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Nr. 1 | März 2011 | www.pc-control.net

16 | cover

Direkter Anschluss von Servomotor

und Resolver an 12-mm-Busklemme

22 | products

TwinCAT 3 – Neue Möglichkeiten durch

objektorientierte Programmierung

52 | worldwide

Embedded-PCs verarbeiten 40.000 Datenpunkte

in Basler Nordtangente

Der Servo ver stärker in

der EtherCAT-Klemme


2 contents PC-Control 01 | 2011

22 | TwinCAT 3 – Neue Möglichkeiten

durch objektorientierte

Erweiterungen

30 | Schauspielhaus Nürnberg,

Deutschland: Komplexe Bühnenund

Theatertechnik mit PC- und

EtherCAT-basierter Steuerung

52 | Basel-Stadt Stadtentwicklung

Basel Nord, Schweiz: Embedded-PCs

verarbeiten 40.000 Datenpunkte in

Basler Nordtangente

4 | news

Hannover Messe 2011

22 | TwinCAT 3 – Neue Möglichkeiten durch

objektorientierte Erweiterungen

42 | Royal Huisman, Niederlande: Vollautomatisierte

Segeljacht „Twizzle“

8 | Beckhoff forciert Geschäftsbereich Motion:

Joint Venture mit Fertig Motors GmbH

10 | Interpack 2011

26 | worldwide

f | glass GmbH, Deutschland:

EtherCAT sorgt für den richtigen Durchblick

44 | espriTex GmbH, Schweiz:

Highspeed-Falten mit Präzision

47 | Neue Niederlassung in Israel eröffnet

11 | Beckhoff Indien gründet Niederlassung

in der Region Gujarat

13 | ET-Busklemmen für extreme Klimazonen

14 | EtherCAT Box umfasst alle analogen

Standardsignale

16 | cover

Servoklemme EL7201: Vollständiger Servoverstärker

in kompakter EtherCAT-Klemme

19 | products

Vorteile von Windows Embedded Compact 7

in der Automatisierungstechnik

impressum

30 | Schauspielhaus Nürnberg, Deutschland:

Komplexe Bühnen- und Theatertechnik

mit PC- und EtherCAT-basierter Steuerung

34 | IPTE FA (Factory Automation), Belgien:

Beckhoff-Automatisierungsplattform steuert

„EasyMounter“

36 | KMT Produktions- und Montagetechnik GmbH,

Deutschland: Beckhoff-Automatisierungstechnik

garantiert schnellen Prozessablauf

38 | Beckhoff eröffnet Tochterunternehmen

in Singapur

40 | Quintech Engineering Innovations,

Niederlande: Automatisierte Sichtprüfung

bei der Gepäcksortierung

48 | Thibaut S.A.S., Frankreich: Steuerungsrelaunch

für CNC-Bearbeitungszentren

50 | Randek AB, Schweden:

Vollautomatische Produktion von Dachbindern

52 | Basel-Stadt Stadtentwicklung Basel Nord,

Schweiz: Embedded-PCs verarbeiten

40.000 Datenpunkte in Basler Nordtangente

56 | ETG

EtherCAT Technology Group

58 | events

Messen und Events 2010/2011

PC-Control

The New Automation Technology Magazine

Herausgeber:

Beckhoff Automation GmbH

Eiserstraße 5

33415 Verl/Germany

Telefon: +49 (0) 52 46 / 9 63-0

Fax: +49 (0) 52 46 / 9 63 -1 98

info@beckhoff.de

www.beckhoff.de

Redaktionsleitung:

Frank Metzner

Redaktion:

Gabriele Kerkhoff

Martina Fallmann

Telefon: +49 (0) 52 46 / 9 63 - 1 40

Fax: +49 (0) 52 46 / 9 63 - 1 99

redaktion@pc-control.net

www.pc-control.net

Bildnachweis:

Basel-Stadt Stadtentwicklung

Basel Nord, Switzerland

Bugsy Gedlek (Twizzle), Netherlands

Deutsche Messe AG, Germany

espriTex GmbH, Switzerland

Michael Fritschi, foto-werk.ch

Fulgido, Fotolia.com

IPTE FA (Factory Automation), Belgium

KMT Produktions- und

Montagetechnik GmbH, Germany

Ray Main (Twizzle), Netherlands

Nikontiger, iStockphoto.com

Quintech Engineering

Innovations, Netherlands

Randek AB, Sweden

Siegfried Schnepf, Fotolia.com

Thibaut S.A.S., France

Design: www.a3plus.de

Druck: Richter Druck- und

Mediencenter, Germany

Auflage: 25.000


PC-Control 01 | 2011

3 editorial

25 Jahre PC-Control-Revolution

1980 wurde Beckhoff Automation gegründet; sechs Jahre später

wurde bereits die erste PC-basierte Maschinensteuerung von Beckhoff

ausgeliefert. Es handelte sich um eine „einfache“ Steuerung für eine

Doppelgehrungssäge, die eine Einachsen-Positioniersteuerung mit

einigen Maschinenablauffunktionen umfasste. Die Säge war eine bekannte

Standardmaschine, die durch die neuartige PC-Steuerungstechnik

zu einem unmittelbaren Verkaufserfolg für den Maschinenbauer

wurde. Die Kombination von IT-Funktion und

Automatisierungstechnik (AT) in einer Steuerung

war und ist eine Revolution, und der daraus

resultierende Nutzen wurde schon damals

von Maschinenbauern und Anwendern erkannt

und begeistert aufgenommen. So konnten z. B.

Daten mit IT-Standardmedien (Disketten) direkt

in die Maschinensteuerung eingelesen werden.

Das war ein echter Produktivitätsfortschritt im

Jahre 1986.

Konsequent und schnell hat Beckhoff sein

PC-Control-Konzept in den folgenden Jahren

ausgebaut: Mehrachsen-NC-Funktionalität und

Hans Beckhoff, Geschäftsführer Beckhoff eine vollständige, integrierte Software-SPS

ermöglichten die PC-basierte Steuerung von

hochkomplexen Maschinen und Anlagen. Hier sei angemerkt, dass

Beckhoff diese Technologie in enger Zusammenarbeit mit vielen mittelständischen

Kunden vorangetrieben hat, die den neuen Technologiekonzepten

offen gegenüberstanden und ihren Nutzen daraus zogen

und so einen wichtigen „geschichtlichen“ Anteil an der Entwicklung

von PC-Control haben.

1990 war die PC-Control-Technologie so weit ausgereift, dass Beckhoff

das Konzept erstmalig einer breiteren Öffentlichkeit auf der Hannover

Messe vorstellte. Die Fachwelt war überrascht, skeptisch und beeindruckt.

Die Leistungsfähigkeit und auch Preiswürdigkeit überzeugten

jedoch viele Kunden schnell. PC-Control hat sich, ausgehend von dieser

Hannover Messe, weltweit als Standardtechnologie in der Automatisierung

durchgesetzt und Beckhoff ein Wachstum von damals 40 auf

heute 1.650 Mitarbeiter weltweit ermöglicht.

An dem Erfolgskonzept hat sich seither nichts Grundlegendes geändert:

Die Abstraktion der Steuerungsfunktion von der Gerätehardware

und die konsequente Nutzung von „Mainstream“-Technologien der

IT-Welt zur Konver genz mit Prinzipien der Automatisierungstechnologie

führen einerseits zu einer immer weiter voranschreitenden

Leistungs- und Funktionssteigerung und andererseits zur Kostenreduktion.

Das PC-Control-Prinzip ist denkbar einfach: Ein leistungsfähiger

Industrie-PC, eine ebenso leistungsfähige Feldbusanschaltung, daran

angeschlossen die Peripheriegeräte für Sensorik und Aktorik, eine

Steuerungssoftware mit Echzeitfähigkeit für Motion und Logik – mehr

braucht es nicht.

Natürlich hat Beckhoff in den vergangenen 25 Jahren weitere wichtige

Produkte entwickelt, die als Meilensteine gelten können, da sie

zum Teil in sich eine kleine oder größere Revolution darstellen und

maßgeblich zum heutigen Stand der PC-basierten Automatisierung

beigetragen haben. Nennen möchte ich hier:

| 1989: Lightbus – Lichtleiterbasierter Feldbus für die schnelle

I/O-Ankopplung

| 1995: Busklemmen – Feingranulare I/Os

| 1996: TwinCAT – Standardautomatisierungs-Echtzeit software

unter Windows

| 2003: EtherCAT – Echtzeit-Ethernet für die Automa tisierung

| 2005: TwinSAFE – Funktionale Sicherheit in nicht-sicheren Umgebungen

| 2006: Scientific Automation – Messtechnik und Inge nieurwissenschaft

als Steuerungsbestandteil

| 2008: XFC – Ultraschnelle Steuerungen für effiziente Maschinen

und Anlagen

| 2010: TwinCAT 3 – Engineeringtool für objektorientierte und

modulare Automatisierung

| 2011: CCAT – C for Control Automation Technology – hochsprachenbasierte

Automatisierung

„Die Welt ist groß und bunt“ – heißt es bei Beckhoff, wenn wir die Vielfalt

der an die Automatisierung gestellten Anforderungen beschreiben

wollen, und wir sind stolz darauf, dass unsere PC-Control-Technologie

in dieser großen, bunten und auch schönen Welt breiteste Anwendung

gefunden hat: Im Maschinen- und Anlagenbau, in der Mess- und

Prüftechnik, in Windkraftanlagen und der Photovoltaikherstellung,

in Bürogebäuden und Einfamilienhäusern, in der Bühnentechnik und

auf Luxusyachten, in der Medizintechnik und in Teilchenbeschleunigern

… in allen Bereichen ist PC-Control von Beckhoff die Basis, um

intelligente, leistungsfähige und zuverlässige Steuerungstechnik zu

realisieren.

Und die Revolution geht weiter, getrieben durch Hard- und Softwarefortschritte

in der IT- und AT-Technologie. Die Multicore-Technologien

erlauben die Bereitstellung nahezu unbegrenzter Rechenleistung,

neue Softwarewerkzeuge verbessern das Engineering. Alle Automatisierungsingenieure

sind aufgerufen, diese Leistungssteigerungen zu

nutzen, um z. B. Maschinen, Anlagen und Gebäude effizienter und

ressourcenschonender zu steuern, und insbesondere, um der Phantasie

freien Lauf zu lassen und damit zu den Revolutionen der nächsten 25

Jahre beizutragen!

Automatisierung bleibt spannend.

Hans Beckhoff


4 news PC-Control 01 | 2011

Hannover Messe 2011 –

Industrial Automation meets IT

Auf der Hannover Messe, die vom 4. bis zum 8. April 2011 stattfindet, präsentieren sich 13 Leitmessen mit einem umfassenden

Lösungsangebot. Der Bereich Industrial Automation hat in diesem Jahr den Schwerpunkt Industrial IT weiter ausgebaut. Damit

bietet die Hannover Messe einen echten Mehrwert. Der Besucher kann sich einen Überblick von der Factory Auto mation bis zu

übergelagerten IT-Strukturen, wie M2M-Kommunikation, oder ausfallsicheren Servern verschaffen. Die enge Verzahnung der

IT und Automation ist die Basis für alle Grundtechnologien von Beckhoff: Bei der Entwicklung von PC-Control, EtherCAT oder

TwinCAT 3 wurden Mainstream-Technologien der IT-Branche für die Automatisierungstechnik adaptiert.

Auf der Hannover Messe 2011 ist Beckhoff mit zwei Ständen

vertreten. Neben dem Hauptstand im Bereich Industrial

Automation in Halle 9 ist Beckhoff auf der Leitmesse

Wind in Halle 27 präsent (weitere Informationen zum

Windstand siehe Seite 7). Auf dem Hauptstand präsentiert

Beckhoff das komplette Produkt- und Lösungsspektrum

der PC- und EtherCAT-basierten Steuerungstechnik. Im

Fokus stehen u. a. Neuheiten in der Sicherheitstechnik

und die Erweiterung der Scientific Automation.

Scientific Automation: Hochpräzise Messtechnikklemmen

erweitern den I/O-Baukasten

Für messtechnische Anwendungen präsentiert Beckhoff

hochpräzise Klemmen für das EtherCAT-I/O-System. Der

geringe Messfehler verbessert die Qualität der Signalerfassung.

Die hohe Auflösung verbessert die Regelgüte,

besonders wenn kleinste Abweichungen exakt ausgeregelt

werden sollen. Neu sind hochgenaue Thermoelement-

und Wägeklemmen, die eine Anwenderkalibrierung

mit dem verwendeten Sensor in der Applikation unterstützen.

Optional ist ein Kalibrierzertifikat erhältlich.

Das Spektrum des Energiemonitorings wird um eine

neue Leistungsmessklemme erweitert, die für einen höheren

Spannungsbereich auslegt ist und eine erweiterte

Netzanalyse ermöglicht. Die neue Hochspannungsoversampling-Klemme

EL3773 ermöglicht das exakte Erfassen

von drei Netzspannungen und Netzströmen mit

einer simultanen Abtastrate von bis zu 10 kSamples/s.

Zusammen mit den TwinCAT-Auswerte-Funktionen kann

eine umfangreiche Netzanalyse durchgeführt werden.

Softwareseitig ergeben sich mit TwinCAT 3 erweiterte

Möglichkeiten in der Simulation von Maschinen und

Anlagen. Der schon mit dem „TwinCAT Simulation Manager“

eingeschlagene Weg, mit Hilfe von Simulation

Kosten durch reduzierte Inbetriebnahme zu sparen, wird

hier konsequent durch die Integration von Matlab ® /

Simulink ® fortgesetzt. Mit Matlab ® /Simulink ® – dem

international bekannten Tool für die Erstellung von Simulationen

– können Maschinen- und Anlagensimulationen

einfach erstellt und in Echtzeit mit der SPS und Motion

getestet werden. Viele Probleme können so schon vor

der eigentlichen Inbetriebnahme vor Ort ausgeräumt

werden. Matlab ® /Simulink ® eignet sich auch hervorra-


PC-Control 01 | 2011

5 news

gend für den Entwurf und die Optimierung von Reglern

und Filtern.

Die Software TwinCAT Kinematic Transformation erweitert

die Beckhoff-PC-Steuerung um die Möglichkeit, auch

Roboter in Software direkt auf dem Steuerungsrechner

auszuführen. Die Kinematiken für Kartesisches Portal,

Scheren, Rollen (H-Bot), 2-D-Parallel und 3-D-Delta werden

durch eine erste 6-achsige Kinematik auf Basis von

Seilen erweitert. Ein Prototyp dieser sehr flexiblen und

kostengünstigen Kinematik wurde bereits auf der Automatica

2010 dem breiten Fachpublikum vorgeführt. Mit

den integrierten Tracking-Algorithmen können Teile auf

bewegten Bändern einfach verfolgt und zum passenden

Zeitpunkt vom Roboter gegriffen werden.

Die Grundlage für Scientific Automation liegt in der

stetig steigenden Leistungsfähigkeit der PC-Prozessoren.

Damit kann eine zentrale PC-Steuerung neben den

klassischen SPS- und Motion-Funktionen zusätzliche

Aufgaben übernehmen. Hardwareseitig bietet das neue

Beckhoff-Motherboard CB3054 die Basis für eine neue

Leistungsklasse von IPCs: vom Kompakt-PC bis zum

IP-65-Panel-PC. Das 3½-Zoll-Motherboard ist ausschließlich

für Mehrkernprozessoren entwickelt und ist hinsichtlich

Preis und Performance die optimale Basis für eine

moderne PC-basierte Steuerungstechnik.

TwinCAT 3 integriert Safety-Runtime auf

dem PC und flexibles Engineeringkonzept

Beckhoff bietet mit TwinSAFE eine in Software und

Hardware skalierbare Sicherheitslösung an. Mit der

Einführung von TwinCAT 3 steht auch eine Safety-

Runtime auf dem PC, d. h. eine reine Softwarelösung,

zur Verfügung. Mit einer auf dem Industrie-PC laufenden

Sicherheits-SPS kann die gleiche Performance, wie sie für

die Standardsteuerung zur Verfügung steht, auch für die

Sicherheitstechnik genutzt werden.

TwinCAT 3 enthält auch ein neues Engineeringkonzept

für Safety-Anwendungen, das durch die freie Wahl der

Programmiersprache, die Flexibilität und den Einsatzbereich

erweitert wird. Die Programmierung erfolgt neben

der bekannten Funktionsblockdiagrammsprache (FUP/

FBD) auch mit der Hochsprache C.

Der Vorteil: TwinCAT 3 enthält in einem Tool voll integriert

Konfiguration, Programmierung, Diagnose sowie

einen Calculator zur Errechnung der Performance-Level

gemäß den neuen Maschinenrichtlinien.

Die wichtigsten Informationen auf einen Blick:

| Hannover Messe 2011, Deutschland

| 4. – 8. April 2010

| Öffnungszeiten: Montag – Freitag 9.00 – 18.00 Uhr

25 Jahre PC-Control

ein Weltstandard für

die Automatisierung

Als weiteres Thema präsentiert Beckhoff

auf der Hannover Messe eine Sonderschau

zum 25-jährigen Jubiläum der

PC-Control-Technologie. Als Steuerungsplattform

setzt Beckhoff bereits seit

1986, und damit als einer der ersten Anbieter,

auf PC-basierte Steuerungstechnik.

Die rasante Weiterentwicklung und

der enorme Leistungsgewinn, der sich

seitdem in der PC-Technologie ergeben

hat, konnten direkt in die Performance

der Maschinensteuerung übernommen

und dort zur Steigerung der Effektivität

genutzt werden. Durch die stetig

steigende Prozessorleistung können immer

komplexere Funktionen integriert

werden.

Mit PC-Control bietet Beckhoff modulare,

offene und softwarebasierte Steuerungstechnik.

Die PC-basierte Steuerung

ist Basis für die Beckhoff-Kerntechnologien,

wie EtherCAT, eXtreme Fast Control

oder TwinCAT Safety PLC.

Die Servoklemme EL7201 für das Beckhoff-EtherCAT-

Klemmensystem integriert im Standardklemmengehäuse

einen vollständigen Servoverstärker für Motoren bis 200 W.

Als Neuerung stellt Beckhoff eine Serie von Kleinst-Servomotoren

für die Servoklemme vor.

www.hannovermesse.de

www.beckhoff.de/hmi

Beckhoff-Stände:

| Beckhoff-Hauptstand: Halle 9, Stand F06

| Beckhoff auf der Leitmesse Wind:

Halle 27, Stand H60

Beckhoff auf Partnerständen:

| EtherCAT Technology Group: Halle 9, Stand D18

| PROFIBUS Nutzerorganisation: Halle 9, Stand D05/2

| OPC Foundation: Halle 9, Stand A15

| OWL Maschinenbau: Halle 16, A04

New Automation

Technology Live!

Die Messepräsentation auf dem Hauptstand

in Halle 9 wird begleitet durch

ein Vortragsprogramm zu aktuellen

Themen, wie TwinCAT 3, Scientific

Automation, Condition Monitoring und

TwinSAFE.


6 news PC-Control 01 | 2011

Interview mit Thomas Rilke, Abteilungsleiter

Automation der Hannover Messe

„Wettbewerbsvorteile durch intelligente

Automationstechnologien“

Die Hannover Messe 2011 ist im Frühjahr der ideale Standort, um sich über die aktuellen Produkte und

Lösungen der Industrieautomation zu informieren. Die Automationsbereiche der Hannover Messe: Indus -

trial Automation, Motion Drive & Automation und Digital Factory sind die größten Bereiche der Messe. Die

PC-Control sprach mit Thomas Rilke, Abteilungsleiter Automation der Hannover Messe.

Herr Rilke, die Hannover Messe 2011 steht kurz vor der

Tür. Was dürfen wir von der Veranstaltung erwarten?

Das wird der stärkste Automationsbereich der Hannover Messe seit

langer Zeit. Alle Automations hallen sind voll und warten mit einer

klaren Themenaufteilung auf: Fabrikautomation, Prozessauto mation,

Digitale Fabrik, Antriebstechnik und die zentralen Themen der Automation.

Es zeichnet sich ein starkes Interesse bei den Besuchern aus

der Industrie ab, die Ticketbestellungen deuten auf einen hervorragenden

Zuspruch hin, aus Europa und auch aus Übersee. Die Konjunktur

brummt. Nun sind Unternehmen auf der Suche nach Lösungen für

die kommenden Aufgaben. Auf der Hannover Messe finden Besucher

das passende Produkt für Ihre speziellen Anforderungen.

Sie sind zuständig für den Bereich Indus trial Automation.

Was ist hier neu?

Wenn Sie beispielsweise aus dem Maschinenbau kommen und eine

Handlingsaufgabe in oder an einer Maschine zu lösen haben, dann

möchten Sie von der Steuerung über die Antriebstechnik bis hin zu

Linearachsen und Robotern die gesamte Bandbreite auf einer Automationsmesse

geboten bekommen. Ein anderes Beispiel: Sie nutzen

windowsbasierte Produkte von Beckhoff, möchten aber auch Fragen

aus der Windows-Embedded-Welt klären oder ausfallsichere Server

in Ihrer Produktion zum Einsatz bringen und diese mit der Windows-

Welt verbinden. Auch dafür bietet sich ein Besuch in Hannover an.

Wir versuchen den Besuchern eine einmalige Messe-Plattform für

sämtliche Automationsdisziplinen zu bieten.

Wie können sich Besucher über dieses Thema informieren?

In Zusammenarbeit mit dem ZVEI haben wir in Halle 8 ein neues

Forum organisiert: Das Industrial-IT-Forum. An allen Messetagen wird

in Vorträgen und Diskussionen das Zusammenspiel zwischen den

IT-Komponenten der Elektroautomation mit übergelagerten Servern

und untergelagerten Embedded-Systemen beleuchtet. Sie finden

neben den Lösungen der klassischen Industriekommunikation auch

Wireless-Applikationen und das Thema M2M über öffentliche Netze.

Industrial Automation steht auch für

Roboter & Autonome Systeme

Dieser autonome Bereich wird immer wichtiger. Im Vergleich zum

Vorjahr ist der Roboterbereich um ein Drittel gewachsen. Fast alle

Marktführer der Robotik zeigen ihre Produkte und Lösungen in

Hannover. Auch über den Industrieroboter hinaus bietet die Hannover

Messe einen umfangreichen Überblick an mobilen Robotern &

autonomen Systemen. In der Industrieproduktion gehören mobile

Systeme zum Erscheinungsbild, aber auch Roboter, die Solarmodule

reinigen, fahrerlose Transportsysteme in Produktion und Logistik und

fliegende Systeme werden präsentiert. Die Aussteller der Hannover

Messe zeigen die neuesten Entwicklungen.


