Stand-alone-Steuerungen

Andreas Mühlbauer,

Autark für kleine und mittlere Aufgaben

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 sehr gut mit manuellen Prozessen kombinieren.
Stand-alone-Maschinen wie zum Beispiel Kartonaufrichter lassen sich mit der Steuerung U-control 2000 und der Engineering Software U-create studio automatisieren. © Weidmüller

Unter dem Begriff „U-mation“ fasst Weidmüller verschiedene Automatisierungs- und Software-Lösungen 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. Dazu zählen die Steuerung U-control 2000 mit webbasierter Visualisierung, die Software U-create und Machine Learning- sowie Industrial Analyticstools.

U-control adressiert den Maschinen- und Anlagenbau, beispielweise Verpackungsmaschinen sowie Handling-Systeme. Der Fokus liegt dabei auf Assistenz-Maschinen und -Systemen. Typische Anwendungen sind Kartonaufrichter oder Maschinen- und Anlagenteile für eine Linienfertigung. Kartonaufrichter sind Stand-alone-Maschinen. Diese sind in der Lage, ihre Funktion selbstständig und ohne Anbindung an ein übergeordnetes System zu erfüllen. Voraussetzung dafür sind dezentrale Automatisierungslösungen, die eine autonome Steuerung der Maschine ermöglichen.

Die Steuerung in der Anwendung

Für die Hauptsteuerung einer Stand-alone-Maschine wird einfach der Feldbuskoppler U-remote durch die Steuerung ersetzt und diese mit der Engineering-Software U-create studio kombiniert. Mit der Codesys-basierten Software findet die Konfiguration und Steuerung von Stand-alone-Maschinen auf Basis bewährter Standards statt. Damit liefert U-create studio einen entscheidenden Vorteil bei der flexiblen, modularen Programmierung von Automatisierungslösungen. Die offene Linux-Architektur ermöglicht die Installation individueller Softwaremodule sowie die einfache Diagnose und 3D-Simulation der Maschinen.

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Mit U-create studio lassen sich auf der U-control 2000 applikationsspezifische Softwaremodule installieren und an individuelle Anwendungen anpassen. © Weidmüller

Die Steuerung basiert auf dem kompakten Design des Feldbuskopplers der U-remote-Familie – und kann diesen eins zu eins ersetzen. Das spart Platz und gibt eine maximale Flexibilität für individuelle Automatisierungsanwendungen. U-control 2000 ist kompatibel mit den verschiedensten Komponenten des U-mation-Portfolios und bietet beispielsweise die Möglichkeit, U-remote I/O-Module direkt anzuschließen. 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 Lösungen für dezentrale Automatisierungsanwendungen, auf die der Anwender ortsunabhängig zugreifen kann. Mit der webbasierten Steuerungssoftware U-create web wird der Browser zur Engineering-Plattform.

Maschinen- und Anlagenteile für die Linienfertigung

In Kombination mit der U-control 2000 ermöglicht das Weidmüller-Konzept die intuitive und ortsunabhängige Inbetriebnahme einzelner Aggregate oder Maschinenteile. Der u-remote-Buskoppler wird auch hier durch die Steuerung ersetzt, auf der U-create web bereits installiert ist, und schon wird U-control 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. Das Design der Steuerung basiert auf dem Remote-I/O-System U-remote.

Dank des modularen Aufbaus ist U-control 2000 nach Wunsch mit unterschiedlichen Automatisierungsbausteinen aus dem U-mation-Portfolio kompatibel und erweiterbar. U-create visu ermöglicht die nutzerfreundliche Umsetzung multitouchfähiger HMI-Lösungen. Der zugehörige Webserver hält die Benutzeroberfläche als Web-Runtime mittels JavaScript und HTML 5 bereit. Das erlaubt die Kalibrierung von HMI-Panels über beliebige Endgeräte. Ohne eine adäquate Visualisierung ließen sich die vielfältigen Möglichkeiten der Steuerung kaum nutzen. Mit den U-view Multitouch-Panels und U-create Visu bietet Weidmüller eine Lösung für die Bedien- und Kommunikationsebene.

Steuerung mit vielen Features

Die 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 leistungsstarken Dual-Core-Prozessor ARM A9 mit einer Taktfrequenz von 624 MHz, 512 MB RAM und 4 GB internem Flash-Speicher. Zusätzlich können Daten und Informationen auf einer Micro SD-Speicherkarte mit bis zu 32 GB abgelegt werden. Die Steuerung ist mit einer batteriegepufferten Echtzeituhr ausgerüstet.

Mit der Steuerung und den U-create-Softwarelösungen bietet Weidmüller ein optimal aufeinander abgestimmtes Hard- und Softwareportfolio für eine Vielzahl von Automatisierungsaufgaben. © Weidmüller

Für die Kommunikation und das Engineering von U-control stehen dem Anwender unterschiedliche Schnittstellen zu Verfügung. Über eine der beiden RJ45-Buchsen erfolgt der Start der Engineering-Software mit Hilfe eines Browsers. Ist die Programmierung des Systems abgeschlossen, lassen sich über diese Ethernet-TCP/IP-Schnittstelle Daten mit einer überlagerten Steuerung oder mit einem ERP-System austauschen. 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 werden kann 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 Kommunikation mit intelligenten Komponenten dient eine CAN-Schnittstelle. Die 24-V-DC-Spannungsversorgung speist sowohl die Steuerungshardware als auch bis zu 64 unterschiedliche U-remote-Module, die an die Steuerung angeschlossen werden. Genau wie bei diesem sind die Versorgungsanschlüsse für Ein- und Ausgänge getrennt. Das System eignet sich auch für sicherheitstechnische Applikationen. 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 Rückwand-Bus an die Steuerung übertragen und dort verarbeitet.

Das Besondere an der Steuerung ist, dass sie zwei autonom arbeitende CPU-Kerne besitzt. Auf einem Kern läuft ein nicht echtzeitfähiges Linux-Betriebssystem mit dem Weidmüller-eigenen Engineering-Tool U-create web und ein Webserver. Auf dem zweiten Prozessor-Kern 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 Software-Updates für beide Systeme je nach Bedarf unabhängig durchführen. Um die wachsenden Security-Anforderungen zu erfüllen, ist ein TPM-Chip in das Gerät integriert. TPM steht für „Trust Platform Module“ und schützt gegen unautorisierte Software-Updates und modifizierte Software beziehungsweise Software-Erweiterungen.

Offene Plattform für die Automatisierung

U-create Studio bietet Linux-basiert viele Möglichkeiten, auf der U-control 2000 applikationsspezifische Softwaremodule zu installieren. 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 Engineering-Tool erlaubt eine einfache Konfiguration, Diagnose und 3D-Simulation der Anlage. Ein Debugging- und Trace-Tool unterstützt die Fehleranalyse. Zur M2M-Kommunikation ist ein OPC-UA-Server implementiert. EtherCAT- und CANopen-Feldbusmaster sowie ein Modbus-TCP-Slave komplettieren das System. Die Software ist kompatibel mit U-control und U-remote.

Ralf Willmes, Trainer Automation, International Trainings Center, Weidmüller in Detmold / am

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