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Zwei Welten nahtlos vereint

Durchgängige Automatisierungslösung
Zwei Welten nahtlos vereint

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Mit dem Einstieg in die Prozesstechnik stellt Beckhoff nicht nur neue Komponenten vor, sondern führt in erster Linie zwei Automatisierungskonzepte zusammen, die über Jahrzehnte hinweg eine unabhängige Koexistenz pflegten. Während PLC-basierte Systeme als Ersatz für komplexe Relaistechnik zur Maschinensteuerung vor allem auf kurze Zykluszeiten hin optimiert wurden, lag der Fokus bei DCS (Distributed Control Systems) hingegen auf Skalierbarkeit und Systemintegration.

Über die Jahre haben sich beide Systeme – getrieben durch steigende Kundenanforderungen und technologischen Fortschritt – weiterentwickelt und sich somit immer weiter angenähert. So wurden PLC-Systeme um immer umfangreichere Visualisierungslösungen erweitert, wie sie der Prozesstechniker aufgrund komplexer und räumlich umfangreicher Prozesse bereits früh genutzt hat. Das DCS hingegen wurde im Hinblick auf seine Leistungsfähigkeit und Zykluszeit optimiert, um so auch zeitkritische Prozesse bedienen zu können. Auch im Bereich der Skalierbarkeit fand eine starke Annäherung statt. DCS, von Beginn an für weitläufige Anlagen mit Zehntausenden I/Os konzipiert, konnten mit einem einfachen Engineering und flexibler Nachrüstbarkeit punkten. Inzwischen stellen aber auch für heutige PLC-basierte Systeme selbst I/O-Punkte im hohen 5-stelligen Bereich keine Herausforderung mehr dar. Zudem verfügen moderne Engineering-Umgebungen wie
TwinCAT 3 über umfangreiche Bibliotheken und zahlreiche Funktionsbausteine, sodass sich selbst hochkomplexe Reglerstrukturen schnell und sicher projektieren lassen.

Besonderes Augenmerk verdienen zudem die Entwicklungen hinsichtlich der Systemarchitekturen. So haben DCS sehr früh auf abgesetzte I/O-Chassis gesetzt. PLC-basierte Systeme konzentrierten sich hingegen zunächst nur auf in sich geschlossene, räumlich stark begrenzte Maschinen.

Mit der Weiterentwicklung von einfachen Maschinen zu hochkomplexen Fertigungsstraßen innerhalb einer vernetzten Produktionsstätte hat sich dies geändert. Es stieg das Interesse an dezentraler Peripherie mit einer Anbindung an schnelle Feldbussysteme inklusive der notwendigen Bandbreite für die nun entstehende Datenflut. In der Folge haben sich Systeme mit abgesetzter Intelligenz, wie z. B. den hutschienenmontierbaren Embedded-PCs der CX-Serie, sowie angereihter EtherCAT-I/O-Ebene durchgesetzt. Die durchgängige EtherCAT-Kommunikation erlaubt hierbei auch die Umsetzung äußerst zeitkritischer und hochsynchroner Steuerungsprozesse über verteilte Fertigungsschritte hinweg. Dies reicht bis hin zur Anbindung einer zentralen Ebene der Produktionssteuerung und zur Durchführung von Datenanalysen und Optimierungsprozessen.

PLC nähert sich der Prozesstechnik

Architektonisch hat sich das PLC-System durch den letztgenannten Entwicklungsschritt bereits stark an die im Prozesstechnik-Umfeld bekannten Remote-I/O-Systeme angenähert. Insbesondere durch seine hohe Innovationskraft rund um Industrie 4.0 hat es sich aber gleichzeitig zu einer technisch hochmodernen – und vor allem in Bezug auf die Leistungsfähigkeit – zu einer deutlich überlegenen Struktur entwickelt.

In den vergangenen Jahren hat maßgeblich die Vision des IoT (Internet of Things) zu einer Weiterentwicklung geführt, die das PLC-basierte System auch mit dem integrativen Charakter eines DCS versieht. In der Folge haben sich ausgereifte Protokolle für den systemübergreifenden Datenaustausch, wie z. B. OPC UA, aber auch zum Austausch zwischen Leitebene und Cloud, wie z. B. MQTT und AMQP, etabliert.

Während der Maschinenbau diese Möglichkeiten nutzt, um den Gedanken der Industrie 4.0 vollumfänglich umzusetzen, benötigt der Prozesstechniker – vor dem Hintergrund verschiedenster Motivationen – voll integrierte Lösungen. Diese sollen sämtliche Hierarchielevel abdecken, vom Sammeln der Daten aus explosionsgefährdeten Bereichen bis hin zur weltweiten Ferndiagnose von Anlagen aus zentralen Prozessleitsystemen heraus. Ziel ist es, das notwendige Fachpersonal für Bedien- und Wartungszwecke zu reduzieren. So soll einerseits dem erhöhten Kostendruck Rechnung getragen werden. Anderseits eröffnen sich dadurch neue Möglichkeiten, um durch umfangreiche Diagnose- und Analysewerkzeuge die Anlageneffizienz und -stabilität zu erhöhen.