PC-Control 01 | 2011

7 news

PC-Control für Windkraftanlagen –

Interview mit Dirk Kordtomeikel

Beckhoff auf der Wind 2011

Mit der Leitmesse Wind stellt die Hannover Messe, die vom 4. bis. 8. April

2011 in Hannover stattfindet, das Thema Windenergie in den Fokus. Auf

dem Messestand in Halle 27, Stand H60, präsentiert sich Beckhoff mit

seinen PC- und EtherCAT-basierten Automatisierungslösungen als kompetenter

Partner der Windkraftbranche. Allein 2010 wurden über 6.000

Windkraftanlagen mit Beckhoff-Steuerungstechnik ausgerüstet. Zu den

Highlights der Messepräsentation gehören, neben TwinCAT 3, der neuesten

Version der Automatisierungssoftware, das Condition Monitoring

sowie neue Messtechnikklemmen für das Beckhoff-EtherCAT-I/O-System.

Als Neuerungen präsentiert Beckhoff auf der Wind 2011 windkraftspezifische

Softwarebibliotheken und die Umsetzung der IEC-61400-25-Fernwirkprotokolle

für die Anlagenkommunikation in Windparks. Im Bereich

der I/O-Systeme werden Busklemmen für den erweiterten Temperaturbereich

sowie eine neue Leistungsmessklemme zur erweiterten Netzanalyse

vorgestellt, die den Anwendungsbereich der Beckhoff-Technik weiter

ausbauen.

Wind 2011

www.beckhoff.de/wind2011

PC-Control für Windkraftanlagen www.beckhoff.de/wind

Innovative Technologien in der Windkraftbranche

Vor rund zehn Jahren, im Jahr 2000, konnte Beckhoff die ersten

Kunden aus dem Bereich Windenergie gewinnen. Im Vorfeld der

Messe Wind 2011 erläutert Dirk Kordtomeikel, Branchenmanager

Windkraft bei Beckhoff, im Interview die aktuellen Entwicklungen

und Trends der Windkraftbranche.

PC-Control: Allein 2010 wurden über 6.000 Windkraftanlagen mit Beckhoff-

Steuerungstechnik ausgerüstet. Welche Entwicklung erwarten Sie für das

Jahr 2011? In welchen Ländern wird das stärkste Wachstum stattfinden?

Dirk Kordtomeikel: Für Beckhoff war das Jahr 2010, dank unserer chinesischen Kunden,

äußerst erfolgreich. Wir konnten unseren Umsatz im Bereich Windenergie um 100 % steigern.

Für 2011 erwarten wir ein Wachstum im 2-stelligen Bereich. Der stärkste Wachstumsimpuls

ist in den letzten Jahren aus China gekommen, und wir gehen davon aus, dass

diese Entwicklung anhalten wird. Weitere Märkte sind bereits im Entstehen oder werden

in absehbarer Zeit hinzukommen, wie z. B. Indien, Brasilien und Korea. Die hervorragende

Kosten-Nutzen-Relation der Windkraft, im Bereich der alternativen Energien, lässt für die

kommenden Jahre ein weiteres weltweites Wachstum der Branche erwarten.

Sehen Sie die deutsche Technologieführerschaft durch das starke Wachstum

der asiatischen und amerikanischen Märkte gefährdet und wie beurteilen

Sie diese Entwicklung?

Ich sehe die deutsche Technologieführerschaft derzeit noch nicht gefährdet. Wesentliche

Komponenten und Entwicklungen stammen nach wie vor von deutschen Zulieferern und

Ingenieurbüros. Die Asiaten werden noch einige Zeit benötigen, um technologische Akzente

zu setzen. Aber mittel- bis langfristig werden wir, nachdem China schon die Marktführerschaft

in der Produktion und Aufstellung von Windkraftanlagen übernommen hat,

auch auf technologischem Gebiet mit Konkurrenz rechnen müssen. Der amerikanische

Markt hängt entwicklungs- und produktionstechnisch gesehen von den Europäern und

Asiaten ab. Es bleibt abzuwarten, was dort mit den Fördergeldern passiert.

Welches sind die Neuheiten und Trends, die Sie auf der

Leitmesse Wind 2011 vorstellen?

Ein maßgeblicher Trend unserer Innovationen und Produktentwicklungen besteht in der

Integration weiterer Aufgaben in die Steuerungstechnik, mit dem Ziel einer optimierten

und kostengünstigeren Gesamtlösung. Zu den Highlights der Leitmesse Wind gehören

TwinCAT 3, die neueste Version unserer Automatisierungssoftware, die Visualisierung

auf der Steuerungs-CPU, die Integration der Sicherheitskette über TwinSAFE sowie die

Leistungsmessung und die schnelle Erfassung von Daten für ein Condition-Monitoring-

System.


8 news PC-Control 01 | 2011

Fertig Motors GmbH entwickelt

Servomotoren für Beckhoff Antriebstechnik

Beckhoff forciert Geschäftsbereich Motion

Erwin Fertig, Geschäftsführer Fertig Motors

(links), und Hans Beckhoff, Geschäftsführer

Beckhoff, während der Pressekonferenz auf

der SPS/IPC/DRIVES 2010 in Nürnberg.

Beckhoff investiert in die Entwicklung und Produktion eigener Antriebstechnik.

Das mit der Beckhoff-Gruppe in einem Joint Venture verbundene Unternehmen

Fertig Motors GmbH entwickelt und produziert hochdynamische

Servomotoren. Erste Produkte werden Ende 2011 vorgestellt.

Der Geschäftsbereich Motion wird mit neuen Produktlinien in

den Bereichen Servoverstärker, Servoklemmen und Servomotoren

strategisch weiter ausgebaut. Die Fertigungskapazitäten für die

Antriebstechnik wurden bereits erweitert. Angestrebt wird ein

Wachstum des Geschäftsbereiches Motion mittelfristig auf 25 %

des Gesamtumsatzes.

Beckhoff entwickelt in Zusammenarbeit mit der Fertig Motors

GmbH, mit Sitz im fränkischen Marktheidenfeld, neue Produktreihen

von Servomotoren, die speziell für die PC- und EtherCATbasierte

Steuerungstechnik von Beckhoff ausgelegt sind.

Die Fertig Motors GmbH wurde im März 2010 als Joint Venture

von Beckhoff und Erwin Fertig gegründet. Das Team um

Geschäftsführer und Elau-Gründer Erwin Fertig besteht derzeit

aus 15 erfahrenen Antriebstechnik-Entwicklern. Die Produktion

befindet sich im Aufbau und wird Ende 2011 die Serienfertigung

aufnehmen. „Unser Ziel ist die Entwicklung von Servomotoren

der neuesten Generation: dynamisch, energieeffizient und zu

niedrigen Kosten. Unser Team an hoch motivierten Spezialisten

freut sich auf diese neue Herausforderung und geht mit Begeisterung

ans Werk. Um den höchsten Qualitätsstandard nachhaltig

zu sichern und eine hohe Verfügbarkeit zu gewährleisten, sollen

alle Motoren ‚Made in Germany’ sein“, so das Statement von

Erwin Fertig.

Aufbauend auf den neuen Produktlinien sollen in Zukunft auch

applikationsspezifische Motoren entwickelt und hergestellt werden.

Beckhoff und Fertig Motors wollen so ein Optimum für ihre

Kunden und deren Anwendungen bereitstellen. Die bestehenden

Beckhoff Standard-Servomotorbaureihen AM2000, AM3000 und

AM3500 werden selbstverständlich ebenfalls weiter ausgebaut,

sodass ein breites Spektrum an antriebstechnischen Lösungen

zur Verfügung steht.

Hans Beckhoff, Geschäftsführer von Beckhoff, sieht in der Zusammenarbeit

mit Fertig Motors einen großen Schritt für die

Unternehmensentwicklung: „Wir waren immer schon Spezialisten

für Hard- und Software, und natürlich verfügen wir über

weitreichendes Know-how in der Antriebstechnik. Unser Wissen

wird nun jedoch durch die Entwicklung eigener Motorbaureihen,

insbesondere im Bereich der hochdynamischen, magnetischen

Mechanik und der dazugehörigen steuerungstechnischen Algorithmik,

noch einmal entscheidend vertieft. Darüber freuen wir

uns sehr und sind überzeugt, dass wir unseren Anwendern noch

leistungsfähigere Systemlösungen bieten können.“


PC-Control 01 | 2011

9 news

Prof. Dr.-Ing. Frank Schiller verstärkt das

Beckhoff-Kompetenzteam „Safety und Security“

Zum 1. März 2011 hat Prof. Dr.-Ing. Frank Schiller bei Beckhoff die wissenschaftliche

Leitung für den Bereich Safety und Security übernommen.

Prof. Dr.-Ing. Frank Schiller wechselte als wissenschaftlicher Leiter

für Safety und Security von der TU München zu Beckhoff.

Prof. Dr. Frank Schiller lehrt an der TU München und arbeitet auf den

Gebieten Safety und Security in der Automatisierungstechnik. Mit seinen

Forschungen und Entwicklungen hat Prof. Dr. Schiller wesentlich

zu den modernen Konzepten für sicherheitsgerichtete Kommunikation

und softwarebasierte Sicherheitslogik beigetragen.

Prof. Dr. Schiller studierte von 1987 bis 1992 Elektrotechnik an

der Technischen Universität Dresden und promovierte danach auf

dem Gebiet der Regelungstechnik an der Technischen Universität

Hamburg-Harburg. Nach seiner Promotion wechselte er in die Industrie

und arbeitete an verschiedenen Themen der Diagnose und der

Sicherheitstechnik sowie der Software-Entwicklung. In dieser Zeit

war er maßgeblich an der Entwicklung und Zertifizierung des Safety-

Protokolls PROFIsafe und an der fehlersicheren Steuerungstechnik

beteiligt. Im November 2004 nahm er eine Professur für Automatisierungstechnik

an der Fakultät Maschinenwesen an der Technischen

Universität München an.

Beckhoff und Prof. Dr. Schiller freuen sich auf die zukünftige Zusammenarbeit,

die eine Synthese aus Wissenschaft und industrieller

Entwicklung werden soll.

„Safety ist ein integraler Bestandteil der Automatisierungstechnik,

mit Safety-over-EtherCAT haben wir hier bereits einen äußerst leistungsfähigen

Standard gesetzt“, führt Geschäftsführer Hans Beckhoff

aus. „Zusammen mit Prof. Dr. Schiller werden wir weitere äußerst innovative

Konzepte realisieren, die nach unserer Auffassung ebenfalls

technologische Meilensteine werden können.“

Beckhoff auf der Prolight + Sound,

Halle 9.0, Stand E72

PC-Control für die

Bühnen- und Showtechnik

Dass die universelle PC-Control-Technologie auch für die Bühnenund

Showtechnik geeignet ist, präsentiert Beckhoff auf der Prolight

+ Sound, der weltweit größten internationalen Fachmesse

für Audio-, Licht-, Veranstaltungs- und Kommunikationstechnik,

die vom 6. bis 9. April 2011 in Frankfurt a. M. stattfindet.

Das Beckhoff-Produktspektrum, bestehend aus robusten Industrie-PCs,

I/O- und Feldbuskomponenten, hochdynamischer Antriebstechnik

(zur Bewegung von Seilzügen und Bühnenbildern)

und der Automatisierungssoftware TwinCAT, stellt die Basis zur

Automatisierung unterschiedlichster Gewerke im Bereich der

Bühnen- und Showtechnik zur Verfügung: von der Steuerung der

Ober- und Untermaschinerie einer Bühne, über die komplette

Beleuchtungssteuerung und die gesamte Gebäudeautomation,

bis hin zu Spezialeffekten, wie „Watergraphics“.

Die PC- und EtherCAT-basierte Steuerungstechnik ist Basis zur Automatisierung unterschiedlichster

Gewerke im Bereich der Bühnen- und Showtechnik inklusive der Gebäudeautomation.

www.beckhoff.de/prolight-sound

www.pls.messefrankfurt.com


10 news PC-Control 01 | 2011

Beckhoff auf der Interpack 2011 in

Düsseldorf: Halle 15, Stand D25/E26

MULTIVAC-Handhabungsmodul mit PC- und

EtherCAT-basierter Steuerungstechnik von Beckhoff

Auf der Interpack 2011 präsentiert Beckhoff seine Steuerungstechnik für die Verpackungsmaschinen.

Highlight der Livepräsentationen ist eine hochdynamische

Handhabungslösung für Produkte und Verpackungen aus der Lebensmittelindustrie.

Das Handhabungsmodul H 130 vereint Hightech-Maschinenbau von MULTIVAC

und modernste Steuerungstechnik von Beckhoff. Basis für den Pick-and-place-

Roboter sind die Automatisierungssoftware TwinCAT und EtherCAT als schnelles

Kommunikationssystem. Die FDA-konformen Beckhoff-Edelstahl-Bedienpanel und

Servomotoren sind speziell für die hohen Hygieneanforderungen in der Lebensmittelindustrie

ausgelegt.

MULTIVAC, Spezialist für Verpackungsmaschinen, mit Hauptsitz in Wolfertschwenden,

Deutschland, setzt in allen vollautomatischen Maschinen auf PC-basierte Steuerungstechnik

von Beckhoff. Das Handhabungsmodul H 130 fungiert als autonomer

Pick-and-place-Roboter oder kann vollständig in automatisierte Verpackungslinien

von MULTIVAC integriert werden. Es automatisiert vielseitige Handhabungsaufgaben

in Verpackungsprozessen und zeichnet sich durch hohe Geschwindigkeit und

Präzision, eine schnelle Umrüstbarkeit sowie ein konsequentes Hygienedesign aus.

Im H 130 kommt als PC-Steuerung ein kompakter Embedded-PC CX1020 mit inte-

Beckhoff präsentiert auf der Interpack in Düsseldorf seine Automatisierungs-

und Branchenlösungen für die Verpackungsindustrie.

Mit PC-Control von Beckhoff lässt sich die komplette Prozesskette

einer Verpackungslinie automatisieren: Alle Vorgänge, vom

Füllen, Formen, Verschließen, Labeln, Sammeln, Umverpacken bis

hin zur Palettierung, können durchgängig mit Industrie-PCs und

der Automatisierungssoftware TwinCAT realisiert werden. Auf

dem Beckhoff-Messestand in Halle 15, Stand D25/E26, liegt der

Fokus auf den Bereichen Industrie-PC, Automation und Motion

sowie der neuen Softwaregeneration TwinCAT 3.

grierten I/O-Klemmen für die Sensor-/Aktorankopplung sowie TwinSAFE-Klemmen

für die Sicherheitstechnik zum Einsatz. Für die exakten Positionieraufgaben setzt

MULTIVAC auf Beckhoff-Servoverstärker vom Typ AX5000. Basis für die schnelle

Prozesskommunikation und hochdynamische Regelung der Antriebsachsen

ist EtherCAT, das Industrial-Ethernet-System. Die vier Achsen des MULTIVAC-

Handhabungsmoduls erlauben eine exakte Positionierung im Raum sowie eine

Orientierung in der Vertikalachse. Dadurch können Produkte bis 1000 g beliebig

aufgenommen und orientiert werden.

All-in-One: Robotik und Motion Control auf einer Plattform

Die PC-basierte Steuerung von Beckhoff vereint SPS, Motion Control und Robotik

auf einer Hard- und Softwareplattform. Die Software „TwinCAT Kinematic Transformation“

integriert sich transparent in die bestehende Motion-Control-Welt.

Robotik- und Motion-Control-Funktionen lassen sich somit optimal synchronisieren.

Beispielsweise kann die 3-D-Delta-Kinematik einfach mit der Funktionalität

„Fliegende Säge“ gekoppelt werden, um auf Förderbänder aufzusynchronisieren,

Verpackungen aufzunehmen oder abzulegen (Conveyor Tracking).

Die FDA-konforme, hygienegerechte Edelstahlbauweise der Handlingslösung ermöglicht

die Nassreinigung der kompletten Einheit. Hierfür wählte MULTIVAC die

Beckhoff Control Panel in hochwertiger Edelstahlausführung. Die Steuer- und Bediengeräte

entsprechen den hohen Hygieneanforderungen der Lebensmitteltechnik.

Die in Schutzart IP 65 ausgeführten Edelstahl-Panel zeichnen sich durch ihr spaltfreies

Gehäusedesign mit flächenbündigem Touchpanel aus. Ebenso für die Lebensmittelindustrie

ausgelegt sind die Servomotoren für die Pick-and-place-Einheit. Die

Servomotorserie AM3000 mit weißer Oberflächenbeschichtung ist FDA-konform.

Die Beschichtung ist lebensmitteltauglich und resistent gegen aggressive Reinigungsmittel.

Beckhoff auf der Interpack

www.beckhoff.de/interpack

MULTIVAC Handhabungsmodul H 130 www.multivac.com


PC-Control 01 | 2011

11 news

Beckhoff Indien gründet

Niederlassung in

der Region Gujarat

Mit der Gründung einer neuen Niederlassung in Ahmedabad, im Westen

Indiens, erweitert Beckhoff sein Vertriebsnetz. Das Büro in Ahmedabad

leitet der Gebietsvertriebsleiter Mitesh Gajjar. Neben Vertrieb und

Marketing ist in der Ahmedabad-Niederlassung ebenfalls das Schulungszentrum,

das auf den Automatisierungsbedarf der Kunden in der Gujarat-

Region ausgerichtet ist, untergebracht.

Gujarat ist das Zentrum zahlreicher Maschinenbauer aus den verschiedensten

Branchen. Hierzu zählen z. B. die Bereiche Textilien, Kunststoffe,

Verpackungen, Pharmazeutika und Werkzeugmaschinen.

Neel Mistry, Vertriebsingenieur, Jitendrakumar Kataria, Geschäftsführer Beckhoff Indien,

Mitesh Gajjar, Gebietsvertriebsleiter, Kai Ristau, Head International Sales, Shrikant Shukla,

Applikations- und Serviceingenieur in der Niederlassung Ahmedabad (v. l. n. r.).

Beckhoff Indien www.beckhoff.co.in

Industriepreis für Beckhoff-

Ingenieur Nils Johannsen

Zum neunten Mal wurde der Industriepreis der Fachhochschule Westküste

(FHW) am 15. Februar 2011, in Heide im Kreis Dithmarschen, im Rahmen

des Automatisierungsforums, verliehen. Die Entscheidung über die Auszeichnung

traf ein Gremium, das sich aus je einem Vertreter des Förderforums

der FHW, der Wirtschaft und der Hochschule zusammensetzt. Nils

Johannsen, 24 Jahre alt und bei Beckhoff im Bereich Applikationssoftware

für Windkraftanlagen tätig, nahm den Preis für seine Bachelorarbeit zur

„Entwicklung eines Fuzzy-Reglers für den Blattwinkel einer Windenergieanlage“

entgegen.

Dr. Sven Wanser, Geschäftsbereichsleiter der E.ON Hanse AG, bezeichnete

in seiner Laudatio die Abschlussarbeit von Nils Johannsen als

bahnbrechend. Sie beweise, dass die Fuzzy-Logik für die Regelung von

Windenergieanlagen besser geeignet sei als herkömmliche Techniken.

Nils Johannsen ist es gelungen, die Auslegung des Reglers wesentlich zu

vereinfachen, die Regelungsgüte zu verbessern und dabei auch noch ganz

nebenbei den erforderlichen Engineering-Aufwand deutlich zu reduzieren.

„Im Gegensatz zu den heute für Windkraftanlagen vorwiegend eingesetzten

PID-Reglern, sind Fuzzy-Regler in ihrer Grundeigenschaft bereits nichtlineare

Zustandsregler, denen eine große Robustheit nachgesagt wird“,

erklärt Robert Müller, bei Beckhoff im Branchenmanagement Windenergie,

der die Bachelorarbeit von Nils Johannsen betreute.

Preisträger Nils Johannsen, von Beckhoff, (links) und Dr. Sven Wanser,

von der E.ON Hanse AG, bei der Verleihung des Industriepreises der Fachhochschule

Westküste, am 15. 2. 2011

Nach seinem Praxissemester in der Beckhoff-Niederlassung in Lübeck arbeitete

Nils Johannsen während des Studiums der Elektro- und Informationstechnik

als Werkstudent bei Beckhoff in der Softwareprogrammierung.

Seit Anfang 2011 ist er in der Lübecker Niederlassung angestellt und im

Bereich Applikationssoftware tätig. Nebenbei absolviert er im Fernstudium

seinen Master.


12 news PC-Control 01 | 2011

Embedded-PC CX8000 mit

automatischer E-Bus-/K-Bus-Erkennung

Die Embedded-PCs der Serie CX8000 erkennen automatisch, welches I/O-System an

das Gerät angeschlossen wurde: Busklemmen (K-Bus) oder EtherCAT-Klemmen (E-Bus).

Mit den Embedded-PCs der Serie CX8000 entfällt die Wahl einer Variante für die

unterschiedlichen I/O-Systeme. Grund hierfür ist ein direktes I/O-Interface, welches

sowohl für den Anschluss von Busklemmen als auch von EtherCAT-Klemmen

konzipiert ist. Der Embedded-PC CX8000 erkennt in der Hochlaufphase automatisch,

welches I/O-System angeschlossen ist. Für Anwender, die beide Beckhoff

I/O-Systeme einsetzen, erhöht sich dadurch die Flexibilität und die Lagerkosten

reduzieren sich.

Die Embedded-PCs der CX8000-Serie mit 400-MHz-ARM-CPU und MicroSD-

Karte als Speichermedium sind primär für den Einsatz als dezentrale Intelligenz

geeignet. Die Anbindung an die Mastersteuerung erfolgt über einen integrierten

Feldbusslave. Hierfür enthält die CX8000-Serie sechs Varianten mit Interfaces

für EtherCAT (CX8010), PROFIBUS (CX8031), CANopen (CX8051), PROFINET

(CX8093), EtherNet/IP (CX8095) und Ethernet (CX8090).

www.beckhoff.de/CX8000

Edelstahl-Tragarmadapter

für Edelstahl-Panel

„Compact“-Buskoppler

BK1150 für EtherCAT

Die Panel-PCs CP77xx und die Control Panel der Serie CP79xx in Edelstahlausführung sind Steuer- und

Bediengeräte, die den strengen Hygienevorschriften in der Lebensmittel-, Verpackungs- und Medizintechnik

sowie in Reinräumen entsprechen. Ein optional bestellbarer Edelstahltragarmadapter zur

Adaption an Edelstahlrohre komplettiert das Programm. Kundenspezifische Änderungen, wie weitere

Displaygrößen oder die Integration von Not-Aus- und elektromechanischen Tastern, Kurzhubtasten

und RFID-Lesern unter der Frontfolie sowie USB-Ports, runden das Angebotsspektrum ab.

