliche Ergänzung ist jedoch die Einbindung des IO-Systems 1000 in die Steuerungskonfiguration. Die einzelnen IO-Module können direkt als Element in der Struktur des Projektbaums im PLC Designer eingefügt werden – der Rückwandbus des IO-Systems ist nahtlos in die Engineering-Umgebung integriert. Für die Parametrierung des IO-Systems stehen dedizierte Bedienoberflächen zur Verfügung, mit denen sich diese Aufgabe besonders einfach erledigen lässt. Die Parameterstruktur des IO-Systems 1000, die sich an dem CiA-Profil 401 orientiert, tritt hier in den Hintergrund und schafft Raum für intuitiv bedienbare Benutzeroberflächen – so wie es Anwender erwarten.

Motion-Control-Funktionalität
Für die Realisierung von Bewegungsführungen hat der PLC Designer Bibliotheken mit zertifizierten Motion-Bausteinen nach PLCopen Part I und II sowie Funktionen zur Umsetzung von elektronischen Kurvenscheiben, elektronischen Nockenschaltwerken oder einer 3-D-NC-Steuerung. Entsprechend enthält die PLCopen-Bibliothek unter anderem Bausteine, mit denen die Bewegungssteuerung einzelner Achsen, aber auch die synchronisierte Bewegung mehrerer Achsen programmiert und realisiert werden können. Bestandteile der Bibliothek sind Bausteine zur Statusabfrage, Parametrierung und allgemeinen Bedienung sowie Funktionsbausteine für den Antrieb einer Achse gemäß vom Anwender festgelegter Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofile. Die Vorgabe kann beispielsweise in Form einer im PLC Designer generierten Kurvenscheibe vorliegen. Zum Lieferumfang gehören außerdem Funktionsbausteine zur Programmierung elektronischer Getriebe oder zur Phasenverschiebung.

Schnelles lokales IO-System
Die Kommunikation zwischen den Geräten aus der Produktfamilie L-force Controller 3200 C und den Modulen aus dem IO-System 1000 erfolgt über den schnellen 48-MHz-Rückwandbus, der als Master-Slave-System so einfach gehalten wurde, dass er sich für die Einbindung in verschiedene übergeordnete Bussysteme eignet. Insbesondere bei den üblichen kleinen Stationsaufbauten kann er seine Leistungsfähigkeit voll entfalten, da er sich im Wesentlichen auf die Übertragung der Nutzdaten beschränkt und keinen Overhead durch umfangreiche Header in Protokollstrukturen mit sich bringt.
Für die Verarbeitung der Prozessdaten bietet der Rückwandbus verschiedene Möglichkeiten. Dementsprechend lässt sich die für die jeweilige Anwendung optimale Lösung wählen. Beispielsweise ist ein Einzelzugriff des Buskopplers auf ein IO-Modul, aber auch der gleichzeitige Zugriff auf mehrere Module nach einer Gruppenbildung möglich.

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Autor: Dipl.-Ing. Sören Mirbach ist Produktmanager Steuerungstechnik bei Lenze in Hameln.