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Autark und modular: Steuerung für kleine und mittlere Automatisierungsaufgaben

01  Die Steuerung U-Control 2000 eignet sich vor allem für kleine und mittlere Automatisierungsaufgaben

01  Die Steuerung U-Control 2000 eignet sich vor allem für kleine und mittlere Automatisierungsaufgaben

Dezentrale Stand-alone-Steuerungen bieten in vielen Anwendungen Vorteile gegenüber zentralen Lösungen: Sie reduzieren den anlagenweiten Datenverkehr, sind unempfindlich gegenüber Störungen im Netzwerk, erleichtern die Fehlersuche und lassen sich gut mit manuellen Prozessen kombinieren. Die Steuerung U-Control 2000 von Weidmüller bietet all diese Vorteile und ist zudem in das U-Mation-Portfolio integriert. Sie eignet sich vor allem für kleine und mittlere Automatisierungsaufgaben (Bild 1, oben).

Unter dem Begriff U-Mation fasst Weidmüller verschiedene Automatisierungs- und Softwarelösungen zusammen – die sich individuell auf die jeweilige Applikation des Kunden anpassen lassen. Das Portfolio kombiniert ­modulare Automatisierungshardware mit Engineering- und Visualisierungstools und ermöglicht so die Verbindung ­aller Prozessebenen – vom Sensor bis zur Cloud. Bestandteil des Portfolios sind die Steuerung U-Control 2000 mit web­basierter Visualisierung, die U-Create-Software und Machine-Learning- sowie Industrial-Analyticstools.

Flexible Steuerung

U-Control 2000 ist eine 52 mm schmale Steuerung, die sich wie ein U-Remote-Koppler mit Ein- und Ausgangsmodulen kombinieren lässt. Die Steuerungshardware basiert auf ­einem Dual-Core-ARM-A9-Prozessor mit einer Takt­frequenz von 624 MHz, 512 Mbyte RAM und 4 GByte ­internem Flash-Speicher. Zusätzlich können Daten und ­Informationen auf einer Micro-SD-Speicherkarte mit bis zu 32 GByte abgelegt werden. Die Steuerung ist mit einer ­batteriegepufferten Echtzeituhr ausgerüstet.

Für die Kommunikation bzw. das Engineering von ­U-Control stehen dem Anwender unterschiedliche Schnittstellen zu Verfügung. Über eine der beiden RJ45-Buchsen erfolgt der Start der Engineering-Software mithilfe eines Browsers. Ist die Programmierung des Systems abgeschlossen, können über diese Ethernet-TCP/IP-Schnittstelle ­Daten mit einer überlagerten Steuerung oder mit einem ERP-System ausgetauscht werden. Über die zweite RJ45-Buchse kann ein Feldbussystem mit Master-Slave-Funktion angeschlossen werden. Zusätzlich steht noch ein USB-­Anschluss zur Verfügung, über den ebenfalls programmiert oder Diagnosedaten abgerufen werden können. Dies ist dann von Vorteil, wenn U-Control bereits in einer Applikation eingebaut und mit anderen Systemen verbunden ist. Für die zukünftige Kommunikation mit intelligenten Komponenten dient eine CAN-Schnittstelle.

Die DC-24-V-Spannungsversorgung für U-Control speist sowohl die Steuerungshardware als auch bis zu 64 unterschiedliche U-Remote-Module, die wie bei einem ­U-Remote-Koppler an die Steuerung angeschlossen werden. Genau wie bei diesem sind die Versorgungsanschlüsse für Ein- und Ausgänge getrennt.

Sicherheitstechnische Applikationen

Das System kann auch für sicherheitstechnische Applika­tionen eingesetzt werden. Dabei kommen die U-Remote-Powerfeed-Module zum Einsatz, die unabhängig von der Steuerung die Maschinen in einen sicheren Zustand versetzen. Die notwendigen, nicht sicheren Signale für das Applikationsprogramm werden über den U-Remote-Rückwandbus an die U-Control 2000 übertragen und dort verarbeitet.