Der Buskoppler BK1150 verbindet EtherCAT mit den modular

erweiterbaren Busklemmen (K-Bus). Eine Einheit besteht aus

einem Buskoppler, einer beliebigen Anzahl von 1 bis 64 Busklemmen

(mit K-Bus-Verlängerung: 255) und einer Busendklemme.

Der „Compact“-Buskoppler bietet eine kostenoptimierte

Alternative zum EtherCAT-Buskoppler BK1120.

www.beckhoff.de/Edelstahl-Panel

www.beckhoff.de/BK1150


PC-Control 01 | 2011 13 news

Industrial-Ethernet: „Compact“-Buskoppler

für Busklemmensystem

EtherNet/IP-Buskoppler

in kompakter Bauform

Die Buskoppler der „Compact“-Serie werden durch den

neuen BK9055 für EtherNet/IP ergänzt. Der BK9055 koppelt

EtherNet/IP mit dem modularen Beckhoff-Busklemmensystem,

das über 400 verschiedene Signaltypen bietet. Die Serie

der „Compact“-Buskoppler zeichnet sich durch ihr schlankes

Gehäusedesign und die kostenoptimierte Ausführung aus.

Der „Compact“-Buskoppler BK9055 bietet eine kostengünstige

Anbindung von I/Os an das EtherNet/IP-Netzwerk. Der BK9055

ist softwarekompatibel zum EtherNet/IP-Buskoppler BK9105, der,

im Unterschied zur „Compact“-Ausführung, über einen zweiten

RJ-45-Port (2-Kanal-Switch) verfügt. Damit können die I/O-Stationen,

anstatt in der klassischen Sterntopologie, als Linientopologie

aufgebaut werden.

Für Industrial-Ethernet-Systeme sind „Compact“-Buskoppler

auch für PROFINET (BK9053) und Ethernet (BK9050) verfügbar.

Der BK9050 unterstützt neben Ethernet TCP/IP, auch Modbus

TCP sowie den zyklischen Datenaustausch entsprechend dem

EtherCAT Automation Protokoll (EAP).

Ausgewählte Busklemmen, und Buskoppler, EtherCAT-Box-Module sowie die Embedded-PCs der Serie

CX5000 stehen jetzt auch als ET (Extended Temperature)-Komponenten für den erweiterten Temperaturbereich

zur Verfügung und sind für den Einsatz in extremen Klimazonen spezifiziert.

Beckhoff ET-Busklemmen für extreme Klimazonen

Flexiblerer Einsatz durch

erweiterten Temperaturbereich

Der BK9055 für EtherNet/IP erweitert die Serie der „Compact“-

Buskoppler für das Beckhoff-Busklemmensystem. Im Bereich der

Ethernet-basierten Feldbussysteme sind „Compact“-Buskoppler

auch für PROFINET und Ethernet TCP/IP verfügbar.

Buskoppler BK9055 www.beckhoff.de/BK9055

Busklemmen www.beckhoff.de/Busklemmen

Mit der Erweiterung des Betriebstemperaturbereiches

ausgewählter Standard-Busklemmen

und -Koppler auf – 20…+ 60 °C unterstützt

Beckhoff Anwendungen in extremen Klimazonen.

Auch die Embedded-PCs der Serie

CX5000 sowie ein Großteil der EtherCAT-Box-

Module sind für den erweiterten Temperaturbereich

spezifiziert.

Das Beckhoff-Busklemmensystem hat sich

seit vielen Jahren bei Anwendungen in der

Maschinen- oder Gebäudeautomatisierung

bewährt, für die ein Temperaturbereich von

0…55 °C ausreichend ist. Mit der Erweiterung

des Betriebstemperaturbereiches ausgewählter

Standardbusklemmen und -koppler auf

– 20…+ 60 °C sind diese nun auch für Anwendungen

im „Outdoor-Segment“ geeignet.

Häufige Anwendungsfelder finden sich z. B. im

Bereich alternativer Energien, wie Windkraftund

Solaranlagen oder Gezeitenkraftwerke,

die teilweise unter extremen klimatischen

Bedingungen betriebsbereit sein müssen.

Die Auswahl, der für den erweiterten Temperaturbereich

spezifizierten I/O-Klemmen, deckt

die gängigsten Anwendungsgebiete und ein

breites Spektrum an Signalarten ab. Die Komponenten

für den erweiterten Temperaturbereich

sind zum selben Preis wie die Standard-

Busklemmen verfügbar. Mit dem Einsatz der

ET-Busklemmen (Extended Temperature) kann

der Anwender evtl. sogar die Mehrkosten für

Heizung und Klimatisierung seiner Steuerungsplattform

einsparen.

Auch die Embedded-PCs der Serie CX5000

sind für den erweiterten Temperaturbereich

ausgelegt. Doch nicht nur im IP-20-Bereich,

sondern auch für die High-Performance direkt

im Feld gibt es ET-Komponenten: Ein Großteil

der EtherCAT-Box-Module in IP 67 kann,

genau wie der CX5000, im erweiterten Temperaturbereich

von – 25…+ 60 °C eingesetzt

werden.

Die Lagertemperatur für alle Komponenten

mit erweitertem Temperaturbereich ist auf

– 40…+ 85 °C spezifiziert.

ET-Busklemmen

www.beckhoff.de/ET-Klemmen


14 news PC-Control 01 | 2011

Beckhoff EtherCAT Box umfasst alle analogen Standardsignale

Kombi-I/O-Box erhöht Flexibilität

in der Anlagenprojektierung

Die EtherCAT Box EP4374 kombiniert

zwei analoge Eingänge und zwei

analoge Ausgänge in einem Gehäuse.

Die Ein- und Ausgangs kanäle sind

unabhängig voneinander für die Standardsignale

0…10 V, ±10 V, 0…20 mA

und 4…20 mA parametrierbar. Das

Kombi-I/O-Modul optimiert die Nutzung

der zur Verfügung stehenden Kanäle

und bietet dem Maschinenbauer ein

hohes Maß an Flexibilität.

Mit der EtherCAT Box EP4374, die zwei analoge Eingänge und zwei

analoge Ausgänge miteinander kombiniert, baut Beckhoff die Serie

seiner IP-67-Module weiter aus. Die Kombi-I/O-Box ist universell

einsetzbar und bietet eine fein skalierbare Lösung, die es dem

Maschinenbauer erlaubt, bedarfsgerecht und damit kostengünstiger

zu planen. Die Ein- und Ausgangskanäle können unabhängig voneinander

für die Standardsignale 0…10 V, ±10 V, 0…20 mA und

4…20 mA parametriert werden.

Mit der Kombination von parametrierbaren Ein- und Ausgängen in einem

Gehäuse erhält der Anwender eine erhöhte Flexibilität, und kann

die vorhandenen Signale optimal nutzen. Die EtherCAT Box enthält je

zwei Ein- und zwei Ausgangskanäle. Bei jedem Kanal ist individuell

einstellbar, ob Strom oder Spannung gemessen bzw. ausgegeben

werden soll. Die Auflösung der Stromsignale erfolgt mit 16 Bit, die der

Spannungssignale ebenfalls mit 16 Bit, vorzeichenbehaftet.

Das EP4374-0002-Modul verfügt über einen direkten EtherCAT-

Anschluss, sodass die hohe EtherCAT-Performance mit 100 MBit/s bis

in jede IP-67-Box erhalten bleibt. Durch ihre geringen Abmessungen

von nur 126 x 30 x 26,5 mm (H x B x T) sind die EtherCAT-Box-Module

optimal geeignet für Anwendungen mit beengten Platzverhältnissen.

EtherCAT Box EP4374 www.beckhoff.de/EP4374


| EC11-09G |

Robust und kompakt: der Embedded-PC

mit Intel ® Atom für PC-based Control.

Die CX5000-Serie von Beckhoff.

www.beckhoff.de/CX5000

Die Embedded-PC-Serie CX5000 für die Hutschienenmontage:

Geeignet zum fl exiblen Einsatz als kompakter Industrie-PC

oder als PC-basierte Steuerung für SPS, Motion Control und Visualisierung:

Intel ® -Atom-Z530-CPU 1,1 GHz (CX5010) oder 1,6 GHz (CX5020)

Robustes und kompaktes Magnesiumgehäuse

Erweiterter Betriebstemperaturbereich von -25…60 °C

Lüfterlos, ohne rotierende Bauteile (Compact-Flash als Speichermedium)

I/O-Interface für EtherCAT-Klemmen und Busklemmen

Optionsplatz für serielle oder Feldbus-Schnittstellen

Integrierte 1-Sekunden-USV

IPC

CX1020/CX1030

Embedded-PC mit

Intel ® -Pentium ® -

M-CPU, 1,8 GHz oder

Intel ® -Celeron ® -

M-ULV-CPU, 1 GHz

CX1010

Embedded-PC mit

Pentium ® -MMXkompatibler

CPU,

500 MHz

CX9000/CX9010

Ethernet-Controller

mit Intel ® -IXP420-

XScale ® -Technologie,

266 MHz oder

533 MHz

CX8000

Feldbus-Controller

mit ARM9-CPU,

400 MHz z.B. für

PROFIBUS, PROFINET,

EtherCAT und Ethernet

I/O

Motion

Automation


16 cover PC-Control 01 | 2011

Direkter Anschluss von Servomotor und Resolver an 12-mm-Busklemme

Vollständiger Servoverstärker

in kompakter EtherCAT-Klemme

Die Servoklemme EL7201 für das Beckhoff EtherCAT-Klemmensystem integriert im Standardklemmengehäuse

einen e vollständigen Servoverstärker e e für Motoren bis 200 W. Durch die Einbindung in das EtherCAT-

I/O-System werden der Verdrahtungs- und Inbetriebnahmeaufwand erheblich vereinfacht sowie der

Platzbedarf und die Kosten reduziert.

Signal-LED 1 – 16

Resolver-Anschluss

Powerkontakt 24 V

Motoranschluss

Motorbremse

Lastspannung 50 V


PC-Control 01 | 2011

17

cover

In der Vergangenheit hat sich der Applikateur bei vielen seiner Anwendungen

die Frage gestellt „Brauche ich dafür wirklich Servomotoren oder besteht

auch die Möglichkeit einer Lösung mit Schrittmotoren?“ Oft wurde auf diverse

Vorteile der Servomotoren verzichtet. Grund hierfür war, dass der Einsatz

von Servomotoren in einer Applikation immer sehr kostenintensiv gewesen

ist. Die Gründe dafür liegen auf der Hand. Für den Betrieb eines Servomotors

ist üblicherweise ein hoher Elektronikaufwand nötig. Eine genaue Positionierung

ist nur mit einem Feedbacksystem möglich. Diese beiden Aspekte wirken

sich stark auf den Preis aus. Aus dieser Sicht war die Verwendung von Schrittmotoren

für viele Applikateure die günstigere Variante. Dieser kann, durch

das interne Zählen seiner Schritte, eine bestimmte Position erreichen und

spart dadurch das Feedbacksystem ein. Ein weiterer Kostenvorteil ist die einfachere

Ansteuerung des Schrittmotors. Ein Servomotor benötigt eine weitaus

umfangreichere und aufwendigere Ansteuerung als ein Schrittmotor. Dafür

ist üblicherweise ein hoher Verdrahtungs- und Parametrierungsaufwand

nötig. Zudem brauchen Servoverstärker heutzutage viel Platz. Sie müssen im

Schaltschrank, separat zur Steuerung, platziert und mit Hilfe eines geeigneten

Bussystems mit der Steuerung verbunden werden. Dies führt schließlich zu

einem erhöhten Platz-, Verdrahtungs- und Kostenaufwand.

„Aber warum dann überhaupt ein Servomotor, wenn der Schrittmotor auch

ohne Feedbacksystem positionieren kann?“ fragt sich der Applikateur. Diese

berechtigte Frage lässt sich durch eine genaue Betrachtung beantworten.

Die Positionierung eines Schrittmotors mit Hilfe der internen Schrittzählung

ist in der Genauigkeit begrenzt, da der Motor innerhalb eines Schrittes beim

Lastwechsel schwanken kann. Ein weiterer Nachteil ist der Drehmomentabbau

bei Drehzahlanstieg. Das kann zusätzlich zu Positionierungenauigkeiten

führen. Durch das geringere Drehmoment, bei zu hoher Belastung, kann es

zu Schrittverlusten kommen, sodass sich der interne Zähler „verzählt“. Durch

ein geeignetes Feedbacksystem kann dies verhindert werden. Letztendlich

schwindet der Kostenvorteil des Schrittmotors gegenüber dem Servomotor.

Der Servomotor bietet vielfältige Vorteile, die zu einer effizienteren und leistungsfähigeren

Anwendung der Applikation führen können.

| Der Servoantrieb erreicht eine sehr hohe Genauigkeit für Anforderungen

höchster Präzision.

Technische Daten im Überblick

Anzahl Kanäle

1 Servomotor, Resolver, Motorbremse

Anschlusstechnik

Motordirektanschluss

Lastart

permanenterregte Synchronmotoren, induktiv

Nennspannung

8…50 V DC

Motorstrom (IN)

4 A

Spitzenstrom (IP)

8 A, 1 s

Frequenzbereich

0…1 MHz

PWM-Taktfrequenz

8 oder 16 kHz

Stromreglerfrequenz

doppelte PWM-Taktfrequenz

Drehzahlreglerfrequenz

16 kHz

Ausgangsspannung Motorbremse 24 V DC (+6 %/-10 %)

Ausgangsstrom Motorbremse max. 0,5 A

| Servomotoren haben einen deutlich höheren Wirkungsgrad.

| Ein Servomotor ist überlastbar und verfügt daher über eine weitaus

höhere Dynamik als ein Schrittmotor.

| Das hohe Drehmoment ist bis zu einer hohen Drehzahl belastungsunabhängig.

| Der Einsatz eines Servomotors reduziert die Wartung auf ein Minimum.

All diese Vorteile kann der Anwender mit Hilfe der neuen Beckhoff-Servoklemme

EL7201 nutzen. Die Integration in die Steuerung und die geringe Bauform

der Klemme bieten diverse Vorteile. Zum einen ist damit eine zusätzliche

Kommunikationsschnittelle zur Steuerung nicht mehr nötig und zum anderen

führt dies zu einer erheblichen Reduzierung des Platzbedarfs.

Mit der EtherCAT-Servomotorklemme hat der Anwender die Möglichkeit

kompakte und kostengünstige Anlagen zu konstruieren, ohne auf die Vorteile

eines Servomotors verzichten zu müssen.

Die Beckhoff-Servoklemme

Die EL7201 ist ein vollwertiger Servoverstärker für den direkten Anschluss

von Servomotoren im unteren Leistungsbereich. Weitere Module oder Verkabelung,

um eine Verbindung zum Steuerungssystem herzustellen entfallen dadurch

komplett. Das führt zu einer sehr kompakten Steuerungslösung. Durch

die E-Bus-Anbindung der EL7201 stehen dem Anwender die Eigenschaften

von EtherCAT in vollen Zügen zur Verfügung. Dazu zählen insbesondere die

kurze Zykluszeit, der niedrige Jitter, die Gleichzeitigkeit und die einfache Dia-


18 cover PC-Control 01 | 2011

Javier Manchado, bei Beckhoff im Produktmanagement

I/O-Systeme: „Mit der Integration

eines vollwertigen Servoverstärkers in eine nur

12 mm breite Standard-EtherCAT-Klemme setzt

Beckhoff in Sachen Baugröße neue Maßstäbe.“

gnose, die EtherCAT zu bieten hat. Mit Hilfe dieser Performance von EtherCAT

kommt die Dynamik, die ein Servomotor erreichen kann, optimal zur Geltung.

Eine Nennspannung von max. 50 V DC und ein Nennstrom von max. 4 A ermöglichen

es dem Anwender einen Servomotor mit einer Leistung von bis zu

200 W anzutreiben. Als Last können permanenterregte Synchronmotoren mit

einem Nennstrom bis 4 A betrieben werden. Zahlreiche Überwachungen, z. B.

der Über- und Unterspannung, des Überstroms, der Klemmentemperatur oder

der Motorauslastung, bieten ein Höchstmaß an Betriebssicherheit. Moderne

Leistungshalbleiter garantieren minimale Verlustleistung und ermöglichen, im

Bremsbetrieb, eine Rückspeisung in den Zwischenkreis.

Mit der Integration eines vollwertigen Servoverstärkers in eine nur 12 mm

breite Standard-EtherCAT-Klemme setzt Beckhoff in Sachen Baugröße neue

Maßstäbe. Diese geringe Baugröße ist dank neuster Halbleitertechnik und

dem daraus resultierendem sehr hohen Leistungsfaktor möglich. Doch trotz

der geringen Baugröße muss auf nichts verzichtet werden.

Die integrierte, schnelle Regelungstechnik mit einer feldorientierten Stromund

PI-Drehzahlregelung unterstützt hochdynamische Positionieraufgaben.

Neben dem direkten Anschluss von Motor und Resolver ist auch der Anschluss

einer Motorhaltebremse möglich.

Abbildung 1: Parametrierung im Drive Manager

Anbindung an die Steuerung

Ein weiterer großer Vorteil der EL7201 ist die einfache Anbindung an die

Steuerungslösung. Die vollständige Integration in das Steuerungssystem erleichtert

die Inbetriebnahme und Parametrierung. Wie jede andere Beckhoff-

Klemme wird die EL7201 einfach in den Klemmenverbund eingeschoben.

Anschließend kann der Klemmenverbund komplett vom TwinCAT System

Manager eingescannt oder vom Applikateur manuell angefügt werden.

Im System Manager kann die EL7201 mit der TwinCAT NC verknüpft und

parametriert werden. Die Handhabung kann mit der eines Servoverstärkers

AX5000 verglichen werden. Grundsätzliche Parameter werden mit Hilfe der

in den TwinCAT System Manager integrierbaren Drive Manager eingestellt.

Skalierbare Motion-Lösung

Die Servoklemme ergänzt die Produktpalette der Kompakt-Antriebstechnik

für die Beckhoff I/O-Systeme, die für Schrittmotoren, AC- und DC-Motoren

verfügbar sind. Mit der EL7201 wird das Angebot an Servoverstärkern noch

feiner skalierbar: Vom Kleinst-Servoverstärker bis 200 W, in der EtherCAT-

Klemme, bis zum AX5000-Servoverstärker mit 118 kW, bietet Beckhoff ein

breites Programm, inklusive der Servomotoren.

Abbildung 2: Verknüpfung mit der TwinCAT NC

Anwendungsbeispiele

Die diversen Vorteile des Servomotors machen die Servoklemme EL7201

mit dem dazu geeigneten Servomotor in einer Vielzahl von Anwendungen

überaus interessant.

Die herausragende Dynamik eignet sich beispielsweise optimal im Bereich

der Industrieroboter. Anhand der EL7201 können sehr kompakte und dennoch

enorm leistungsfähige Mini-Industrieroboter für Plug & Place, Schweißen und

diverse andere Anwendungen konstruiert werden.

Doch auch in weiteren Applikationen, wie beispielsweise im Werkzeug- und

Verpackungsmaschinenbereich, ist ein Servomotor besonders geeignet. Die

hohe Positioniergenauigkeit, die ein Servoantrieb zu bieten hat, ermöglicht

eine einzigartige Koordination und Synchronisation mehrerer Achsen. Die

Vorteile des Servoantriebes in Zusammenarbeit mit der EL7201 ermöglichen

es sehr dynamische, präzise und kompakte Applikationen zu konstruieren.

Technische Information/Video www.beckhoff.de/EL7201


PC-Control 01 | 2011 19 products

Vorteile von Windows Embedded Compact 7

in der Automatisierungstechnik

Microsoft hat auf der Embedded World 2011 den Launch von Windows Embedded Compact 7 (kurz WEC7)

durchgeführt. Seit Juni 2010 war bereits eine öffentliche WEC7-CTP-Version („Community Technical Preview“)

verfügbar. Compact 7 ist die neueste Version von Windows Embedded CE und bietet ein vollständiges Update

des Kernels sowie des IP-Stacks, neue Entwickler-Tools und weitere Features. Stefan Hoppe, Beckhoff-Produktmanager

TwinCAT und Microsoft eMVP, gibt einen Überblick über die Vorteile von Windows Embedded Compact

7 für die Automatisierungstechnik.

Generell sind die Windows-Embedded-Versionen skalierbar, d. h. OEMs

können den Umfang des Betriebssystems auf die Bedürfnisse ihrer Geräte

zuschneiden. Im Vergleich zu Windows Embedded Standard 7 (der komponentisierten

Version von Windows 7 mit zusätzlichen Embedded-Features)

erzeugt Embedded Compact einen deutlich kleineren Footprint (zwischen

3 MB und 70 MB) und ist somit auch für kleinste Embedded-Hardware

optimiert. Der Sourcecode des Betriebssystems ist nicht für Endanwender,

aber für OEMs verfügbar und bietet bereits harte, deterministische Echtzeitfähigkeiten.

Die wichtigsten Änderungen bietet der Kernel: Compact 7 ist die erste Version,

die SMP (Symetric Multiprocessing) unterstützt. Der Kernel kann gleichzeitig

mehrere CPU-Cores nutzen und die Ausführung verschiedener Prozesse und

Threads darauf verteilen. Aus der Anwendung kann per API die Anzahl der

verfügbaren Cores ermittelt werden – die Abarbeitung und Zuweisung eines

Threads auf einen speziell ausgewählten Core ist möglich. Im Anwendungsfall

kann so ein Core die von CE bereits seit Version 3 bereitstehende harte

Echtzeitanwendung für kritische Aufgaben ausführen, während eine performante

Bedienapplikation ungestört auf einem anderen Core skaliert werden

kann. Zusätzlich zum Verteilen der Prozesse und Threads können aber auch

die Cores selber verwaltet werden: Mit Ausnahme des Hauptcores können

alle weiteren Cores per API zur Laufzeit dynamisch ein- oder ausgeschaltet

werden.