Wegbereiter für Prozesstechnik 4.0

Gerade bei der Projektierung prozesstechnischer Neuanlagen, aber auch bei bestehenden Produktionsstätten wird heute ein besonderes Augenmerk auf Effizienz, Sicherheit und Kostenoptimierung gelegt. Hierzu bedarf es einer anlagenübergreifenden, teils sogar globalen Vernetzung. Daraus resultiert ein hoher Automatisierungsbedarf mit ausgeprägtem Interesse an IoT-Lösungen, beispielsweise zur Aggregation prozesstechnischer Anlagen in einem zentralen Leitstand zur weltweiten Steuerung und Auswertung von Daten. So ist ein energie- und rohstoffeffizienter Prozessablauf Voraussetzung für den wirtschaftlichen Betrieb einer prozesstechnischen Anlage. IoT-Dienste unterstützen den Anlagenbetreiber bei der Überwachung der relevanten Betriebsparameter in allen Prozessschritten, womit bei ausgedehnten dezentralen oder über mehrere Standorte verteilten Anlagen eine deutliche Aufwandsreduzierung erreicht wird.

Entsprechende Industrie-4.0- und IoT-Konzepte stellen allerdings hohe Anforderungen an die Vernetzung und Kommunikation von Geräten und Diensten. PC-basierte Steuerungstechnologien stellen hierfür eine essenzielle Grundlage dar und haben sich
daher in heutigen Lösungen für die Prozessautomatisierung bereits als Standard etabliert. Mit dem neuen TwinCAT IoT stellt die Engineering- und Steuerungs-Software TwinCAT 3 nun zusätzlich die Basistechnologie für Industrie-4.0-Konzepte und die IoT-Kommunikation zur Verfügung. Auch die neuen IoT-kompatiblen I/O-Komponenten von Beckhoff ermöglichen eine einfach zu konfigurierende, nahtlose Integration in Public- und Private-Cloud-Anwendungen.

Die Security, also die notwendige Datensicherheit ist dabei direkt integriert. Denn vor allem bei der Verwendung eines Public-Cloud-Systems sollen die transferierten
Daten verschlüsselt kommuniziert und bei der Authentifizierung am Cloud-Dienst gängige Security-Verfahren verwendet werden. Beckhoff-IoT-Produkte basieren daher auf der Transport Layer Security (TLS), um
sowohl eine Nachrichtenverschlüsselung zwischen Steuerung und dem sogenannten Message Broker als auch eine Authentifizierung an diesem zu gewährleisten.

Offene Automatisierungstechnik

Beckhoff bietet mit PC-based Control einen Automatisierungsbaukasten, um alle Anforderungen nahtlos in einer durchgängigen Komplettlösung vereint umzusetzen. Denn mit der Ergänzung um spezifische Neuerungen für prozesstechnische Applikationen stellt das im Maschinenbau und in der Fabrikautomation bewährte Automatisierungssystem nun auch dem Prozesstechniker umfangreiche Lösungen zur Verfügung.

Hierbei ist besonders das offene Automatisierungskonzept hervorzuheben. Denn durch die Unterstützung aller nennenswerten Bussysteme lassen sich die Vorteile der Beckhoff-Steuerungen leicht in bestehende Architekturen integrieren und nutzen. Zudem stellen die langfristige Produktverfügbarkeit und die Sicherstellung von Rückwärtskompatibilität einen hohen Investitionsschutz und eine optimale Ersatzteilversorgung sicher. So verstehen sich ältere EtherCAT-Komponenten auch mit aktuellen Produkten. Daraus ergibt sich z. B. bei Bestandsanlagen eine möglichst einfache Modernisierung mit der Integration moderner Funktionen. Bestandssysteme können auf diese Weise nachträglich einfach und kostengünstig z. B. um eine Cloud-Anbindung und IoT-Funktionen erweitert werden.

Besonders deutlich werden die Vorteile des durchgängigen und offenen Beckhoff-Automatisierungssystems bei der Neuanlagen-Planung. In der Feldebene kann durch den Einsatz von EtherCAT-Klemmen der Serie ELX – für den direkten Anschluss von eigensicheren Feldgeräten – eine deutliche Platzersparnis und somit Kostenreduzierung erreicht werden. Durch den Wegfall separater Trennbarrieren kommen dabei klare Vorteile hinsichtlich Diagnose und Installationsaufwand hinzu. Weiterhin ermöglichen die Embedded-PCs der CX-Serie, mit hoher Rechenleistung und bis zu 12-CPU-Kernen auf der Hutschiene, die dezentrale Ausführung selbst komplexester Regelungsaufgaben.

Vereinfachter Anlagenbetrieb

In der Steuerungsebene ermöglicht das fein skalierbare Industrie-PC-Portfolio von Beckhoff maßgeschneiderte Steuerungslösungen. Diese können nicht nur vielfältige Steuerungsaufgaben übernehmen, sondern sie lassen sich auch einfach in Prozessleitsysteme integrieren. Durch die Unterstützung zahlreicher Standards und Protokolle ist der systemübergreifende Datenaustausch sowohl in die Leittechnik wie auch in der Feldebene jederzeit sichergestellt.