Das Besondere an der neuen Steuerung ist die Tatsache, dass sie zwei autonom arbeitende CPU-Kerne hat. Auf ­einem Kern läuft ein nicht echtzeitfähiges Linux-Betriebssystem mit dem Engineering-Tool U-Create Web und ein Webserver. Auf dem zweiten Prozessorkern befindet sich ein echtzeitfähiges SPS-Betriebssystem, das das Applikationsprogramm ausführt. Beide CPU-Kerne sind gegeneinander sicherheitstechnisch abgeschottet und tauschen über Trust ­Zones Daten miteinander aus. Somit lassen sich getrennte Softwareupdates für beide Systeme je nach Bedarf unabhängig durchführen. Um die wachsenden Security-Anforderungen zu erfüllen, ist schon jetzt ein TPM-Chip in das Gerät inte­griert. TPM steht für „Trust Plattform Module“ und schützt gegen unautorisierte Softwareupdates und modifizierte Software bzw. Software­erweiterungen. An dieser Stelle seien auch die U-Create-Softwaretools erwähnt. Sie sind ein wesentlicher Bestandteil des U-Mation-Automatisierungs- und Digitalisierungsportfolios.

Offene Plattform für die Automatisierung

U-Create Studio bietet Linux-basiert viele Möglichkeiten, auf der U-Control 2000 applikationsspezifische Software­module zu installieren und diese so an individuelle Anwendungen anzupassen. U-Create Studio verfügt über eine Codesys-V3.5-Entwicklungsumgebung und unterstützt alle nach IEC 61131-3 definierten Programmiersprachen wie ST, AWL, KOP, FBS und AS. Zusätzlich erlaubt eine C/C++-Umgebung die objektorientierte Programmierung.

Das Engineeringtool bietet eine einfache Konfiguration, Diagnose und 3-D-Simulation der Anlage. Ein leistungs­starkes Debugging- und Trace-Tool unterstützt die Fehleranalyse. Zur M2M-Kommunikation ist ein OPS-UA-Server implementiert. Ethercat- und CANopen- Feldbusmaster sowie ein Modbus-TCP-Slave komplettieren das System. Die Software U-Create Studio ist kompatibel mit den Hardwarelösungen U-Control und U-Remote.

Für den Anwender stehen noch weitere Softwaretools zur Verfügung:

Passende Visualisierungslösung

Ohne eine adäquate Visualisierung ließen sich die vielfältigen Möglichkeiten der U-Control 2000 kaum nutzen. Mit den U-View-Multitouchpanels sowie der HMI-Software ­U-Create Visu offeriert Weidmüller eine zukunftsgerich­tete Kombination als Lösung für die Bedien- und Kommunikationsebene. Die Bediengeräte, auch Human Machine Interfaces (HMI) genannt, beinhalten zwei Produktlinien: die Basic Line mit resistiver Touchbedienung und die ­Advanced Line mit kapazitiver Multitouch-­Bedienung. Die webbasierte und skalierbare HMI-Software U-Create Visu komplettiert die Visualisierungs- und Bedienlösung.

Die Steuerung in der Anwendung

02  Stand-alone-Maschinen sind in der Lage, ihre Funktion selbstständig  und ohne Anbindung an ein übergeordnetes System zu erfüllen

02  Stand-alone-Maschinen sind in der Lage, ihre Funktion selbstständig und ohne Anbindung an ein übergeordnetes System zu erfüllen

U-Control adressiert mit seiner technischen Leistungsfähigkeit den Maschinen- und Anlagenbau und dort beispielsweise Verpackungsmaschinen sowie Handlings-Systeme. Der Fokus liegt dabei auf Assistenzmaschinen und -systemen. Eine typische Anwendung ist ein Kartonaufrichter oder Maschinen- und Anlagenteile für eine Linienfertigung.