Eine weitere Kernel-Änderung betrifft das verfügbare RAM: Die Vorgänger-

Version „Windows Embedded CE 6.0“ bot zwar 2 GB virtuellen Speicher

an – historisch war aber aus den alten CE-Ursprüngen mit dem Support von

MIPS- und SH3-CPUs eine physikalische 512-MB-RAM-Grenze gegeben. Mit

Tricks konnte man selber aus einer Applikation auf das zusätzliche RAM

zugreifen – dem Betriebssystem selber war aber nur 512 MB RAM bekannt.

Diese Grenze ist nun aufgehoben, es stehen nun 3 GB physikalisches RAM

zur Verfügung.

Das Compact-7-Betriebssystem läuft in einer Windows-

Virtual-PC-Umgebung mit 2 GB verfügbarem Speicher.

Im Platform Builder von Compact 7 kann für

Multi-Core-Systeme der SMP-Support aktiviert werden.

Das Compact-7-Betriebssystem ist nun auch für die neuesten ARM-v7-

Architekturen und weiterhin noch für die ARMv5- und ARMv6-Plattformen

verfügbar – aber nicht mehr für die ARMv4-Architektur der alten StrongARM-

Prozessoren.

Auch im Bereich des Netzwerks und der Connectivity sind viele Neue rungen

eingeflossen: Das Betriebssystem liefert nicht nur eine neue performantere

Internet-Explorer-Version, sondern auch Internet Protocol Security (IPSec),

WinSocket2 und einen neuen NDIS 6.1 Stack, der auch in Windows 7 und


20 products

PC-Control 01 | 2011

Windows Server 2008 eingesetzt wird. Neben generellen Updates im Bereich

Wi-Fi, Bluetooth und im Sicherheitsbereich ist „Windows Device Stage“ eine

sichtbare Neuerung: Beim Anschluss von Embedded-Consumer-Geräten an

einen PC kann hier anstatt eines Default-Dialoges nun ein bereits auf die

Gerätefunktionalität zugeschnittener Dialog dem Bediener präsentiert werden.

Auffallen wird dies in Zukunft z. B. beim Verbinden einer Digitalkamera

per USB an einen PC durch das automatische Starten von speziell für das

Kameramodell zugeschnittenen Dialogen.

Für einige Automatisierungsanwendungen dürfte die „Windows Filtering

Platform“ (WFP) interessant sein, welche diverse vorherige Technologien zum

Filtern von IP-Paketen ersetzt: Per API kann der einströmende Datenstrom

zunächst analysiert und auch modifiziert werden, bevor er in den eigentlichen

IP-Stack weitergeleitet oder auch komplett verworfen wird.

Zur Erstellung von Bedienoberflächen wurde mit Windows Embedded CE

6.0 R3 das „Silverlight for Windows Embedded“ (kurz SLWE) eingefügt, was

technologisch die Trennung vom eigentlichen Design der Oberfläche und der

Implementierung der Logik bedeutete. So kann das Layout der Bedienoberfläche

in einem andern Designstyle ausgeliefert werden, ohne den Quellcode

der Logik anpassen oder spezieller testen zu müssen. Compact 7 integriert

hier als Updates nun die leistungsfähigere Silverlight 3 Engine. Expression

Blend 3 wird jetzt als Designtool unterstützt und liefert als Ergebnis mit XAML

eine auf XML basierende Beschreibung der Bedienoberfläche.

Dateien die Komprimierung in ein effizienteres Binärformat. Dieses kann zur

Laufzeit der GUI-Anwendung performanter mit einem Parser interpretiert

werden. Die Kodierung der GUI-Logik erfolgt in der Compact-7-CTP-Version

ausschließlich mit C++ unter Visual Studio 2008.

Im Engineering-Bereich standen dem erfahrenen CE-Entwickler seit langem

schon diverse „Remote Tools“ zur Verfügung. Zum Beispiel konnte man mit

dem „Remote Registry Editor“ über das Netzwerk die Registry vom Zielsystem

bearbeiten. Mit weiteren Tools, wie dem Performance Monitor, dem

Profiler oder der Resource Leak Detection sind diese Tools nun übersichtlich

in einem neuen „Remote Tools Framework“ zusammengefasst.

Das Remote Tool Framework bietet eine nützliche Sammlung

von Analyse-Tools – die Tools selber wurden stark überarbeitet.

Silverlight for Windows Embedded trennt das Design

der Bedienoberflächen von der Erstellung der Logik.

Neu ist das Datenformat BAML als binäre Version der XAML: BAML ermöglicht

für anspruchsvolle Bedienoberflächen mit groß angewachsenen XAML-

Die Remote Tools selber sind auf den ersten Blick auch inhaltlich überarbeitet

worden und können effizienter angewendet werden: So kann der „Remote

Registry Editor“ nun auch Änderungen der Registry während der Laufzeit des

Embedded-Gerätes mitprotokollieren.


PC-Control 01 | 2011 21 products

Heiko Wilke, bei Beckhoff im Produkt -

management Embedded-PC, auf der

Embedded World in Nürnberg:

„Compact 7 ermöglicht den zeit kritischen

Echtzeitteil auf einem Core ablaufen zu

lassen, während parallel die umfangreiche

„Silverlight for Embedded“-Bedien oberfläche

und die OPC-UA (Unified Architecture)-

Kommuni kation zum externen Datenaustausch

auf dem zweiten Core ausgeführt wird.“

Live-Demo „Print Mark Detection“ mit Windows

Embedded Compact 7 auf der Embedded World

Das Resource Leak Detector Tool bietet eine übersichtlichere und

bessere Diagnose im Vergleich zum bisherigen „Application Verifier“.

Für den Fall der Fälle können Snapshots vom Zustand des Systems erzeugt

und nach Typ, Zeit oder Größe und anderen Kriterien analysiert werden.

Fazit

Als Fazit lässt sich sagen, dass die neue Windows-Embedded-Compact-7-

Version gegenüber der bisherigen Windows-Embedded-CE-Version wesentliche

Vorteile für den Automatisierungsbereich bietet: Nur mit Compact 7

können die Eigenschaften der Multi-Core-CPUs ausgeschöpft werden. Aber

auch Single-Core-Geräte profitieren für speicherhungrige Anwendungen mit

dem Support von 3 GB physikalischem RAM. Multi-Touch-Funktionalitäten

erlauben neue Bedienkonzepte auf kleinsten Embedded-Geräten. Die aufgeräumten

und erweiterten Tools machen einen modernen Eindruck und

erleichtern das Engineering.

Auf der Embedded World 2011, die vom 1. bis zum 3. März 2011 in

Nürnberg stattfand, stellte Beckhoff auf dem Microsoft-Stand mit der

Print-Mark-Detection ein Anwendungsbeispiel für die Leistungsfähigkeit

des neuen Embedded-Betriebssystems unter Beweis. Die „Print

Mark Demo“ von Beckhoff zeigte die Umsetzung einer realen industriellen

Anforderung, um die neuen Funktionalitäten von Windows

Embedded Compact 7 zu überprüfen. Die interessanteste Neuigkeit

für die Industrie-Automatisierung liegt im neuen Kernel – mit der

Unterstützung von Multi-Core-CPUs und höheren RAM-Grenzen entspricht

er somit dem industriellen Trend.

Moderne Drucktechnik arbeitet mit hohen Bahngeschwindigkeiten

von über 10 m/s. Trotzdem muss das Druckbild höchsten Anforderungen

genügen, die Druckpixel müssen weniger als 1/10 mm genau gesetzt

werden. Dies verlangt nach einer schnellen Technik zur Kontrolle

der Druckqualität im laufenden Prozess. Bei einer Punktdichte von

200 dpi (ca. 0,1 mm je Druckpunkt) und einer Bahngeschwindigkeit

von 10 m/s müssen 100.000 Punkte pro Sekunde kontrolliert werden.

Zur Erkennung der Lage von Druckfarben werden u. a. spezielle

Muster auf das Papier gedruckt, die sogenannten Druckmarken, die

nach Fertigstellung abgeschnitten werden. Da die schnell bewegten

Druckmarken vom Menschen nicht erkannt werden, werden sie zur

visuellen Kontrolle oft mit Stroboskopen angeblitzt. Damit entsteht

für den Betrachter ein erkennbares, stehendes Bild. Solch eine Anwendung

wurde auf der Embedded World 2011 mit realistischen

Geschwindigkeiten nachgestellt.

Ein Beckhoff Panel-PC CP6201 agierte als Steuerung der gesamten

Demo. Ausgestattet mit einem Intel ® Core Duo 2,0 GHz und 2 GB

RAM kommt hier das neue Compact 7 voll zur Entfaltung. Neben der

intuitiven HMI-Bedienoberfläche (Human Machine Interface) wird die

hochpräzise Echtzeitaufgabe parallel erfüllt. Die Maschine arbeitet

schließlich sicher und hoch deterministisch.


22 products PC-Control 01 | 2011

eXtended Automation Engineering (XAE): Modulares Engineering

unter Nutzung der objektorientierten Erweiterungen der IEC 61131-3

TwinCAT 3 – Neue Möglichkeiten

durch objektorientierte Erweiterungen

Mit der neuen Softwaregeneration TwinCAT 3 nutzt Beckhoff das Microsoft Visual Studio ® . In einer Entwicklungsumgebung

sind alle wesentlichen Programmiersprachen, wie C/C++, eine Matlab ® -/Simulink ® -Anbindung sowie

die Sprachen der IEC 61131-3 inklusive der objektorientierten Erweiterungen der IEC 61131-3, integriert. Diese

ermöglichen u. a. die Verwendung von objektorientierten Techniken, wie Einfachvererbung, Interfaces, Methoden

und Attribute, die sowohl die Wiederverwendbarkeit als auch die Qualität des Steuerungscodes deutlich erhöhen.


PC-Control 01 | 2011

23

products

Um den ständig steigenden Anforderungen an Produktivität, Flexibilität

und Verfügbarkeit einer Anlage Herr zu werden und dennoch die Kosten

für den Engineering-Prozess, die Inbetriebnahme und die Wartung einer

Anlage zu reduzieren, sind neue Methoden und Werkzeuge erforderlich.

Ein möglicher Weg, um dies zu erreichen, ist die Anwendung eines mechatronischen

Ansatzes. Dabei wird die Anlage in mechatronische Module

(Objekte) zerlegt, welche einzelne Funktionen des Gesamtprozesses

einer Anlage abbilden. Sind diese Module nicht nur funktional gekapselt,

sondern die Schnittstellen zwischen diesen Modulen definiert, erhält

man eine Art Baukasten, aus dem man sich bei der Projektierung neuer

Anlagen bedienen kann.

Die einzelnen Module des Baukastens bilden dabei die jeweilige Teilfunktion

komplett ab. Mit anderen Worten umfassen sie alle Facetten

eines Moduls von der Mechanik über die Elektrotechnik bis hin zu den

Steuerungsfunktionen, die nicht zwangsläufig auf einer eigenen Steuerung

laufen.

Um diesen objektorientierten Gedanken auch im Bereich der Steuerungstechnik

Rechnung zu tragen, müssen die hier verwendeten Sprachmittel

um diese Möglichkeiten erweitert werden. Ziel kann es dabei aber nicht

sein, eine neue objektorientierte Sprache einzuführen, sondern vielmehr

zu ermöglichen, diese objektorientierten Erweiterungen in den Standardsprachen

der Steuerungstechnik zur Verfügung zu stellen. An diesem

Punkt setzt TwinCAT 3 an.

Die Software TwinCAT 3 ist die konsequente Weiterentwicklung des seit

vielen Jahren und durch viele Applikationen bekannten TwinCAT 2. Ziel

dieser Weiterentwicklung war, neben anderen wichtigen Punkten, wie

der Integration der Beckhoff-Engineering-Werkzeuge PLC-Control und

System Manager in eine Umgebung und der Verwendung einer weltweit

anerkannten Softwareumgebung, dem Microsoft Visual Studio ® 2010, als

Framework, auch die Anpassung der TwinCAT-Software-Umgebung an

die ständig steigenden Anforderungen im Bereich des Engineerings von

Maschinen und Anlagen. Um dabei der neuen modul- bzw. objektorientierten

Denkweise Rechnung zu tragen, wurden die Sprachmittel der IEC

61131-3 um zehn neue Schlüsselworte erweitert, deren Bedeutung und

Anwendung im Folgenden erläutert werden soll.

Neue Schlüsselworte in TwinCAT 3

| EXTENDS

Mit dem Schlüsselwort EXTENDS können Funktionsbausteine von

anderen Funktionsbausteinen abgeleitet werden. Dabei haben die

abgeleiteten Funktionsbausteine dieselben Methoden und Eigenschaften

wie die Basisfunktionsbausteine, die allerdings auf den

Daten des abgeleiteten Funktionsbausteins arbeiten.

| INTERFACE

Bei Interfaces handelt es sich um virtuelle Klassen, die Methoden definieren,

die von ihnen abgeleitete Objekte instanziieren müssen, um

fehlerfrei kompilierbar zu sein. Sie können somit verwendet werden,

um die Struktur bzw. um Schnittstellen von Objekttypen zu definie-

TwinCAT-3-Architektur der Entwicklungsumgebung

ren. Darüber hinaus ermöglichen sie aber auch durch Pointer auf das

Interface, dass alle von ihnen abgeleiteten Funktionsbausteine über

ebendiesen Interface-Pointer gleich „angesprochen“ werden können.

| IMPLEMENTS

Das Schlüsselwort IMPLEMENTS implementiert ein Interface in einem

Funktionsbaustein.

| METHOD

Methoden sind eine Art Funktion, die einem Funktionsbaustein

zugewiesen sind. Mit anderen Worten sind diese keine eigene POUs

(Program Organisation Units), sondern sind Bestandteil des Funktionsbausteines

und arbeiten auf den Daten der sie beinhaltenden

Funktionsbaustein-Instanz.

| PROPERTY

Properties sind Eigenschaften, die einem Funktionsbaustein oder

einem Programm zugewiesen werden können. Diese Eigenschaften

können jeweils eine Get- und eine Set-Methode beinhalten und dienen

als eine Art Schreib- bzw. Leseschutz für interne Variablen. Dabei

ist es ebenfalls möglich, in diesen Get- bzw. Set-Methoden neben der

eigentlichen Zuweisung noch weitere Anweisungen auszuführen, um


24 products PC-Control 01 | 2011

ausfahren=true

/akt_ausfahren:=true

fährt_aus

sens_vorne=true

/akt_ausfahren:=false

eingefahren

ausgefahren

Abbildung 2: Beispiel Zylinder mit Zustandsmaschine

sens_hinten=true

/akt_einfahren:=false

fährt_ein

einfahren=true

/akt_einfahren:=true

Da laut Aufgabenstellung der jeweils in der Anlage eingesetzte Typ des

Zylinders flexibel sein soll, muss das Interface, über das die Zylinder angesprochen

werden, gleich sein. Aus diesem wird als erstes ein Interface

iCylinder definiert, das von allen Zylinder-Funktionsbausteinen implementiert

werden muss. Dieses Interface besitzt eine Methode mStateMachine,

welche die Zustandsmaschine der Zylinder abbildet. Diese Methode

hat die Eingänge bPosLeftReq und bPosRightReq sowie die Ausgänge

bActPosLeft und bActPosRight, welche die Signale der Endlagenschalter

repräsentieren. Diese Ein- und Ausgänge sind jeweils vom Typ BOOL

(siehe Abbildung 3).

Technological module

Machine as a sum of autonomous

technological modules

Abbildung 1: Mechatronischer Aufbau des Gesamtsystems

Abbildung 3: Interface iCylinder mit der Methode mStateMachine

den benötigten Wert zur Verfügung zu stellen bzw. den zugewiesenen

Wert vorzuverarbeiten.

| THIS

Mithilfe des This-Pointers ist es möglich, auf die Funktionsbausteininstanz

selbst zu zeigen.

| SUPER

Mithilfe des Super-Pointers kann auf Methoden des vererbenden

Funktionsbausteines gezeigt werden.

| FB_init/FB_reinit/FB_exit

In Anlehnung an Konstruktoren und Destruktoren werden diese

Methoden beim Initialisieren, Kopieren und Verlassen der Funktionsbaustein-Instanz

aufgerufen.

Diese neuen Schlüsselworte stehen in allen Sprachen der IEC 61131-3 zur

Verfügung. Die Anwendung der neuen Schlüsselworte soll nun anhand

eines kleinen Beispiels vorgestellt werden.

Als Basis für dieses Beispiel soll uns eine Anlage dienen, in der mehrere

Arten von Zylindern eingesetzt werden. Die Aufgabenstellung besteht

nun darin, den Steuerungscode für diese Anlage so flexibel zu gestalten,

dass der eigentliche Sollablauf der Anlage unabhängig vom eingesetzten

Zylindertyp ist. Allen diesen Zylindertypen ist gemein, dass sie über zwei

Positionen (links und rechts) verfügen, die mittels Endlagenschalter detektiert

werden können.

Als Lösungsansatz für dieses Beispiel wird nun definiert, dass entsprechend

dem objektorientierten Gedanken die Funktionalität dieser Zylinder

jeweils komplett in einem Funktionsbaustein abgebildet ist. Darüber hinaus

wird definiert, dass alle Zylinder eine Zustandsmaschine besitzen, die

mittels Ein- bzw. Ausgängen die geforderte Position des Zylinders übergeben

bekommen bzw. die aktuelle Position des Zylinders zurückliefern soll.

Basierend auf diesem Interface kann nun ein Basisfunktionsbaustein

fbBaseCylinder erstellt werden, in dem die Zustandsmaschine der Zylinder

implementiert wird. Wählt man beim Anlegen des Funktionsbausteines


PC-Control 01 | 2011

25

products

bereits aus, dass das Interface iCylinder implementiert werden soll, wird

die Methode mStateMachine samt ihrer Ein- und Ausgänge automatisch

angelegt und muss nur noch ausprogrammiert werden. Welche Interfaces

ein Funktionsbaustein implementiert, wird mithilfe des Schlüsselwortes

IMPLEMENTS definiert (siehe Abbildung 4). Die Ableitung eines Funktionsbausteines

von mehreren Interfaces ist dabei möglich.

Dabei werden beiden Funktionsbausteintypen noch weitere, teilweise

unterschiedliche, Ein- und Ausgänge hinzugefügt. Von beiden Typen wird

im Programm Main jeweils eine Instanz angelegt (siehe Abbildung 5). Da

der Zugriff auf diese Funktionsbausteine über das Interface geschehen

soll, wird ebenfalls ein Interface-Pointer angelegt, der auf das Interface

iCylinder zeigt.

Abbildung 4: Basisfunktionsbaustein der Zylinder

Abbildung 5: Aufruf der Zylinder-Funktionsbausteine

Ist der Basisfunktionsbaustein ausprogrammiert, können die Funktionsbausteine

der verschiedenen Zylindertypen von ihm abgeleitet werden.

Dies geschieht mit dem Schlüsselwort EXTENDS.

Die abgeleiteten Funktionsbausteine erben nun alle Methoden und

Eigenschaften des Basisbausteines. In unserem Beispiel bedeutet dies,

dass die Funktionsbausteine der abgeleiteten Zylinder die Methode der

mStateMachine vom Basisfunktionsbaustein erben. Der Vorteil hierbei

ist, dass Erweiterungen in der Methode mStateMachine, die alle

Zylinder-Funktionsbausteine betreffen, nur im Basisfunktionsbaustein

nachgepflegt werden müssen und dann sofort in allen abgeleiteten Funktionsbausteinen

zur Verfügung stehen. Soll die Zustandsmaschine eines

abgeleiteten Zylinders ein anderes Verhalten aufweisen, als die des Basisfunktionsbausteines,

ist es möglich, diese Methode zu überschreiben.

Dies geschieht, indem der abgeleitete Funktionsbaustein eine Methode

mit demselben Namen implementiert, wie die des Funktionsbausteins

der Basisklasse.

Aufgabenstellung dieses Beispiels war es, einen Lösungsansatz zu finden,

bei dem der Sollablauf der Anlage unabhängig ist von Zylindertyp,

der tatsächlich in der Anlage verbaut wird. Um zu zeigen, dass die

Aufgabenstellung mit diesem Lösungsansatz erfüllt wird, werden nun

zwei Funktionsbausteintypen Cylinder_TypA und Cylinder_TypB vom

Basisfunktionsbaustein abgeleitet und entsprechend ausprogrammiert.

Wie in der Abbildung zu sehen ist, erfolgt der eigentliche Aufruf unserer

Zustandsmaschine nun über den Aufruf der Methode mStateMachine des

Interface-Pointers. Durch die Zuweisung einer Funktionsbaustein-Instanz

auf den Interface-Pointer kann nun sogar zur Laufzeit entschieden werden,

welche Methode mStateMachine tatsächlich aufgerufen wird. Dies

bezeichnet man als „Späte Bindung“.

Eine weitere schöne Möglichkeit für die Anwendung von Interfaces ist

zum Beispiel auch die Betriebsartenumschaltung von Modulen einer Anlage.

Wird sichergestellt, dass alle Module einer Anlage (z. B. auch unser

Zylinder) ein Interface implementieren, das die Basisschnittstelle für die

Betriebsartenumschaltung enthält, kann mittels nur einer Schleife über eine

Struktur vom Typ dieses Interfaces eine Umschaltung der Betriebsarten

von allen Anlagenkomponenten herbeigeführt werden.

Fazit

Fasst man das Gezeigte noch einmal zusammen, ist zu erkennen, dass

durch die Einführung dieser Schlüsselworte neue Möglichkeiten zur Verfügung

stehen, um Steuerungscode nicht nur funktional zu kapseln, sondern

auch zu strukturieren. Es ist somit nicht nur das Ziel, die Wiederverwendbarkeit

des Steuerungscodes zu erhöhen, was zu deutlichen Zeit- und damit

auch Kosteneinsparungen führt, sondern auch die Lesbarkeit und Erweiterbarkeit.