Visualisierungsaufgaben können durch TwinCAT HMI optimal im Sinne einer möglichst effizienten und sicheren Anlagenbedienung umgesetzt werden. Nutzen lässt sich TwinCAT HMI hierbei sowohl auf mobilen Endgeräten wie auch auf den Control Panels oder Panel-PCs. Speziell für die Prozessvisualisierung und -steuerung in explosionsgefährdeten Bereichen (Zone 2/22) stehen letztere als attraktive Geräte der CPX-Serie mit Multitouch-Technologie und robustem Aluminiumgehäuse zur Verfügung.

Das Engineering der gesamten Anlage sowie die Bereitstellung von Prozessdaten in Richtung Leitsystem oder überlagerter Cloud erweisen sich dank umfangreicher TwinCAT-Funktionen als eine intuitive Aufgabe. Zahlreiche Diagnosemöglichkeiten und Schnittstellen, wie z. B. der TwinCAT-FDT-Container zur Einbindung von Feldgerätetreibern (DTM), ermöglichen eine zeitsparende und zielführende Inbetriebnahme sowie ggf. einen einfachen Neueinstieg in die Beckhoff-Steuerungswelt. Dabei ist es mit dem durchgängigen Beckhoff-Baukasten „für beide Welten“ irrelevant, ob die Anforderungen dem diskreten oder prozesstechnischen Automatisierungsumfeld entspringen.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: cav1117beckhoff

Halle 7, Stand 406


kompakt und eigensicher: EtherCAT-Klemmen

Die EtherCAT-Klemmen der Serie ELX ermöglichen mit ihren eigensicheren Ein-/Ausgängen in hochkompakter Bauform den direkten Anschluss von Feldgeräten in Ex-Zone 0, 1 und 2. Damit vereint PC-based Control von Beckhoff nahtlos Automation und Prozesstechnik – mit allen Vorteilen einer durchgängigen und lückenlosen Diagnose direkt im EtherCAT-System.

Die Klemmen der Serie ELX erweitern das EtherCAT-Klemmensystem mit über 100 unterschiedlichen Signaltypen um I/Os für den Explosionsschutz. Die Kombination aus hochkompaktem I/O-Modul und integrierter Trennbarriere liefert als Ergebnis eine äußerst schmalbauende EtherCAT-Klemme für den Anschluss eigensicherer Feldgeräte, die den Platzbedarf im Schaltschrank um bis zu 50 % reduziert. Dies bringt insbesondere im Ex-Bereich – mit den meist engen Platzverhältnissen und der aufwendigen, teuren Gehäusetechnik – Vorteile mit sich.

Die ELX-Serie erfüllt mit der anstehenden Zertifizierung gemäß Atex und IECEx wichtige branchenspezifische Richtlinien für den Explosionsschutz und ist weltweit in nahezu allen Märkten einsetzbar. Dabei stehen im 12-mm-Gehäuse bis zu vier und im 24-mm-Gehäuse bis zu acht eigensichere Eingänge zur Verfügung.

Prozesstechnik und Automation kombiniert in einem System: Die EtherCAT-Klemmen der Serie ELX verfügen über eigensichere Ein-/Ausgänge und erlauben so den direkten Anschluss von Feldgeräten bis in Ex-Zone 0/20
Bild: Beckhoff

Elegantes Design Multitouch-Panel

Die Control-Panel-Serie CPX eignet sich für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 2/22. Das hochwertige und widerstandsfähige Aluminiumgehäuse sichert die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit unter den rauen Ex-Umgebungsbedingungen, sodass die Vorteile hinsichtlich Bedienung, Haptik und Design auch für Anwendungen in der Prozesstechnik verfügbar sind.

Das CPX-Portfolio umfasst eine große Auswahl an Formaten, Größen, Montageoptionen und Leistungsmerkmalen. Die Bandbreite der Formate reicht von 15″ (4:3) und 19″ (5:4) bis 21,5″ (16:9 Widescreen). Damit profitiert nun auch die Prozesstechnik von der modernen kapazitiven Multitouch-Technologie, mit der sich optimale und intuitive Bedienkonzepte realisieren lassen.

Um alle Einsatzanforderungen erfüllen zu können, stehen mit den beiden Serien CPX29xx und CPX39xx zum einen Control Panel für den Schaltschrankeinbau und zum anderen IP 65-Stand-alone-Panel für die Tragarmmontage zur Verfügung. Gleiches gilt für die lüfterlosen Panel-PCs der Reihen CPX27xx bzw. CPX37xx.

Die Ex-Panel-Lösungen der CPX-Serie verbinden als Einbau- oder Stand-alone-Variante ein hochwertiges und elegantes Design mit moderner kapazitiver Multitouch-Technologie
Bild: Beckhoff

Autor: Benjamin Bruns

Branchenmanager
Prozessindustrie,

Beckhoff Automation

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