Kartonaufrichter sind beispielsweise Stand-alone-Maschinen (Bild 2, rechts). Diese sind in der ­Lage, ihre Funktion selbstständig und ohne Anbindung an ein übergeordnetes System zu erfüllen, dadurch sind sie variabel einsetzbar. Voraussetzung dafür sind dezentrale Automatisierungslösungen, die eine autonome Steuerung der Maschine ermöglichen. Für die Hauptsteuerung einer Stand-alone-Maschine wird der U-Remote-Feldbuskoppler durch die Steuerung U-Control 2000 ersetzt und die Steuerung mit der Engineering-Software U-Create Studio kombiniert.

Mit der Codesys-basierten Software findet die Konfiguration und Steuerung von Stand-alone-Maschinen auf Basis international bewährter Standards statt. Damit liefert U-Create Studio einen Vorteil bei der flexiblen, modularen Programmierung von Automatisierungslösungen. Darüber hinaus ermöglicht die offene Linux-Architektur die Installation individueller Softwaremodule sowie die einfache Diagnose und 3D-Simulation der Maschinen.

Modulare Hardware

Die Steuerung U-Control 2000 basiert auf dem kompakten Design des Feldbuskopplers der ­U-Remote-Familie – und kann diesen eins zu eins ersetzen. Das spart Platz und gibt eine hohe Flexibilität für individuelle Automatisierungs­anwendungen. U-Control 2000 ist kompatibel mit den verschiedenen Komponenten des ­U-Mation-Portfolios und bietet zum Beispiel die Möglichkeit, U-Remote-IO-Module direkt anzuschließen.

Im Zusammenspiel bilden das vollwertige Engineering-Tool U-Create Studio und die ­Steuerung U-Control 2000 eine leistungsstarke Automatisierungslösung zur komfortablen ­Parametrierung und Steuerung von Stand-alone-Maschinen. Die Codesys-V3.5-Umgebung nach IEC 61131-3-Standard sowie die C++-Programmierung ermöglichen die flexible, ­objektorientierte Anwendung in einer gewohnten, standardisierten Entwicklungsumgebung.

Maschinen- und Anlagenteile für eine Linienfertigung

Im Maschinen- und Anlagenbau werden die Bestandteile einer Linie nur noch selten in ein und derselben Fertigungsstätte produziert. Um langen Installationszeiten am Einsatzort vor­zubeugen, ist es von Vorteil, Maschinenteile bereits vor ihrer Zusammenführung in Betrieb nehmen zu können. U-Mation bietet dazu ­flexible Lösungen für dezentrale Automatisierungsanwendungen an, auf die man ortsun­abhängig zugreifen kann.

Mit der webbasierten Steuerungssoftware ­U-Create Web wird der Browser zur Engineering-Plattform. In Kombination mit der Steue­rungshardware U-Control 2000 ermöglicht das Konzept die intuitive und ­ortsunabhängige ­Inbetriebnahme einzelner Aggregate oder ­Maschinenteile. Die Umsetzung ist denkbar einfach: Es wird der U-Remote-Buskoppler durch die Steuerung U-Control 2000 ersetzt, auf der die Software U-Create Web bereits installiert ist. So wird U-Controll zur Hauptsteuerung.

Über die browserbasierte Bedienung lassen sich Maschinenteile von jedem beliebigen Ort aus in Betrieb nehmen und parametrieren, noch bevor die Gesamtmaschine montiert wird. Das erleichtert und beschleunigt die spätere Zusammenführung dezentral gefertigter Maschinen- und Anlagenteile. Über die Visualisierungssoftware U-Create Visu lässt sich im Anschluss ein ganzheitliches Bedien- und Visualisierungskonzept für die gesamte Anlage realisieren. (mh)

www.weidmueller.de
www.u-mation.com


Autor:
Ralf Willmes ist als Trainer Automation im ­International Trainings Center von Weidmüller in Detmold tätig.