Man erhält damit Steuerungscode von deutlich höherer Qualität.

www.beckhoff.de/TwinCAT3


26 worldwide | germany

PC-Control 01 | 2011

Hochmoderne Floatglasfabrik produziert täglich 700 Tonnen Flachglas

EtherCAT sorgt für den richtigen Durchblick

Die f | glass GmbH ist Hersteller von Qualitätsflachglas. Am Standort in Osterweddingen, bei Magdeburg, in

Deutschland, betreibt das Unternehmen eine hochmoderne Fertigungsanlage, die täglich, im 24-Stundenbetrieb,

700 t Flachglas produziert. Neben Basisglas werden auch veredelte Produkte, wie Sicherheitsglas

oder beschichtete Gläser mit Wärme- und Sonnenschutzfunktion, hergestellt. Abnehmer sind die Fensterindustrie

und die Photovoltaikbranche. Mit der Automatisierung der Glasbeschichtungsanlage, auf Basis

von Beckhoff-Steuerungstechnik, wurde die iSATT GmbH beauftragt.


PC-Control 01 | 2011

27 worldwide | germany

Entstanden aus einem Joint-Venture des niederländischen Solarglasherstellers

Scheuten und dem deutschen Unternehmen Interpane bündelt

f | glass die langjährige Erfahrung und das Know-how zweier führender

Glas- und Photovoltaikhersteller in einem Unternehmen mit modernsten

Arbeitsabläufen und zukunftsweisenden Produktionsprozessen. Die technologische

Kompetenz des Beschichtungsvorganges stammt von der Interpane

Entwicklungs- und Beratungsgesellschaft, einem Spezialisten für

Anwendungstechnik, Schichtentwicklung, Maschinen- und Anlagenbau

zur Herstellung von Spezialbeschichtungen für Flachglas.

Der äußerst komplexe Vorgang des Beschichtens erstreckt sich über eine

Länge von ca. 180 Metern und eine Breite von ca. sechs Metern. Am

Anfang und Ende der Beschichtungsanlage befindet sich jeweils eine

Be- und Entladeeinheit für die Glasplatten, die per Rollenbahn an die

Glasproduktionsanlage angekoppelt werden. Das Format der zu beschichtenden

Flachgläser beträgt bis zu 7 x 3,30 m.

Hochmoderne Beschichtungstechnologie

Als Beschichtungstechnologie nutzt Interpane seit Jahren das sogenannte

Sputterverfahren, bei dem die Beschichtung kontinuierlich unter Vakuum

aufgebracht wird. Durch ein Kammersystem wird das Glas von der Einlaufschleuse

über die Transferkammer in den eigentlichen Beschichtungsbereich,

die Sputterkammer, transportiert. Der Druck in der Sputterkammer

wird dazu auf 10 – 3 mbar abgesenkt, so dass nahezu ein Vakuum

einsteht. Um eine gleichmäßige Beschichtung zu erhalten, wird das Glas

mit konstanter Geschwindigkeit unter den Werkzeugen hergeführt.

Beim Sputtern zündet im Vakuum – durch Anlegen einer hohen Spannung

zwischen Kathode und Anode – ein Plasma. Dieses entsteht, wenn Atome

des in die Kammer eingelassenen Edelgases Argon durch Zusammenstöße

mit vorhandenen Elektronen zu schweren, positiv geladenen Argon-

Ionen werden. Durch die hohe Spannung werden die Argon-Ionen nun

zur Kathode hin beschleunigt, auf der das Target montiert ist, welches

aus dem eigentlichen Beschichtungsmaterial (z. B. Silber) besteht. Die

mit hoher Energie auftreffenden Ionen schlagen aus dem Target Material

heraus, das sich wiederum als dünne Schicht auf dem Glas abscheidet.

Zur Herstellung einer chemischen Verbindung der abgestäubten Target-

Materialien wird zusätzlich Sauerstoff als Reaktivgas in die Kammer

eingelassen.

Mit diesem Verfahren lassen sich verschiedene Beschichtungstypen

aufbringen. Die so beschichteten Glasplatten werden z. B. als Isolierglas

mit hervorragenden Wärmedämmeigenschaften für Gebäudefenster

weiterverarbeitet.

Innovatives Konzept löst komplexe Anforderungen

iSATT, bereits seit Jahren für Interpane tätig und bestens mit der Prozesssteuerung

von Beschichtungsanlagen vertraut, wurde mit der Entwicklung

eines neuen Steuerungskonzeptes beauftragt, das folgenden

Anforderungen Rechnung tragen sollte:

| große Ausdehnung der Gesamtanlage und damit Verteilung der

Feldbus-I/Os

| hohe Anzahl von Feldbus-I/Os sowie PROFIIBUS- und CANopen-

Teilnehmern

| Einbindung der Sicherheits-I/Os über einen gemeinsamen Feldbus

| Integration kompletter Antriebsschränke mit Servoverstärkern zum

Glastransport

| modulares Bestücken der Sputterkammern mit eigenständigen Aggregaten

zur Laufzeit der Steuerung ohne Neukonfigurierung

| automatisches Erkennen des Bestückungszustandes der Sputterkammern

| Kommunikationsanbindung zu den Be- und Entladeeinrichtungen

über PROFIIBUS

| Anbindung an das Prozessleitsystem

Das innovative Konzept von iSATT sah vor, die bisherige Steuerung, bei der

mehrere Fremd-CPUs im Einsatz waren, durch eine zentrale Steuerungsplattform

zu ersetzen. Hierfür boten die hohe Performance des Beckhoff

Industrie-PCs C5102, mit Intel ® -Core -2-Duo-CPU, die Beckhoff-SPS- und

Motion-Control-Software TwinCAT PTP und das Feldbussystem EtherCAT,

als „Backbone“ der Steuerung, die idealen Voraussetzungen.

„Folgende Überlegungen führten zur Entscheidung für dieses zentrale

Konzept“, so iSATT-Geschäftsführer Peter Hennes: „Zum einen konnte

die Querkommunikation zwischen verteilten Steuerungen entfallen. Ein

weiterer Vorteil ist die zentrale Datenhaltung: Der Bediener/Instandhalter

hat immer alle Daten auf einen Blick. Das heißt, die Signalverfolgung,

Programmänderungen und Systempflege müssen nur an einer Stelle

vorgenommen werden. Und es ist nur ein zentraler Remote-Zugriff

erforderlich. Weiterhin ist nur ein einzelner EtherCAT-Master nötig, um

allen Anforderungen an die Feldbustopologie bezüglich Ausdehnung

und I/O-Anzahl gerecht zu werden.“ Jörg Mönnekes, Betriebsleiter der

Beschichtung bei f | glass, fügt ergänzend hinzu: „TwinCAT trägt, aufgrund

seiner Flexibilität und Modularität, den komplexen Anforderungen

unserer Prozessabläufe in idealer Weise Rechnung.“

Das EtherCAT-Netzwerk umfasst derzeit 20 Servoregler mit EtherCAT-

Slaveanschaltung, 22 EtherCAT-Klemmenstationen mit insgesamt 1000

digitalen und 60 analogen I/Os sowie 57 Sicherheitskanälen, 30 Hot-

Die Gesamtlänge der Produktionslinie

beträgt 180 Meter.


28 worldwide | germany

PC-Control 01 | 2011

Turbomolekularpumpen ohne Konfigurationsänderung bei laufender

Anlage. Zudem muss das System dem Bedienpersonal anzeigen, welche

Bestückung gerade vorherrscht.“

Die Sputterkammern kann man sich wie einen großen horizontalen Setzkasten,

vorstellen, in den von oben – je nach Verfahren und Prozessart –

entweder eine Kathode mit Target oder eine Turbomolekularpumpe oder

beides eingebracht werden. Insgesamt ist die Sputterkammer für 60 sog.

Compartments ausgelegt. Jeder Kathodentyp erfordert eine unterschiedliche

Verarbeitungstechnologie und bildet steuerungstechnisch eine Hot-

Connect-Gruppe, die – je nach Aggregattyp – aus einer Anzahl von I/Os

und PROFIBUS/CAN-Mastern besteht. Die Kathoden kommunizieren über

eine zentrale Steckerverbindung mit der Steuerung. Der Vorteil besteht

darin, dass die Hot-Connect-Gruppe zur Laufzeit der Steuerung innerhalb

eines EtherCAT-Netzwerkes an beliebiger Position an- bzw. abgekoppelt

werden kann.

Abschließend erfolgt die Qualitätsprüfung der Beschichtung. Dazu messen optische Sensoren die Lichtreflexion

und die Transmission der Scheibe; zudem erfolgt noch eine elektrische Widerstandsmessung.

Connect-Gruppen mit insgesamt 830 digitalen I/Os, 41 PROFIBUS- und

21 CAN-Masteranschaltungen. Bis zum Endausbau der Anlage werden

noch bis zu 30 weitere Hot-Connect-Gruppen mit ähnlicher Ausrüstung

hinzu kommen.

Hot-Connect-Gruppen erlauben An- und Abkoppeln

bei laufendem Betrieb

„Die Hot-Connect-Gruppen haben hier eine besondere Bedeutung“,

erklärt Manfred Czybik, Leiter der Steuerungsentwicklung bei Interpane.

„Eine der zentralen Forderungen an das Automatisierungskonzept war

die flexible Bestückung der Sputterkammern mit Kathoden und/oder

Master und Slaves rücken näher zusammen

Ein weiterer Pluspunkt des EtherCAT-Klemmensystems, das sich innerhalb

der Hot-Connect-Gruppe als Vorteil erweist, ist die integrierte

Feldbusmaster- oder -slavefunktionalität. Die hohe Geschwindigkeit und

große Bandbreite von EtherCAT erlauben es, notwendige Busmaster

über PROFIBUS oder CANopen aus dem PC heraus in die Feldebene zu

verlagern und diese an jeder EtherCAT-Busstation einzusetzen. D. h. die

Daten von und zu einer solchen Feldbusmaster-/-slaveklemme werden

transparent in das EtherCAT-Protokoll eingefügt und erst in der Klemme

logisch und physikalisch in das jeweilige Feldbusprotokoll umgewandelt.

Damit können nahezu beliebig viele Feldbusmaster, verteilt in einem

EtherCAT-Netzwerk, ihren Dienst verrichten. Als weiterer positiver Nebeneffekt

reduzieren sich die Leitungslängen der Feldbusteilnehmer. Man

bringt also den Master näher an die Slaves heran, wie das Beispiel eines

Kathoden-Aggregates deutlich macht.

Durch die Vergabe einer Adresse am EtherCAT-Koppler EK1101 mit

ID-Switch ist nicht nur der wahlfreie Betrieb an beliebiger Stelle innerhalb

der Sputterkammer möglich, auch der Kathodentyp wird darüber

identifiziert. Jedem Kathodentyp wird ein Adressbereich zugewiesen,

der im PLC-Programm eingelesen und, entsprechend der Verwendung,

steuerungstechnisch eingebunden wird.

Alle Sicherheitseinrichtungen der Anlage, mit allen Not-Aus-

Tastern entlang der Transferstrecke, werden über die in das

Beckhoff-I/O-System integrierten TwinSAFE-Klemmen realisiert.

Leitwarte


PC-Control 01 | 2011

29 worldwide | germany

Als letzter Schritt erfolgt die Aufnahme der fertigen Scheiben mit einem Handhabungsroboter auf Transportständer.

In einer normalen Schicht wird im Minutentakt eine fertige Glasplatte aus der Anlage entnommen.

Motion Control sorgt für gleichbleibenden Glastransport

Der Glastransport in und aus den Sputterkammern heraus erfolgt durch

Servoantriebe. Die zentral berechneten Sollwerte werden über EtherCAT

zyklisch an die Servoantriebe übermittelt. Zunächst werden die vor Ort

hergestellten Glasplatten über einen Handhabungsroboter auf die Rollenbahnen

der Anlage eingefördert. Hier durchfahren die Platten eine

Waschanlage, welche das Trennmittel entfernt, das zur Verhinderung der

Adhäsion zwischen den Glasscheiben beim Lagern aufgetragen wird.

Anschließend werden die Glasplatten durch drei Kammern verfahren, in

denen stufenweise das benötigte Vakuum aufgebaut wird. Positioniert

auf einen Abstand z. B. von 10 cm fahren die Glasplatten in die Sputterkammer

ein, wo der beschriebene Beschichtungsvorgang stattfindet. Um

einen homogenen Materialauftrag zu erreichen, ist es extrem wichtig,

dass der Glastransport schwankungsfrei geschieht.

Steht das Glas wieder unter Hallenatmosphäre, erfolgt die Prüfung der

Beschichtung. Dazu messen optische Sensoren die Reflexionen und die

Transmission der Scheibe; zudem erfolgt noch eine elektrische Widerstandsmessung,

die ebenfalls Aufschluss über die Güte der Beschichtung

gibt. Als letzter Schritt erfolgt die Aufnahme der fertigen Scheiben mit

einem Handhabungsroboter auf Transportständer. In einer normalen

Schicht wird im Minutentakt eine fertige Glasplatte aus der Anlage

entnommen.

Ventile und Netzgeräte für die Plasmaerzeugung ab. Insgesamt übernehmen

vier TwinSAFE-Logic-Klemmen KL6904 die Auswertung der sicheren

Eingänge und die Abschaltung der Ausgänge. Die Kommunikation der

TwinSAFE-Klemmen untereinander erfolgt – zusammen mit dem Prozessdatenverkehr

der Steuerung und der I/O-Ebene – über EtherCAT.

Zentrales Steuerungskonzept

Trotz der Ausdehnung und Komplexität der Anlage entschied sich f | glass

für einen zentralen Steuerungsaufbau. „Die Vorteile liegen für uns auf der

Hand“, erläutert Alexander Kick, Automatisierungsexperte bei f | glass:

„Zum einen fällt keine Querkommunikation an, wie bei dezentralen Steuerungskonzepten;

zum anderen hat der Bediener bzw. Entwickler durch

die zentrale Datenhaltung alle Informationen auf einen Blick. Außerdem

reduziert sich der administrative Aufwand bei der Signalverfolgung, bei

Programmänderungen, bei der Systemverwaltung und Archivierung und

beim zentralen Remote-Zugriff.

Einfache Handhabung trotz komplexer Steuerungstechnik

Die Visualierung und Leitsteuerung der Beschichtungsanlage ist via ADS mit

TwinCAT gekoppelt. Über 5.000 Variablen werden per Ethernet zwischen

dem Steuerungs-PC und dem Leitrechner ausgetauscht. Die physikalische

Schnittstelle zwischen Leitsystem und Steuerung bildet Ethernet TCP/IP.

Integrierte Sicherheitstechnik

Alle Sicherheitseinrichtungen der Anlage, mit allen Not-Aus-Tastern ent -

lang der Transferstrecke, werden über das integrierte Beckhoff TwinSAFE-

System realisiert. Im Falle einer Not-Aus-Betätigung schalten alle Antriebe,

f | glass GmbH www.fglass.de

iSATT GmbH www.isatt.de

Interpane Entwicklungs- und Beratungsgesellschaft GmbH

www.interpane.com


30 worldwide | germany

PC-Control 01 | 2011

Blick in die Obermaschinerie

mit den Seilzügen:

Nach dem Komplettumbau

der Bühne verfügt

das Schauspielhaus

Nürnberg nun über

47 Maschinenzüge für

die Prospekt-, Panorama-,

Portal-, Galeriebeleuchtungs-,

Oberlicht-, Hinterund

Vorbühnenzüge, zehn

Punktzüge sowie vier Versenkeinrichtungen

für die

Bühnenpodien, die sich

unabhängig voneinander

bewegen lassen.

Die Bühne hat eine

Gesamtfläche von

20 m x 35 m, wobei der

Hauptbereich, die vier

beweglichen Podien, eine

Fläche von insgesamt

10,5 x 12 m ausmacht.


PC-Control 01 | 2011

31 worldwide | germany

Neben dem neu gestalteten Zuschauerraum verfügt das Nürnberger Schauspielhaus nach

den Umbaumaßnahmen über eine hochmoderne Bühnentechnik, die Arbeitsbedingungen

und künstlerisch-technische Möglichkeiten auf dem neuesten technischen Stand bietet.

Neue Steuerungslösung bei Sanierung des Schauspielhaus Nürnberg

Komplexe Bühnen- und Theatertechnik

mit PC- und EtherCAT-basierter Steuerung

Reibungslose Aufführungen in Opern- und Schauspielhäusern setzen hochmoderne und komplexe

Bühnenanlagen und -technik voraus. Aus diesem Grund wurde das Schauspielhaus in Nürnberg

während einer zweijährigen Bauzeit komplett renoviert. Den Auftrag zur Sanierung der gesamten

Bühnentechnik erhielt das Unternehmen TTS Theatertechnische Systeme, das bei diesem komplexen

Projekt erstmals vollständig auf PC-basierte Beckhoff-Steuerungstechnik mit durchgängiger EtherCAT-

Anbindung gesetzt hat.

Im Schauspielhaus des Staatstheaters Nürnberg finden bis zu 14 verschiedene Vorführungen

pro Woche statt. Möglich ist dies nur mit modernster Bühnentechnik, mit Hubpodien, computergesteuertem

Schnürboden und Drehscheibe, sowie modernster Beleuchtungstechnik.

Aus diesem Grund entschied man sich in Nürnberg für eine Generalüberholung des Theaters:

Neben dem Empfangsbereich, der Bestuhlung und dem Zuschauerraum wurde aus technischer

Sicht die gesamte Unter- und Obermaschinerie der Bühne erneuert. Mit der kompletten

Sanierung, vom Stahlbau bis hin zur Elektro- und Steuerungsinstallation, wurde die TTS GmbH

beauftragt. Der Spezialist für theatertechnische Systeme, mit Firmensitz im norddeutschen

Syke, ist seit 20 Jahren in der Theater- und Bühnentechnik tätig und setzt bereits seit 2002

Beckhoff-Komponenten ein.

EtherCAT – Highspeed-Ethernet als übergeordnetes Bussystem

Die Steuerung der Bühne ist in verschiedene Aufgabenfelder und Funktionsbereiche unterteilt,

für die diverse Beckhoff Industrie-PCs und das EtherCAT-Bussystem durchgängig im Einsatz

sind. (siehe Abb. S. 32) Die Hauptsteuerung übernimmt ein TTS-Rechner, der als kabelredundanter

EtherCAT-Master ausgeführt ist. Die Steuerung der Sicherheitsfunktionen erfolgt über

eine speziell für Theater entwickelte Software. Als Backup-Leitrechner dient ein Beckhoff

Schaltschrank-Industrie-PC C6340-0020 mit TwinCAT I/O, welcher bei einem Ausfall des

Hauptrechners das kabelredundante EtherCAT-Netzwerk übernimmt.

Am Haupt- und Nebenbedienpult sind drei Beckhoff Schaltschrank-IPCs C6920 mit Bedienpanel

in kundenspezifischer Ausführung im Einsatz; vier weitere übernehmen die Steuerung

der Ober- und Untermaschinerie der Bühne.


32 worldwide | germany

PC-Control 01 | 2011

Die Visualisierung und Bedienung des Bühnenraums

erfolgt über eine von TTS entwickelte Spezialsoftware.

TTS setzt bereits seit 2002 auf Beckhoff-Komponenten. „Die Nutzung der dezentralen

I/O-Peripherie von Beckhoff versetzte uns in die Lage, unsere Anlagen

genau auf die Bedürfnisse unserer Kunden abzustimmen. Nach erfolgreicher

Einführung der Busklemmen folgte die Umstellung auf Beckhoff Panel-PCs und

die Automatisierungssoftware TwinCAT“, erläutert Frank Kremer. „Als vorerst

letzter Schritt folgte die Einführung von EtherCAT. Auf der Suche nach einem

für unsere Zwecke passenden Bussystem landeten wir bei EtherCAT, das die für

uns wichtigen Eigenschaften der Echtzeitfähigkeit, der hohen Bandbreite, der

Kabelredundanz sowie gute Diagnoseeigenschaften umfasst.“

Hauptbedienpult Nebenbedienpult Tischversenkung

Panel-PC

CP7204

(24 Zoll)

Control Panel

CP6803

(19 Zoll)

Control Panel

CP7904

(24 Zoll)

Control Panel

CP6802 (15 Zoll)

Control Panel

CP6802 (15 Zoll)

DVI

DVI

DVI

DVI

DVI

C6920

C6920

C6920

C6340-0030

C6340-0030

Inspizientenpult

Hinterbühne

Vorbühne

Panel-PC

CP6207

(5,7 Zoll)

Ethernet

Panel-PC

CP6202

(15 Zoll)

Panel-PC

CP6202

(15 Zoll)

Schaltschrank

Obere Maschinerie

Schaltschrank

Untere Maschinerie

Leitrechner

Backup-Leitrechner

Havarie-PLC Fernwartungsrechner Funkpultrechner

Bühnenwagen-PLC

TTS-

EtherCAT-

Master

C6340-

0030

C6920 C6920 C6920 C6920

Ring 1

Fremdmaster,

Kabelredundanz:

82 Teilnehmer

Ring 2

Fremdmaster,

Kabelredundanz:

153 Teilnehmer

Ring 3

TwinCAT-Master,

Kabelredundanz:

404 Teilnehmer

Ring 4

TwinCAT-Master:

67 Teilnehmer


PC-Control 01 | 2011

33 worldwide | germany

Kundenspezifische Beckhoff Control Panel am

Hauptbedienpult. Das 24-Zoll-Display gibt dem

Bühnentechniker, ohne Scrollen auf dem Bildschirm,

einen Überblick über die gesamte Anlage.

Hans-Helmut Mandel, Vertrieb Beckhoff-Niederlassung

Hannover, betreute die Umsetzung des Projektes in enger

Zusammenarbeit mit TTS Theatertechnische Systeme: „Zu den

absoluten Highlights dieser Anwendung zählt die EtherCAT-

Redundanz, die höchste Verfügbarkeit garantiert.“

Frank Kremer, Projektleiter von TTS Theatertechnische

Systeme und Ole Sörensen TTS-Software-Entwicklung

Drei Panel-PCs CP6202 und CP6207 sind für die Steuerung des Inspizientenpultes,

der Haupt- und der Vorbühne zuständig. Die Tischversenkung wird über zwei

Schaltschrank-PCs C6340 mit abgesetzten 15-Zoll-Panels angesteuert.

Die über 5.000, im Bühnenraum verteilten, I/O-Punkte werden über 700 EtherCAT-

Klemmen erfasst und angesteuert. Diese sind in vier einzelne EtherCAT-Stränge

bzw. Ringe aufgeteilt:

| Ring 1: TTS-Steuerung (C6340 Backup-Rechner), Kabelredundanz : 82 Teilnehmer

| Ring 2: TTS-Steuerung (C6340 Backup-Rechner), Kabelredundanz: 153 Teilnehmer

| Ring 3: Beckhoff IPC C6920 mit TwinCAT-Master, Kabelredundanz:

404 Teilnehmer

| Ring 4: Beckhoff IPC C6920 mit TwinCAT-Master: 67 Teilnehmer

Die gesamte Technik lässt sich von verschiedenen Bedienpulten steuern, welche – je

nach Ausführung – stationär, fahrbar oder auch tragbar, per Funksteuerung erfolgt.

Zum Einsatz kommen acht Control Panel mit Touchscreen-Funktion in kundenspezifischer

Ausführung, teilweise mit integriertem oder mit abgesetztem Industrie-PC

und Displaygrößen von 5,7 bis 24 Zoll.

Bühnenumbauten bei geöffnetem Vorhang

Nach dem Komplettumbau der Bühne verfügt das Schauspielhaus Nürn berg

nun über 47 Maschinenzüge, zehn Punktzüge und vier Versenkeinrichtungen

(Podien), die sich unabhängig voneinander bewegen lassen. Die Bühne hat eine

Gesamtfläche von 20 m x 35 m, wobei der Hauptbereich, die vier beweglichen

Podien, eine Fläche von insgesamt 10,5 x 12 m ausmacht. Jedes Podium ist mit

einem sogenannten Neigegedeck ausgerüstet, welches dazu dient, die gesamte

Podienfläche um bis zu 10 Grad zu neigen. In den Neigegedecken befinden sich

jeweils sieben Versenkungsklappen mit elektrischen Antrieben, die die Öffnung des

Bühnenbodens ermöglichen. Unter den Klappen können zwei Tischversenkungen

auf dem Schleppboden des Podiums platziert werden. Zusätzlich ist ein klappbarer

Bühnenwagen mit integrierter Drehscheibe von 10 m Durchmesser und einem Gewicht

von 20 t vorhanden. Kommt der Drehscheibenwagen nicht zum Einsatz, so

wird er im hinteren Bereich der Bühne zusammengeklappt und in eine Parkstellung

nach oben gezogen. Die Hub-Klappbewegung erfolgt durch einen Hydraulikzylinder,

der bis zu 60 t ziehen kann.

Durch die technischen Funktionen der Bühne bieten sich vielfältige neue Möglichkeiten

für die Aufführungen an. Ein Beispiel hierfür sind die offenen Verwandlungen

der Bühne, d. h. während des geöffneten Vorhangs kann das Bühnenbild umgebaut

werden. Hierzu ruft der Bühnentechniker an der Bedienoberfläche vorher erstellte

Bewegungsabläufe (sogenannte Verwandlungungen) auf und fährt sie anschlie-

ßend ab. So lassen sich komplexe Bewegungen auf der Bühne per Knopfdruck

durchführen. Sämtliche Fahrmodi sind synchronisiert, sodass Synchronfahrten

zwischen Ober- und Untermaschinerie problemlos möglich sind. „Höchsten Wert

legen die Betreiber von Theatern auf Sicherheit und eine sehr hohe Verfügbarkeit

der Steuerung. Zur Gewährleistung der Sicherheitsanforderungen nach SIL 3 wurden

redundante EtherCAT-Busmaster und zusätzlich EtherCAT mit Kabelredundanz

eingesetzt“, erläutert TTS-Projektleiter Frank Kremer.

EtherCAT sorgt für exakt synchronisierte Bewegungsabläufe

Für jeden zu steuernden Antrieb – egal ob Prospekt- oder Punktzug – ist jeweils ein

Achsrechner vorhanden; hierzu wurden insgesamt 70 EtherCAT-Antriebe installiert.

Der Zentralrechner von TTS übernimmt die Steuerung der gesamten Antriebstechnik.

Jeder Achsrechner ist für die Positionierung und Überwachung der ihm zugeordneten

Antriebsachse zuständig, wobei er seine Fahrbefehle und Sollwerte über

ein Bussystem vom Leitrechner erhält. „Bei dieser neuesten Steuerungsgeneration

haben wir durchgängig EtherCAT als Bussystem eingesetzt. EtherCAT vereinbart die

Vorteile einer hohen Bandbreite mit Echtzeitfähigkeit für die Synchronisierung der

Antriebe und mit hoher Verfügbarkeit durch die Eigenschaft der Kabelredundanz“,

führt Frank Kremer aus.

Der zweikanalig ausgelegte Leitrechner wertet die Eingabedaten der verschiedenen

Bedienpulte und die Fahrbefehle der einzelnen Fahrhebel aus, leitet sie an die

Achsrechner weiter, übernimmt die Kontrolle über den gesamten Datenverkehr der

Steuerung sowie über die Einhaltung der vorgegebenen Bewegungsabläufe und

der Positionierung der Achsen. Vom Leitrechner aus können die Achsen der Oberund

Untermaschinerie gleichzeitig angesteuert werden, so dass beispielsweise ein

Podium mit aufgesetztem Prospektzug wegsynchron gefahren werden kann.

Alles auf einen Blick

„Abschließend kann gesagt werden, dass durch die Neuinstallationen unsere Anforderungen

und Funktionen in vollem Umfang erfüllt wurden“, bestätigt Florian

Steinmann, Bühneninspektor im Schauspielhaus Nürnberg: „Durch die aufwendige

Dekoration und die immer komplexer und zahlreicher werdenden Verwandlungen

des Bühnenraums sind wir mit der neuen Bühnenmaschinerie auch für zukünftige Anforderungen

gut gerüstet. Die 24-Zoll-Displays erlauben einen Überblick über die gesamte

Bühne ohne Scrollen des Bildschirmes. Die Bedienung und Überwachung der

komplexen Anlage wurde dadurch deutlich einfacher und anwenderfreundlicher.“

TTS Theatertechnische Systeme www.ttssyke.de

Schauspielhaus Nürnberg www.staatstheater-nuernberg.de


34 worldwide | belgium

PC-Control 01 | 2011

Highend-Lösung zur hochpräzisen Bestückung von Leiterplatten

Beckhoff-Automatisierungsplattform

steuert „EasyMounter“

Das belgische Unternehmen IPTE FA (Factory Automation) ist Experte für die Entwicklung von Produktions- und Testsystemen

in der Elektronikindustrie. Mit dem „EasyMounter“ hat IPTE FA eine Maschine zur Bestückung von Leiterplatten mit

nicht serienmäßigen, gedruckten Schaltungen geschaffen. Ein neues Motion-Control-System sowie eine benutzerfreundliche

HMI-Schnittstelle sorgen für eine flexiblere, schnellere und präzisere Produktion.

Der neue „EasyMounter“ zum

Bestücken von Leiterplatten mit nicht

serienmäßigen, gedruckten Schaltungen zeichnet

sich durch hohe Produktionsgeschwindigkeit und kurze

Umstellzeiten, große Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit aus.

IPTE FA, mit Sitz in Genk, wurde 1992 von fünf ehemaligen Philips-Mitarbeitern

gegründet und begann mit der Herstellung von speziellen Testgeräten.

Der von IPTE FA entwickelte „EasyMounter“ ist zur Produktion von Leiterplatten

geeignet, die mit Nicht-Standard-Bauelementen bestückt werden. Er

zeichnet sich durch hohe Produktionsgeschwindigkeit und kurze Umrüstzeiten,

große Flexibilität mit zahlreichen Greifern und Bestückungsköpfen und,

dank der neu entwickelten Mensch-Maschine-Schnittstelle, durch besondere

Benutzerfreundlichkeit aus.

Äußerste Präzision als Basis des Produktionsablaufes

Der Bestückungsprozess muss nicht nur schnell und flexibel erfolgen, sondern

auch mit äußerster Präzision. Der „EasyMounter“ verwendet aus diesem

Grund ein Doppel-Vision-System und anwendungsabhängige Greifer, die mit

einer Kraftregelung ausgestattet sind. Zunächst wird die Leiterplatte, der ein

Strichcode im System zugeordnet wurde, von der Seite aus eingeführt; dann

wird der Bestückungsbereich auf der Leiterplatte über zwei bis drei Passermarken

vermessen und die exakte Bestückungsposition (Mount-Position)

ermittelt. Dies ist eine genormte Markierung, die den Nullpunkt der Gruppe

bestimmt. Die Bestückungsposition wird von der oberen Kamera aufgezeichnet

und an das Motion-Control-System übermittelt. Anschließend wird

von einem der sechs Bestückungsköpfe auf der Rückseite der Maschine das

richtige Bauelement vom Greifer aufgenommen. Im Vorfeld wird die genaue

Position der gedruckten Schaltung im Greifer von der unteren Kamera erfasst.

Zu diesem Zweck wird auf einen Bezugs-Pin geschaut. Zusätzlich findet noch

eine Qualitätskontrolle statt sowie eine Sichtprüfung, ob Pins abgebrochen

sind, bevor das Bauelement platziert wird. Die eingebauten Kraftfühler und

die programmierte Kraftregelung sorgen letzten Endes dafür, dass bei der Bestückung

nichts beschädigt wird. Wenngleich etwas Kraft erforderlich ist, um

die Pins in die Öffnungen der Leiterplatte zu drücken, zeigt ein zu hohes Maß

an erforderlichem Kraftaufwand an, dass die Positionierung nicht mit dem

Muster der Öffnungen übereinstimmt. Die Kraftmessung ist daher ein weiterer

Kontrollschritt, der ein hochwertiges Endprodukt und die Unversehrtheit

der Maschine garantiert. Nach dem Platzieren wird – je nach der Bestellung

des Kunden – entweder das nächste Teil platziert oder die Leiterplatte einem

weiteren Bearbeitungsschritt zugeführt.

Eine Steuerungsplattform für SPS und Motion Control

Damit alle Achsen des Portalroboters und Bestückers, die einzelnen Greifer,

Vision-Systeme und Sensoren perfekt miteinander zusammenarbeiten, ist

eine Steuerung erforderlich, die sowohl Präzision als auch Schnelligkeit

bei der Positionierung garantiert. Die Wahl fiel auf eine durchgängige

Beckhoff-Steuerungslösung, bestehend aus einem Industrie-PC mit der


PC-Control 01 | 2011

35 worldwide | belgium

Links: Mehrere multifunktionale Greifer erlauben den Einsatz der

Maschine bei einer Vielzahl von Anwendungen.

Unten: Eine Kamera überprüft die exakte Bestückungsposition der

Leiterplatte und übermittelt sie an das Motion-Control-System. Bei Abweichungen

wird der Korrekturfaktor auf die CNC-Achse übertragen.

Drehzahlkurven aller Achsen, auf der Basis von drei Punkten, automatisch

interpoliert.

Komplettlösung aus einer Hand

Der Einsatz der PC-basierten Steuerungsplattform bringt für IPTE FA gleich

mehrere Vorteile mit sich, wie IPTE-FA-Geschäftsführer Phil Frederix betont:

„Durch die verbesserte Kompatibilität der Hardwarekomponenten stellt ihr

Austausch, z. B. im Wartungsfall, nur einen kleinen Eingriff dar. Auch ein

modulares Konzept wird dadurch möglich. Dies hat Vorteile für die Vereinheitlichung,

ohne dass wir Abstriche bei den kundenspezifischen Möglichkeiten

neuer Maschinengenerationen machen müssen.“ Ausschlaggebend bei der

Entscheidung für Beckhoff als Steuerungslieferanten war das Angebot einer

Komplettlösung nach dem Baukastenprinzip, die zugleich ein gutes Preis-

Leistungs-Verhältnis gewährleisten konnte. „Darüber hinaus spielte das

Engagement der Applikationsingenieure vor Ort, sich den Herausforderungen

der Geschwindigkeits- und Präzisionsvorgaben zu stellen, eine entscheidende

Rolle“, erläutert Phil Frederix.

Automatisierungssoftware TwinCAT NC I sowie diversen EtherCAT-I/Os und

-Servoverstärkern. Nicht nur mit Blick auf die Flexibilität erschien es vorteilhaft,

die Bewegungssteuerung über den Industrie-PC erfolgen zu lassen. Das

TwinCAT-NC-Interpolationssystem sorgt auch dafür, dass die Programmierung

der Drehzahlen und Drehmomente nicht im Antrieb selber zu erfolgen

braucht. Unter Verwendung des SERCOS-Drive-Profils werden die Positionen

in jedem 125-Mikrosekunden-Zyklus über EtherCAT eingelesen und die neuen

Jonathan Janssen, Programmierer von Phil Frederix,

IPTE FA, Patrick Gielis, Geschäftsführer Geschäftsführer von IPTE FA

Beckhoff Belgien, und Marc Hermans,

Entwicklungsleiter bei IPTE FA (v. l. n. r.).

Durchgängiges Maschinenbedienkonzept

Ebenso wie auf die Highend-Motion-Control-Lösung, ist IPTE FA stolz

auf die Benutzeroberfläche, die betriebsintern entwickelt wurde und

sich nahtlos in die neue Steuerung integriert. Unter dem Namen „Plattform

3“ umfasst die HMI einen Artikelmanager, einen Toolmanager, einen

Kalibrierungsassistenten sowie ein Modul für die Auftragsabwicklung.

„Diese in C# programmierten Module umfassen alles, was der Bediener zur

exakten Bestückung der Leiterplatten benötigt“, hebt Phil Frederix hervor. Im

Artikelmanager lassen sich neue Artikel kreieren oder alte anpassen, wobei

Spezifikationen, wie Greifertyp, Krafteinstellungen und Kameraprogrammtyp

angewendet und weitere Parameter an den betreffenden Artikel gekoppelt

werden. Die spezifischen Greifereinstellungen werden im Toolmanager, einer

Datenbank, in der alle Geräte (Bestücker, Greifer und Kameras) generiert

und verwaltet werden, angepasst. Soll ein neues Produkt erkannt werden,

hilft der Kalibrierungsassistent beim Einstellen des Vision-Systems. Auch die

Kopplung mit dem ERP-System des Kunden ist möglich. „Die Einheitlichkeit

der Bedienoberfläche stellt einen großen Vorteil für unsere Kunden dar, die

sich nicht bei jeder einzelnen Produktionsanlage ihres Maschinenparks in

eine andere Bedienungsweise einarbeiten müssen“, so der Geschäftsführer.

IPTE FA Experts in Factory Automation www.IPTE.com

Beckhoff Belgien

www.beckhoff.be


36 worldwide | germany

PC-Control 01 | 2011

Taumelnietverfahren für dauerhaft feste Nietverbindungen

Das Taumelnietverfahren wird u. a. zur Herstellung

von Kondensatorgehäusen genutzt. Der Niet stellt

gleichzeitig den Kondensatorkontakt dar und wird durch das

Vertaumeln absolut gasdicht mit dem Gehäusedeckel verbunden.

Die KMT Produktions- und Montagetechnik GmbH, aus Villingen-Schwenningen, in Deutschland, ist Hersteller von Produktionssystemen

für spezielle Nietverfahren. Auf der „Motek 2010“, der Fachmesse für Montage- und Handhabungstechnik, hat das

Unternehmen sein modulares Maschinenkonzept einer CNC-Taumelnietzelle vorgestellt. Ausgestattet mit einer PC- und EtherCATbasierten

Beckhoff-Steuerungsplattform ist die Maschine allen kundenseitigen Anforderungen in Bezug auf die Prozessgeschwindigkeit

gewachsen.

Beckhoff-Automatisierungstechnik

garantiert schnellen Prozessablauf

Das Taumelnieten ist ein weltweit anerkanntes und etabliertes Fügeverfahren, das

sich in einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen bewährt hat. Dabei werden

nicht nur Metalle miteinander verbunden, sondern auch artungleiche und mitunter

sensible Werkstoffe, wie Kera mik, Leder oder Kunststoffe. Führende Automobilhersteller

und deren Zulieferer gehören ebenso zu den Anwendern, wie Elektrogerätehersteller

oder Firmen aus dem Bereich der Beschlagbranche, Sensorhersteller und

viele andere.

In vielfältigen Anwendungsbereichen bewährte Technik

Die Bezeichnung Taumelnieten resultiert aus der „taumelnden“ Bewegung des

Nietstempels, der auf einer Kreisbahn über den Nietkopf bewegt wird: Infolge der

festen Neigung der Nietspindelachse rotiert der Nietstempel während des Nietvorgangs

mit dosierbarem, vertikalem Druck auf einer kreisförmigen Bahn um die eigene

Achse. An den Stellen, wo der Niet berührt wird, entsteht eine Umformung, die

sich entlang der Berührungslinien zwischen Nietstempel und Niet fortsetzt. „Das

Taumelnietverfahren hat den Vorteil, dass nur ein Fünftel bis ein Zehntel der beim

Pressnieten erforderlichen Kraft aufgewendet werden muss, um die gleiche Verformung,

bzw. Materialverbindung zu erzielen“, führt Marc Heiter, Geschäftsführer

von KMT aus. „Wir benötigen etwa 100 kg Druckkraft pro 1 mm Durchmesser für

die Materialumformung. Bei 5 mm wären es dann 500 kg.“ Als einen besonderen

Vorzug des Taumelnietens bezeichnet Marc Heiter auch die Tatsache, dass die

Oberflächen schonend behandelt werden. „Metallische und durch Galvanisierung

aufgebrachte Beschichtungen werden einfach mit umgeformt“, erklärt er. „Der

Nietstempel läuft beim Taumelnietprozess komplett auf dem Nietkopf ab, sodass

die Beeinträchtigung der Oberfläche nur geringfügig ist.“

Hohe Durchsatzzahlen in der Serienfertigung

Besonders interessant wird das Verfahren jedoch bei Berücksichtigung des

Durchsatzes in der Serienfertigung. Konkret geht es dabei um die Frage, wie viele

Nietungen in einer bestimmten Zeit hergestellt werden können. „Ich möchte für

uns in Anspruch nehmen, dass wir in Europa die schnellsten Taumelnietmaschinen

herstellen“, erklärt Marc Heiter. „Wir können in 0,6 s bis 0,7 s eine Taumelnietverbindung

realisieren. Im Anwendungsbereich der Beschlagherstellung haben wir

nachgewiesen, dass unsere Maschinen in nur 0,8 s eine Taumelnietverbindung

mit 4 mm Nietdurchmesser aus Vollmaterial-Stahlnieten herstellen können. Interessant

ist ohnehin, dass mit dem Taumelnietverfahren auch Hohlnieten sauber

und dauerhaft vernietet werden können.“ Sind aus produktionszyklischen Gründen

mehrere Vernietungen in kurzer Zeit zu realisieren, wie z. B. bei Werkstücken, die im

Mehrfachnutzen zugeführt werden, bietet KMT einen so genannten Mehrspindel-

Taumelnietkopf an.

PC-basierte Automatisierung als Grundlage eines standardisierten,

skalierbaren Maschinenkonzeptes

KMT hat mit seiner CNC-Taumelnietzelle ein modulares Maschinenkonzept

realisiert, das dem Kunden erlaubt, sich seine Anlage, entsprechend seinen Anforderungen,

wie aus einem Baukasten zusammenzustellen. Basis hierfür ist das


PC-Control 01 | 2011

37 worldwide | germany

Marc Heiter, Geschäftsführer der KMT

Produktions- und Montagetechnik

GmbH, aus Villingen-Schwenningen

Die neue CNC-Taumelnietzelle von KMT beruht auf einem modularen zept, das eine kundenspezifische Lösung auf Basis von Standardkomponenten erlaubt.

Maschinenkon-

flexible, PC-basierte Steuerungskonzept, das je nach Anlagenumfang erweiterbar

ist. Die Steuerungsplattform besteht aus einem Beckhoff Embedded-PC CX1020 mit

12-Zoll-Control-Panel, den EtherCAT-Klemmen sowie Beckhoff-Servoverstärker und

-motoren. „Die Taumelnietmaschine wird, den jeweiligen Anforderungen entsprechend,

aus dem Standardportfolio von KMT ausgewählt und in die Produktionszelle

integriert“, erläutert Marc Heiter. „Beispielsweise kann die Werkstückzuführung

über einen Rundschalttisch oder eine Schwenkeinheit erfolgen. Alternativ hierzu

könnte auch ein Werkstückträger-Transportsystem eingesetzt werden. Auch hinsichtlich

der Maschinenbedienung, die sowohl manuell als auch vollautomatisch

erfolgen kann, ist das Konzept offen.“

Die Dynamik der Taumelnietzelle wird durch einen Kreuztisch mit zwei Servoachsen

für die X-Y-Positionierung bewirkt. Hierfür ist ein EtherCAT-Servoverstärker des Typs

AX5203 im Einsatz. Der Taumelhub erfolgt über eine pneumatische Z-Achse. „Abhängig

von der Aufgabenstellung und dem Automatisierungsbedarf des Kunden

könnten jedoch weitere Servoachsen hinzu kommen“, betont Marc Heiter.

Zusätzlich zur Zykluszeit sind beim Taumelnieten auch Prozessgrößen, wie die

kontinuierliche Kraft- und Wegerfassung, sowie die Rohnietlängenerfassung bei

Beginn der Nietung mittels Differenzdruckmessung, von Bedeutung. „Die von

uns 1996 entwickelte Differenzdruckmessung ermöglicht die genaue Ermittlung

der Rohnietlänge als Basis für die angestrebten Prozessparameter“, erläutert der

KMT-Geschäftsführer. „Dies ist in allen Produktionsbereichen wichtig, in denen

dokumentationspflich tige Bauteile hergestellt werden, wie z. B. in der Automobilindustrie,

bei der Herstellung von ABS-Komponenten, Airbag-Lenkrädern o. ä.“

Bedienen und Beobachten über Touchpanel

Die CNC-Taumelnietzelle bietet die drei Betriebsarten Grundstellungsfahrt, Einrichten

und Automatikbetrieb. Auf dem am Tragarm montierten Touchpanel werden die

damit verbundenen Abläufe grafisch dargestellt. In der Steuerung sind jeweils 100

Der seitlich am Maschinenbett untergebrachte

Schaltschrank enthält den

Beckhoff Embedded-PC CX1010-0112,

EtherCAT-I/O-Klemmen, sowie den

Beckhoff Servoverstärker AX5203 für

zwei Motorausgänge. Servoverstärker

und PC kommunizieren über EtherCAT.

Nietprogramme mit bis zu 100 Positionen hinterlegt. Die Eingabe der Nietpositionen

ist mit einer Genauigkeit von 0,01 mm wählbar. Ebenso kann der Justagewert

für die Rohnietlänge vorgegeben werden. Diesen sowie die Nietpositionen kann

der Anwender als Absolutwerte eingeben bzw. bei der Online-Programmierung

im Teach-in-Verfahren festlegen. Der Nietweg bzw. Hub kann mit positiver und

negativer Toleranz versehen werden. Des Weiteren lassen sich zwei Nietdruckstufen

definieren.

Hohe Geschwindigkeitsanforderungen erfüllt

In Hinblick auf die prozesstechnische Skalierbarkeit werden die einzelnen Abläufe

sensortechnisch überwacht und dokumentiert. „Zur Integration der Sensorik bietet

das Beckhoff-EtherCAT-Klemmensystem vielfältige Möglichkeiten. Viel wichtiger

war für uns jedoch die Geschwindigkeit“, sagt Marc Heiter und führt weiter

aus: „Die Beckhoff-Steuerung war die erste Steuerungslösung, die unsere hohen

Geschwindigkeitsanforderungen erfüllt hat. In früheren Maschinen sowie in Standalone-Konzepten

hatten wir immer mit Geschwindigkeitsproblemen zu kämpfen.

Vom Ablauf her muss ja Folgendes berücksichtigt werden: Das Anfahren auf

den Niet mit abschließendem Hochfahren erfolgt bei einem 10-mm-Hub in nur

0,26 Sekunden. In diesem Zeitraster muss die Kraft-Wegerfassung feststellen, ob

der Rohniet zu lang oder zu kurz ist. Das ist für konventionelle Steuerungssysteme

einfach nicht zu schaffen.“

KMT Produktions- und Montagetechnik GmbH www.kmt-montagetechnik.de


38 worldwide | singapore

PC-Control 01 | 2011

Ausbau der Marktposition in Südostasien

Beckhoff eröffnet Tochterunternehmen in Singapur

Mit der Gründung einer neuen Niederlassung in Singapur setzt Beckhoff seine Exportoffensive in Südostasien fort. Im

Januar 2011 wurde das Beckhoff-Büro im Nordic European Centre im International Business Park von Singapur eröffnet.

Beckhoff ist bereits seit dem Jahr 2000 durch die Firma TDS Technology (S) Pte Ltd. in dem südostasiatischen Stadtstaat

vertreten. David Chia, Geschäftsführer von Beckhoff Singapur, und sein Team wollen auf den bisherigen Geschäftserfolgen

und guten Kundenbeziehungen aufbauen und neue Märkte für die PC-basierte Steuerungsphilosophie erschließen.

„Singapur ist für uns kein „Neuland“ mehr, da wir hier bereits seit geraumer

Zeit mit TDS zusammengearbeitet haben und auch in Zukunft partnerschaftlich

zusammenarbeiten werden“, erklärt Kai Ristau, Head International Sales

von Beckhoff Automation. Die positive geschäftliche Entwicklung der letzten

Jahre, zusammen mit dem Wirtschaftswachstum des Landes, haben Beckhoff

dazu bewogen, sein wirtschaftliches Engagement in Singapur zu verstärken

und in neue Marktsegmente zu expandieren.

„Als Geschäftsführer von Beckhoff Singapur konnten wir mit David Chia

einen in der Automatisierungstechnik erfahrenen Ingenieur gewinnen“,

kommentiert Joshua Alexander Rusdy, Area Sales Manager in der Beckhoff-

Unternehmenszentrale in Deutschland. Singapurs Industrie ist geprägt von

der Fertigung hochindustrialisierter Produkte. Zu den Schlüsselindustrien

zählen die Elektronik, die Petrochemie, die Biotechnologie sowie Umweltund

Nanotechnologie.

Deutschland gehört traditionell zu den wichtigsten Außenhandelspartnern

von Singapur – und dies bei einem weiter steigenden Außenhandelsvolumen.

„Made in Germany hat in Singapur nach wie vor einen sehr hohen Stellenwert“,

stellt David Chia fest und fährt fort: „Wir sehen auf dem hiesigen


PC-Control 01 | 2011 39 worldwide | singapore

Exportoffensive in Südostasien: Kai Ristau, Head International Sales, David Chia,

Geschäftsführer Beckhoff Singapur, Hans Beckhoff, Geschäftsführer Beckhoff Automation,

Joshua Alexander Rusdy, Area Sales Manager International Sales (v. l. n. r.)

Markt ein großes Potenzial für die New Automation Technology von Beckhoff.

Unsere Kunden stammen aus allen Bereichen der Leicht- und Schwerindustrie.

Aber auch in der Montage- und Handhabungstechnik, im Bereich Transportund

Logistiksysteme sowie in der Wasseraufbereitung und der Gebäudeautomation

sind wir bereits als Komponenten- und Systemanbieter tätig. Auch

für Scientific Automation von Beckhoff sehen wir gute Marktchancen, da es

in Singapur eine große Dichte an Forschungsinstituten und privaten Entwicklungszentren

gib, die ein großes Interesses an hochintegrierter Steuerungstechnologie

haben.“

Zur Erweiterung des Vertriebs- und Supportradius auf die Nachbarländer

Indonesien, Vietnam und Philippinen wird das derzeit aus vier Mitarbeitern

bestehende Team von Beckhoff Singapur in naher Zukunft verstärkt werden.

Beckhoff Automation Pte. Ltd.

3 International Business Park

#07-08 Nordic European Centre

Singapore 609927

Telefon: + 65 (0) 6635 5000

Telefax: + 65 (0) 6635 5001

info@beckhoff.com.sg

www.beckhoff.com.sg

Der Firmensitz von Beckhoff Singapur befindet sich im prominenten Nordic European

Centre im International Business Park von Singapur. Von hier aus werden die

Kunden in Singapur, Indonesien, Vietnam und auf den Philippinen betreut.


40 worldwide | netherlands

PC-Control 01 | 2011

Hochgeschwindigkeitsbildverarbeitung sorgt

für zufriedene Fluggäste und reduziert Kosten

Automatisierte

Sichtprüfung bei der

Gepäcksortierung

Verlorene oder beschädigte Gepäckstücke sind nicht nur

für die betroffenen Passagiere ein Ärgernis, sondern

stellen auch einen enormen Kostenfaktor für die Fluggesellschaften

dar. Eine Lösung des Problems verspricht

das neuartige Gepäckabfertigungssystem BAGCHECK,

das in Sekundenschnelle die Umrisse von Gepäckstücken

einscannt und damit eine zuverlässige Separierung von

Gepäckstücken, die einer Sonderbehandlung bedürfen,

ermöglicht. So lassen sich unliebsame Gepäckstaus und

Blockierungen auf den Transportbändern um 40 % reduzieren.

Gesteuert wird die schnelle Sichttechnik mit

PC-Control von Beckhoff.

Auf dem Control Panel wird angezeigt, welche Gepäckstücke den normalen Transportweg

problemlos durchlaufen können und welche, aufgrund ihres Formats oder ihrer besonderen

Beschaffenheit, zu Problemen führen können und aussortiert werden müssen.

Entwickelt wurde BAGCHECK in Zusammenarbeit der niederländischen Unternehmen

Quintech Engineering Innovations, Experte im Bereich innovativer

Automatisierungslösungen für die Flughafenlogistik, mit Sitz in Delft, und

Vanderlande Industries, ein weltweiter Marktführer für komplette Gepäckund

Pakethandlingsysteme. Der BAGCHECK-Prototyp ist als Pilotanlage auf

dem Flughafen London Heathrow im Einsatz.

Gepäckabfertigungssysteme sind heute unabdingbar, um an Flughäfen die

riesigen Mengen an Gepäck schnell und korrekt handhaben zu können.

Eine große Fehlerquelle stellen dabei die Sichtprüfung und das Sortieren der

Gepäckstücke von Hand dar: Mit einem Blick muss der Mitarbeiter erkennen,

ob ein Gepäckstück das Transportband problemlos durchlaufen kann oder

als Sondergepäck aussortiert werden muss. Das betrifft alle sperrigen Gegenstände,

die sich verkanten, runde Gepäckstücke, die vom Transportband

herunter rollen, aber auch Taschen und Rucksäcke mit losen Henkeln oder

Gurten, die auf dem Transportband hängen bleiben und zu einer Blockade

führen können. Beim Einchecken der Passagiere wird zwar der überwiegende

Anteil des Sondergepäcks aussortiert. Muss das Gepäck jedoch bei einem

Umstieg des Fluggastes umgeladen werden, so werden die Sondergepäckstücke

häufig wieder dem allgemeinen Gepäckstrom zugeführt.

Hochauflösende Bilder sorgen für zuverlässige Gepäcksortierung

Abhilfe soll hier die von Quintech und Vanderlande Industries entwickelte

BAGCHECK-Lösung schaffen. Nachdem das Gepäck gewogen und mit einem

Barcode-Etikett versehen wurde, gelangt es über das Transportband zum

BAGCHECK. Dort wird es gescannt, und zwar nicht auf seinen Inhalt hin – wie

bei der Sicherheitskontrolle –, sondern anhand seiner Umrisse. Jorick Naber,

Jorick Naber, Mitbegründer und technischer Leiter von QuinTech Engineering Innovations

Mitbegründer und technischer Leiter von Quintech, beschreibt das Verfahren:

„BAGCHECK erstellt mithilfe einer Konturen scan-Kamera und eines Lichtvorhangs

ein hochauflösendes 3-D-Bild der Umrisse des Gepäckstücks von

oben. Der Lichtvorhang erzeugt die Seitenansichten, so dass wir wissen, wie

hoch das Gepäckstück ist, und ob es beispielsweise eine runde Form hat. Dies

ermöglicht, im Gegensatz zum Volumenscanner, der nur den Inhalt und die

groben Abmessungen eines Gepäckstücks berechnet, exakte Aussagen über

die Umrisse. Auf dieser Basis lassen sich innerhalb von ein bis zwei Sekunden

Gepäckstücke herausfiltern, die für den Standardtransport nicht geeignete

sind.“ Während das Gepäckstück an der Kamera vorbeiläuft, nimmt diese

4000 Konturen pro Sekunde auf (1 Kontur entspricht 1 mm).


PC-Control 01 | 2011

41 worldwide | netherlands

© Vanderlande Industries

Der BAGCHECK in Aktion: Während das Gepäckstück an der Kamera vorbeiläuft,

nimmt diese 4000 Konturen pro Sekunde auf (1 Kontur entspricht 1 mm). Dank der

extremen Belichtung und der hohen Auflösung entsteht ein äußerst exaktes Bild

auf dessen Grundlage problematische Gepäckstücke automatisch separiert werden.

Firmenprofil Quintech Datenübertragung in Echtzeit

Das in Delft ansässige Unternehmen

Quintech Engineering Transportbändern (über Codierer) erfolgt über einen

Die Synchronisation von Kamera, Beleuchtung und

Innovations ist Experte im Beckhoff-Panel-PC CP6502 mit 19-Zoll-TFT-Display

Bereich innovativer Automatisierungslösungen

für die Quintech auch einen Schaltschrank-Industrie-PC

und Intel ® -Core -Duo-Prozessor. Alternativ setzt

Flughafenlogistik und sowohl C66xx mit dem „Economy“-Control-Panel CP690x

auf kleinen als auch größeren als Steuerungsplattform ein. „Die Kamera ist über

(inter)nationalen Flughäfen eine 1-Gigabit-Ethernet-Verbindung mit dem PC

aktiv. QuinTech ist ein Spin- verbunden. „Bei unserer Entscheidung für EtherCAT

Off-Unternehmen der Technischen

Universität Delft.

der Datenübertragung eine große Rolle“, erläutert

spielten vor allem die Schnelligkeit und Genauigkeit

Jorick Naber und fügt hinzu: „Um genaue Ergebnisse

zu erzielen, müssen die aufgenommenen Bilder in hoher Auflösung vorliegen.“

Hierfür verwendet Quintech Zeilenkameras mit leistungsstarken LED-

Zeilenbeleuchtungen, die über hochauflösende Encoder sehr genau mit der

Förderbandgeschwindigkeit und -position synchronisiert sein müssen. Damit

Zeilenraten bis zu 4000 Hz erzielt werden können, darf ein Steuerungszyklus

nicht länger als 125 μs dauern. „Der EtherCAT-Feldbus, im Verbund mit der

Beckhoff-Automatisierungssoftware TwinCAT NC PTP, bietet die schnellen

Reaktionszeiten, die wir brauchen“, stellt Jorick Naber fest.

Ein weiterer Vorteil von TwinCAT war die einfache Koppelung der Bildanalyseund

Klassifizierungssoftware von Quintech dank der Nutzung der ADS-Schicht

zur Verknüpfung der Variablen. „Mit unserer Software ist es möglich, zwei

auf- oder nebeneinander liegende Gepäckstücke getrennt zu beurteilen,

indem sie quasi virtuell auseinandergezogen werden“, betont Jorick Naber.

„Bestehende Systeme sind dazu nicht in der Lage und würden das Band

anhalten oder beide Gepäckstücke zum selben Flugzeug leiten.“ Die Scope-

View-Funktion von TwinCAT erwies sich außerdem während der Entwicklung

als eine unverzichtbare Hilfe bei der Suche nach Programmierfehlern.

Problemlose Rückverfolgung verlorengegangener Gepäckstücke

Bei der Entscheidung für den Beckhoff Panel-PC ging es Quintech, neben der

Schnelligkeit, auch um die Datenkapazität. „Die PC-Plattform integriert die

Steuerung und die Datenbank. Alle Bilddaten der eingescannten Gepäckstücke

werden in einer SQL-Datenbank gespeichert“, hält Jorick Naber fest.

Dadurch lassen sich auch Gepäckstücke ohne Etikett leicht identifizieren:

BAGCHECK gleicht das Fotos der eingescannten Gepäckstücke mit dem

Gepäckstück ohne Etikett ab und kann auf diese Weise zurückverfolgen, zu

welchem Passagier es gehört.

Jorick Naber zeigt sich zufrieden mit der Entwicklung des Prototyps und

dem Einsatz der Beckhoff-Automatisierungskomponenten: „Durch einfaches

Programmieren können wir alle I/O-Schnittstellen leicht ansteuern. Aufgrund

seiner Flexibilität eignet sich das offene Steuerungssystem auch für Erweiterungen

und die Entwicklung neuer Konzepte.“ Optimistisch blickt er in die

Zukunft: „Gegenwärtig werden vier weitere BAGCHECKs hergestellt, die in

den Gepäckabfertigungssystemen von Vanderlande in London Heathrow

integriert werden sollen.“

Quintech Engineering Innovations www.quintech.nl

Vanderlande Industries

www.vanderlande.com

Industrial Automation Link www.ial.nl


42 worldwide | netherlands

PC-Control 01 | 2011

Beckhoff Embedded-Controller bewähren sich auch bei stürmischer See

Vollautomatisierte Segeljacht „Twizzle“

Bei der niederländischen Werft Royal Huisman lief im Sommer 2010 die „Twizzle“, eine Segeljacht der Superlative,

vom Stapel. Mit diesem Schiff setzt die auf „Custom Yachts“ spezialisierte Werft neue Qualitätsmaßstäbe

in puncto Nachhaltigkeit, Sicherheit und Komfort. Das traditionsreiche Unternehmen, das seine

Jachten mit modernster Steuerungs- und Netzwerktechnik ausstattet, entschied sich beim Bau der „Twizzle“

für eine PC-basierte Steuerungsplattform von Beckhoff.

Bezüglich der Anwendung von Netzwerktechnologie und der Automatisierung

an Bord von Superjachten kann die Werft Royal Huisman, mit

Sitz in Vollenhove, in den Niederlanden, inzwischen auf beachtliche

Erfolge verweisen. So baute sie im Jahr 1998, im Auftrag von Jim Clark,

Besitzer der Netscape Communications Corporation, die Luxusjacht

„Hyperion“, eine Segeljacht, auf der nur allermodernste Computertechnologie

verbaut wurde. Seither werden sämtliche Jachten, die die Werft

in Vollenhove verlassen, mit einem modernen Netzwerk ausgestattet,

in das alle technischen Funktionen, inklusive der Kabinenautomatisierung

und der Mediensteuerung, integriert sind. Mit der jüngst fertig

gestellten „Twizzle“ geht Royal Huisman noch einen Schritt weiter in

der technischen Perfektion: Auf dem über 57 m langen Schiff werden

insgesamt 3.500 Sensoren und Aktoren mit Steuerungskomponenten

von Beckhoff angesteuert.

Alle Anforderungen in Bezug auf Zuverlässigkeit,

Anpassungsfähigkeit und Offenheit erfüllt

Die Entscheidung für Beckhoff als Steuerungslieferanten begründet

Sjoerd Schrichte, Manager der Abteilung Systemintegration bei Royal

Huisman, der direkt an der Entwicklung des Automatisierungssystems

der „Twizzle“ beteiligt war: „Wir automatisieren unsere Jachten schon

seit 1995. In den Anfangsjahren der Werft haben wir neben einer

Hardware-SPS auch zunehmend Steuerungen von Beckhoff eingesetzt.

Die „Twizzle“ ist das erste Projekt, in dem wir die gesamte Steuerungstechnik

mit Beckhoff-Komponenten realisiert haben. Ein Grund für

unsere Entscheidung war die Anpassungsfähigkeit der Komponenten.

So können wir beispielsweise eine bestehende Busklemmenstation

aufgrund ihrer Modularität bei Bedarf problemlos erweitern. Die

kompakte Bauweise der Busklemmen, mit bis zu 16 Kanälen in einem

12-mm-Gehäuse, und ihre feine Granularität bieten uns darüber hinaus

enorme Flexibilität und reduzieren den Einbauraum im Schaltschrank.

Ein weiterer Vorteil ist die Programmierung, die sich mit der Verwendung

von TwinCAT denkbar einfach für unsere Ingenieure gestaltet.

Sämtliche Embedded-PCs sind über Ethernet zu erreichen. Die Systemoffenheit

der Beckhoff-Plattform erlaubt uns beispielsweise auch die

Ankopplung von EIB-Modulen und bietet uns eine Schnittstelle zur

Crestron-Automatisierungslösung für Jachten, inklusive Beleuchtungs-,

Klima- und Multimediasteuerung.

Auch die Kosten spielen eine Rolle

„Natürlich spielen auch die Kosten eine Rolle“, räumt Sjoerd Schrichte

ein. „Auch im Hochpreissektor muss man immer an das Budget denken.

Wir bewegen uns auf einem hart umkämpften Markt, auf dem wir uns

von anderen Anbietern absetzen müssen. Unter anderem durch die

Verwendung der Beckhoff-Steuerungstechnik ist es uns gelungen, den

gesteckten Kostenrahmen nicht zu überschreiten. Des Weiteren bietet

uns die hohe Rechenleistung der eingesetzten Beckhoff Embedded-Controller

CX9000 Wettbewerbsvorteile in Hinblick auf die Performance.“

Enbedded-PCs bestehen Tests in rauer See

Auch die Zuverlässigkeit der Embedded-PCs war bei Royal Huisman ein

wichtiges Auswahlkriterium. Dies wurde sofort nach dem Stapellauf

deutlich, als Mitarbeiter von Huisman die „Twizzle“ nach Terschelling

überführten, um von dort aus einige Probefahrten in der Nordsee zu

Höchste Umweltanforderungen erfüllt

Sowohl beim Bau als beim Betrieb der „Twizzle“ stehen

Nachhaltigkeit und ein minimaler CO 2

-Footprint an erster

Stelle. So wird das Abwasser nicht in die See abgepumpt, eine

Voraussetzung für die Zertifizierung des Zertifizierungsgremiums

Yacht Carbon Offset. Die Abgase der Generatoren

werden mit von Royal Huisman entwickelten Filtern gereinigt.

Den restlichen CO 2

-Ausstoß kompensiert die Werft

durch sog. „grüne Energieprojekte“ weltweit. Das Gleiche

gilt für die verwendeten Baumaterialien, wie Aluminium,

Stahl und andere Werkstoffe. Das Yacht Carbon Offset überwacht,

ob die Kompensation auch effektiv erfolgt. Dank

dieses Zertifikates erfüllt die „Twizzle“ die strengsten Umweltanforderungen

und ist daher auf sämtlichen Meeren

zugelassen, unter anderem auch rund um Alaska.


PC-Control 01 | 2011

43 worldwide | netherlands

Die Hightech-Jacht „Twizzle“ während einer ihrer ersten Fahrten auf hoher See. Der Zweimaster hat

eine Gesamtlänger von 57,49 m und verfügt über drei Decks. Insgesamt 3.500 Sensoren und Aktoren

werden durch Beckhoff Embededded-Controller und Busklemmen angesteuert.

Die „Twizzle“ ist ein Zweimaster mit einer Flybridge, d. h. einem

Steuerstand, der über dem Aufbau angebracht ist und damit

größtmögliche Übersicht bietet. Die Gesamtlänger des Schiffes

beträgt 57,49 m. Der Tiefgang liegt zwischen 3,80 m und 10,8 m

(mit ausgeklapptem Mittelschwert). Die Breite beträgt 11,59 m.

Das Schiff ist aus Aluminium und verfügt über drei Decks. Die

beiden Masten bestehen aus Kohlefasern, wobei der vordere

Mast mit einem beweglichen Ausguckposten (Krähennest)

ausgestattet ist. Der Hauptmast hat eine Höhe von 62 m, der

Heckmast von 55 m über dem Meeresspiegel. Bei einem Kurs

vor dem Wind kann die „Twizzle“ 2800 m² Segel setzten, am

Wind sind es 2000 m². Bei Einsatz des Motors erreicht die Jacht

eine Geschwindigkeit von 15 Knoten. Sie kann 44 t Kraftstoff

mitführen und hat ein Gewicht von 550 t. Entworfen wurde

die „Twizzle“ von Dubois Naval Architects Ltd.; der Innenraum

und die äußere Formgebung wurden von der Redman Whiteley

Dixon Ltd (RWD) und Todhunter Earle Associates gestaltet.

machen. „Bei den Probefahrten haben wir dem Schiff gründlich „auf

den Zahn gefühlt“. Dies galt selbstverständlich auch für die Embedded-

PCs an Bord. Wenngleich es in der Nordsee teilweise recht rau zuging,

haben die Bord-Controller perfekt und reibungslos funktioniert“, betont

Sjoerd Schrichte.

Technik vom Feinsten bietet Rund-um-Automatisierung

Praktisch alle Systeme, die mit dem Fahren und dem Leben an Bord zu

tun haben, wurden mit Beckhoff-Technik automatisiert. Dies gilt sowohl

für das Fahren unter Motor als auch unter Segel. „Wir haben zum Beispiel

ein automatisiertes Motormanagement für den Dieselmotor und die

dazugehörigen Kraftstoff- und Kühlwasserpumpen im Einsatz“, er läu tert

Sjoerd Schrichte. Zudem hat die „Twizzle“ ein umfassendes Hydrauliksystem,

das den Antrieb der Winschen, das Setzen der Segel, die Verstellung

der Masten, das Aufholen des Kiels, die Schwimmplattform usw. steuert.

Das Deck der von Royal Huisman, in Vollenhove, in den Niederlanden, gebauten Segeljacht „Twizzle“

Daneben gibt es natürlich noch das Versorgungsnetz an Bord, das

konstant für 24 V, 230 V und 400 V sorgt. Außerdem ist die Segeljacht

mit einem eigenen System zur Trinkwassererzeugung, einem Klärsystem

für das Abwasser, einem Lüftungssystem, einer Heizung und natürlichen

einer Klimaanlage für alle Räume an Bord ausgestattet. Ferner ist auch

ein umfassendes Beleuchtungssystem in die Automatisierung integriert.

„Eine weitere Besonderheit ist die Rückkopplung des Ruderdrucks“,

erläutert Sjoerd Schrichte: „Weil das Ruder einen hydraulischen Antrieb

hat, bemerkt man beim Drehen am Steuerrad keinen Widerstand. Um

dem Rudergänger dennoch ein echtes Rudergefühl zu verschaffen,

haben wir an der Ruderwelle bzw. dem Ruderschaft Dehnstreifen angebracht.

Sie messen den Druck, der auf das Ruder ausgeübt wird. Diese

Messdaten werden an die EPC (Electronic Power Control) gesendet und

von dort wird ein Servorad angesteuert, welches das Steuerrad belastet.

Dies sind nur einige technische Features dieser Jacht, aber damit ist die

Liste noch lange nicht vollständig.“

„Das umfangreichste Netzwerk, das wir bisher

auf einem Schiff installiert haben“

Damit alle Funktionen kontrolliert und zuverlässig gesteuert werden

können, sind insgesamt 24 Embedded-PCs CX9000 an eine redundante

Ethernet-Ringstruktur angeschlossen. Die Busklemmen steuern

3.500 I/Os, davon 2.900 digitale und 600 analoge, an. Die Verbindung

zur höheren Netzwerkebene erfolgt über Switches. „Dies ist das

umfangreichste Netzwerk, das wir bisher auf einem Schiff installiert

haben“, hebt Sjoerd Schrichte hervor. Die Netzwerkverbindung auf der

„Twizzle“ erfolgt über Standard-Ethernet, an das der Beckhoff-PC und

alle übrigen Netzwerkteilnehmer angekoppelt sind. Die PCs kommunizieren

untereinander über das Realtime-Ethernet-Protokoll.

Royal Huisman

www.royalhuisman.com

www.twizzle.org

Industrial Automation Link www.ial.nl


44 worldwide | switzerland

PC-Control 01 | 2011

Modulares Maschinenkonzept mit PC- und EtherCAT-basierter Steuerung

passt sich allen Kundenanforderungen flexibel an

Highspeed-Falten mit Präzision

Bandantriebe und Faltarme

zum Falten der Textilien

Superschnell und mit hoher Präzision müssen Flachtextilien vollautomatisch nach einem vom Kunden vorgegebenen Packmuster

gefaltet werden. In Anbetracht der Vielzahl an Verpackungsdesigns und Textilien stellt dies eine anspruchsvolle Aufgabe dar. Das

junge Schweizer Unternehmen espriTex GmbH konstruiert und produziert moderne und flexible Textilfaltmaschinen, die sich problemlos

auf die unterschiedlichsten Ansprüche der internationalen Kunden einstellen lassen. Die hohe Präzision und Schnelligkeit

der Faltmaschinen gewährleistet PC-based Control von Beckhoff.

Die Schweizer Firma espriTex GmbH, mit Domizil in Wiler bei Seedorf, bietet

ein breites Spektrum an Maschinen zum Falten von Textilien. „Unsere

Kunden sind hauptsächlich Hersteller von Heimtextilien“, erläutert Samuel

Gerber, Gründer und CEO von espriTex, „hierzu zählen Bett-, Bad- und

Tischwäsche sowie Decken, Vorhänge und andere Produkte.“ Aufgrund

der Vielzahl an unterschiedlichen Ausgangsgrößen, Stoffqualitäten, Packdesigns

und Faltabmessungen ist dies ein alles andere als einfach zu

automatisierender Prozess. Samuel Gerber erklärt: „Die Faltmaschinen

„verkleinern“ die Teile auf das vom Kunden vorgegebene Format- und

Faltdesign. Das Faltergebnis entspricht exakt dem Präsentationskonzept

der Verpackung, mit dem die Ware im Verkaufsregal angeboten wird. So

können, je nach Maschinentyp, bis zu 1500 flache Textilteile pro Stunde

gefaltet und nach Kundenwunsch mit ein oder zwei Kartoneinlagen

versehen werden.“

Jedes vom Kunden geforderte Packdesign kann durch eine

Vielfalt an Faltprogrammen und -verfahren erfüllt werden

„Mit einem modularen Maschinendesign und einer Vielfalt an möglichen

Faltprogrammen erfüllen wir fast jedes gewünschte Präsentationskonzept“,

betont Samuel Gerber. „Wir bauen unsere Maschinen exakt nach

den Bedürfnissen unserer Kunden und den Anforderungen seiner Applikation,

daraus resultiert eine kundenspezifische Lösung.“


PC-Control 01 | 2011

45 worldwide | switzerland

Der technische Faltvorgang in einer Maschine beginnt mit der Übernahme

des Materials. Dieses wird entweder manuell oder direkt von einem

vollautomatischen Nähsystem zugeführt. Der nachfolgende, komplexe

Faltprozess läuft vollautomatisch ab. Samuel Gerber erläutert dies folgendermaßen:

„Wir haben es mit sehr unterschiedlichen Materialien zu

tun. So handelt es sich beispielsweise bei Seide und Satin um sehr glatte,

rutschige Stoffe, die sich beim Falten anders verhalten als ein schwerer

Baumwollstoff oder ein Mischgewebe. Die zweite Anforderung resultiert

aus den zu verarbeitenden Formaten. Beispielsweise sind Breiten- und

Längenmaße für Bettwäsche weltweit unterschiedlich. Alleine im sehr

standardisierten US-Markt unterscheidet man zwischen Twin-, Full-,

Queen-, King- und California-King-Size. Das erfordert immer wieder

andere Faltarten, um auf eine identische Verpackungsgröße zu kommen.“

Je nach Anwendungsbereich kann zwischen verschiedenen Faltverfahren

gewählt werden, z. B. Reversier-, Kaskaden-, Blasrohr-, Schieber-,

Schwert-, Schwingarm-, Box- oder Schablonenfaltung. Die meist verwendeten

Verfahren beruhen auf mechanischen Faltschiebern (die Textilien

werden über Schablonen auf die vorgegebene Breite gezogen), Faltschwert-

oder Blasrohrfaltung (hierbei wird die Ware mittels Faltschwert

oder Luftstoß zwischen zwei Walzen gedrückt), Schwingarm, kombiniert

mit Schablone (die Textilien mit einem Schwingarm über eine Schablone

gelegt), Reversierfaltung (eine Kombination aus reversierenden Transportbändern

und Blasrohr- oder Schwertfaltung). „Wir transportieren, wir

bewegen und arbeiten sehr viel mit Druckluft, Pneumatik, Elektronik und

elektrischen Antrieben, sprich Mechatronik“, beschreibt Samuel Gerber

die Verfahren.

Samuel Gerber, Gründer und CEO der espriTex GmbH: „Die

Maschinen falten die Teile mit oder ohne Kartoneinlagen

nach einem vom Kunden vorgegebenen Packmuster, das

exakt dem Präsentationskonzept entsprechen muss, mit dem

die Ware im Verkaufsregal angeboten wird.“

PC-basierte Steuerung erlaubt höchste Präzision

und Schnelligkeit beim Falten

Die espriTex-Maschinen arbeiten äußerst präzise. Die Faltvorgänge werden

mit einer theoretischen, maximalen Abweichung von ± 0,5 mm bei

Transportgeschwindigkeiten von 60 m/min ausgeführt, was sich auf den

ersten Blick für Textilfaltungen als unnötige Präzision darstellt. Zu berücksichtigen

sind jedoch zusätzliche Abweichungen, die durch Faktoren entstehen,

die nicht direkt beeinflusst werden können: z. B. Umwelteinflüsse,

wie Luftfeuchtigkeit, und Temperaturschwankungen, unterschiedliche

elektrisch-statische Ladung, sich bildender Produktionsstaub, Erschütterungen,

sowie netzabhängige Strom- und Spannungsschwankungen

oder Materialvariationen aus dem gleichen Produktionslos. Daher ist die

gesetzte Wiederholgenauigkeit der Maschine sehr wichtig.

Die Präzision und Schnelligkeit der Faltvorgänge wird entscheidend

durch die eingesetzte Steuerung bestimmt. Als zentrale Steuerung nutzt

espriTex einen Beckhoff Industrie-PC C6350, mit der Automatisierungssoftware

TwinCAT NC PTP. Dieser ist im Schaltschrank montiert und wird

über einen abgesetzten Touchscreen bedient. Die einzelnen Maschinenmodule

besitzen dezentrale IOs, die über das EtherCAT-Bussystem

verbunden sind. „Es gibt verschiedene Gründe, welche die PC-Control-

Technologie von Beckhoff zur optimalen Automatisierungsplattform für

unsere Maschinen machen“, erläutert Marcel Stebler, zuständig für das

Software-Engineering: „Mit Hilfe der modularen Steuerung können wir

Die einzelnen Maschinenmodule kommunizieren über die Busklemmenstationen

und EtherCAT mit der zentralen Steuerung.


46 worldwide | switzerland

PC-Control 01 | 2011

EtherCAT-Safety-Klemmen einfach in den bestehenden Klemmenstrang

integriert werden können, aber programmtechnisch eine eigenständige

Sicherheitslösung darstellen. Zudem kann ohne viel Aufwand eine

detaillierte Diagnose betrieben und gegebenenfalls dem Bediener zur

Verfügung gestellt werden. Mit einer konventionellen Sicherheitslösung

wäre dies kaum zu realisieren.“

Marcel Stebler (links), zuständig für das Softwareengineering von Espritex und

Peter Reinstadler, Area Sales Manager von Beckhoff Schweiz, am Bedienpanel.

sehr einfach unser breites Spektrum an System- und Antriebselementen,

den Beckhoff-Servoverstärker AX2006, 17 Frequenzumrichter und diverse

Sensoriken, anbinden. Zudem haben wir mit EtherCAT einen schnellen

und zuverlässigen Systembus gewählt. Dank des Wechsels auf einen

schnelleren PC und die EtherCAT-Technologie konnten wir die Genauigkeit

unserer Maschinen um den Faktor 2-3 verbessern.“

Integrierte Sicherheitstechnik sorgt für

schlankes Steuerungsdesign

Im Weiteren sind an den Feldbusknoten auch die Safety-Klemmen

integriert. „Das Beckhoff-Sicherheitssystem TwinSAFE kommt unserem

Konzept einer schlanken Steuerungsarchitektur sehr entgegen“, so

Marcel Stebler. „Uns hat vor allem der Umstand überzeugt, dass die

3-D-Simulation des Faltvorgangs vereinfacht

die Programmierung

espriTex konstruiert und entwickelt seine Maschinen sowohl hinsichtlich

der Mechanik als auch der Elektronik mit einem CAD-System. „Die 3-D-

Konstruktion erlaubt eine sehr schnelle Umsetzung unserer Konzepte“,

erläutert Samuel Gerber. Hinsichtlich der Elektrokonstruktion können

die Installations- und Verdrahtungspläne sowie die Handbücher als PDF-

Dokumente ausgegeben werden. „Diese Dokumente speichern wir auf

dem Industrie-PC ab“, ergänzt Samuel Gerber. „Das ist sehr komfortabel

für den Kunden, da er nicht mehr dicke Bücher lagern muss, um auf dem

aktuellsten Stand zu sein.“ Sämtliche Antriebsdaten werden ebenfalls auf

dem Rechner gespeichert und gesichert. Im Servicefall sind diese Daten

und Dokumente über den PC, der eine Internet-Anbindung hat, nutzbar.

Das von espriTex entwickelte HMI-Bedienkonzept der Faltmaschinen

basiert auf VB6 und wird zurzeit mit .Net überarbeitet. Wie Marcel

Stebler erläutert, wurden die Bediener- und sämtliche Eingabemasken

zur Parametrierung der Faltschemata von espriTex selbst programmiert.

„Die Rezepturgrundprogramme sind in einer Datenbank hinterlegt. Diese

kann vor dem Laden über die Visualisierung angepasst werden, da stets

die Eigenschaften der Textilien berücksichtigt werden müssen. Für die

SPS-Programmierung verwenden wir die IEC-Sprachen „Structured Text“

und „Funktionsplan“.“

Weltweite Service- und Wartungsmöglichkeit

über Remote-Desktop

Die Faltmaschinen von espriTex sind sowohl Stand-alone-Maschinen als

auch Bestandteil von größeren Systemlösungen und lassen sich z. B. per

Realtime-Ethernet an ein vollautomatisches Nähsystem koppeln. Bei Letzterem

erfolgt die Beschickung vollautomatisch. Stand-alone-Maschinen

werden oftmals als den Handnähplätzen nachgeschaltete Faltmaschinen

eingesetzt oder müssen unterschiedliche Textilien mit verschiedenen

Packmaßen für Bettsetkonzepte und dergleichen falten und assemblieren.

espriTex liefert seine Faltmaschinen in die ganze Welt; vorzugsweise in

Schwellenländer, in denen heute Textilien produziert und verarbeitet

werden. „Wir installieren die Anlagen gleich beim Textilhersteller“,

sagt Samuel Gerber. „Für espriTex sind daher Service- oder Wartungsmöglichkeit

aus der Ferne sowie residente Hilfsstrategien von zentraler

Bedeutung. Die PC-basierte Automatisierung bietet uns hier deutliche

Vorteile: Wenn ein Kunde ein Problem vor Ort hat, müssen wir in der

Regel nicht hinfahren, da wir uns einfach auf den IPC einwählen. Uns

steht dann die ganze Maschinensteuerung zur Verfügung und durch

die guten Diagnosemöglichkeiten der Beckhoff-Steuerung, lässt sich der

Fehler fast immer finden.“

Modulare Faltmaschine von espriTex mit einem Beckhoff-Touchscreen-Control-

Panel in kundenspezifischer Ausführung als Bedieneinheit.

espriTex GmbH www.espritex.biz

Beckhoff Schweiz www.beckhoff.ch


PC-Control 01 | 2011 47 worldwide | israel

Beckhoff verdichtet sein Vertriebsnetz im vorderasiatischen Raum

Neue Niederlassung in Israel eröffnet

Beckhoff hat zu Beginn des Jahres 2011 eine eigene Tochterfirma in Airport City, in der Nähe von Tel Aviv gegründet.

Dieser Entscheidung war eine intensive Marktbeobachtung und eine mehrjährige Kundenbetreuung von der

deutschen Unternehmenszentrale aus vorausgegangen. Die auf dem israelischen Markt gewonnene Position soll

durch den Vertrieb vor Ort sowie technischen Service und Support verstärkt werden. Durch intensives Marketing

will Geschäftsführer Assaf Berger in der aufstrebenden Wirtschaft Israels neue Märkte für die PC- und EtherCATbasierte

Steuerungstechnologie von Beckhoff erschließen.

Die israelische Wirtschaft ist dominiert von Hightech-Firmen, wobei die

Halbleiterindustrie eine führende Rolle spielt. Eine Reihe von „Global

Playern“ der Hochtechnologiebranche unterhalten in Israel ihre Forschungszentren

zur Entwicklung von Zukunftstechnologie, wie zum

Beispiel der Entwicklung von Konzepten für Elektroautos, und tragen zum

wirtschaftlichen Wachstum des Landes bei. Hier sieht Geschäftsführer

Assaf Berger einen ausbaufähigen Markt für die PC-Control-Technologie

von Beckhoff: „Unsere EtherCAT-Technologie stellt bei Kundengesprächen

einen „Türöffner“ dar. Wir haben hier einige wichtige Kunden

gewonnen und Projekte für uns entscheiden können. Um diese Position

weiter auszubauen, benötigen wir einen schnellen Service und technischen

Support vor Ort.“

„Das 200 m² große Büro ist verkehrsgünstig in dem neuen Technologiepark

Airport City, nahe der Hauptstadt Tel Aviv, gelegen. Es besteht eine

ausgezeichnete Verkehrsanbindung zum Ben-Gurion-Flughafen und zu

den Hauptverkehrsstraßen innerhalb Israels“, stellt Assaf Berger fest.

In den vergangenen vier Jahren wurde der israelische Markt direkt

von der Beckhoff-Unternehmenszentrale in Deutschland betreut.

„Seit 2006 haben wir erhebliche Umsatzzuwächse zu verzeichnen“,

erläutert Jens-Olaf Brede, Area Sales Manger von Beckhoff in Verl.

„Die PC-basierte Steuerungstechnik ist in Israel noch nicht so bekannt.

Daher wollen wir durch intensives Marketing, wie der Präsentation auf

Messen und durch Produktschulungen, mehr Anteile auf dem hiesigen

Automatisierungsmarkt gewinnen. Für die nächsten zwei Jahre peilen

wir ein Umsatzergebnis von ca. 2 Millionen Euro an.“ „Unser Ziel

ist es“, ergänzt Assaf Berger, „mit der PC-Control-Philosophie und

EtherCAT im Bereich der Hightech-Industrie einen neuen Standard zu

schaffen.“

Beckhoff Automation Ltd.

Beit Golan

Golan Street (Corner of Tavor St.)

70151 Airport City

Israel

Telefon: + 972-3-7764445

Telefax: + 972-3-7764443

www.beckhoff.co.il

Jens-Olaf Brede, Area Sales Manage von Beckhoff, und

Assaf Berger, Geschäftsführer von Beckhoff Israel (v. l. n. r)


48 worldwide | france

PC-Control 01 | 2011

Neue Trends in der Steinbearbeitung

Steuerungsrelaunch für

CNC-Bearbeitungszentren

Der französische Maschinenhersteller Thibaut, ist Hersteller für Maschinen zur Bearbeitung von Stein und harten

Mineralbaustoffen. Um mit den veränderten Marktanforderungen Schritt zu halten, hat sich das Unternehmen

für ein neues Steuerungskonzept seiner Maschinen auf der Basis von PC-based Control von Beckhoff entschieden.

Thibaut, 1952 in Vire, in der Normandie gegründet, ist Spezialist im Bereich

von Steinbearbeitungsmaschinen. Die Maschinen sind insbesondere

zur Bearbeitung von hartem Stein, wie Marmor und Granit, aber auch für

Schiefer, Beton, Glas und Schamotte geeignet. Zu den Kernkompetenzen

des Unternehmens gehören die Schleif- und Poliertechnik sowie die Formgebung

mittels Fräsen. Pro Jahr produziert Thibaut ca. 200 Maschinen.

„Im Laufe der Jahre hat sich die Branche stark gewandelt“, erläutert

Vincent Ernoult, Einkäufer bei Thibaut. War der Hauptabsatzmarkt früher die Produktion

von Grabsteinen, so geht der Trend jetzt in Richtung Dekoration: Hierzu

gehören Arbeitsplatten für Küchen, Wand- und Bodenbeläge für Bäder, Treppen

und den Wellnessbereich sowie Statuen und Fassadenelemente aus Stein. Thibaut

erkannte diesen Trend frühzeitig und entwickelte mit den Machinenserien T818

und T812 vielseitige CNC-Bearbeitungszentren zur Fertigung von Innen- und Außenkonturen,

zum Profilieren und Fasenfräsen an geschwungenen oder geraden

Kanten, zum Flächenschleifen, Bohren, Abstärken, Kalibrieren und Rillenfräsen.

PC-basierte Steuerung sorgt für mehr Flexibilität

bei der Fertigung

Um der Nachfrage

nach Maßanfertigungen bis hin zu Losgröße eins gerecht

zu werden, benötigte Thiebaut ein flexibles Steuerungssystem für seine

Maschinen. „Der

Markt für Innendekoration verlangt die Entwicklung von

Teilen nach Maß, bei hoher Präzision, oft in begrenzten Serien – oder

gar als Einzelstücke, wie im Falle von Küchenarbeitsflächen“, erläutert

Vincent Ernoult. „Dieser Anforderung konnten wir nur auf der Basis

eines neuen

Maschinenkonzepts bzw. einer flexibleren, PC-basierten

Steuerungslösung, nachkommen“, sagt Guillaume Pasquier, Leiter des

Konstruktionsbüros für Automatisierung. Unsere bis dahin verwendete

Steuerung konnte den neuen Fertigungsanforderungen für Teile mit

komplexer Geometrie, insbesondere bei häufigen Produktionsände-

rungen, nicht genügen.

Heute werden fast alle Thibaut-Maschinen mit einer PC-basier-

ten Steuerung von Beckhoff ausgeliefert. Die Entscheidung für

Bei der dekorativen Oberflächengestaltung

des Steins sind keine Grenzen gesetzt.


PC-Control 01 | 2011

49 worldwide | france

Das Texturbearbeitungszentrum T508 von Thibaut dient

zum Polieren, Mattschleifen, Antikbürsten, Satinieren

und Stocken von Granit und anderen Steinoberflächen

für die Innendekoration.

T812-CNC-Bearbeitungszentrum zur Fertigung von

Innen- und Außenkonturen, zum Profilieren und Fasenfräsen

an geschwungenen oder geraden Kanten, zum

Flächenschleifen bei Marmor- und Granitwerkstücken,

Bohren, Abstärken, Kalibrieren und Rillenfräsen.

Der Beckhoff-„Economy“-Einbau-Panel-PC

CP6202 mit 15-Zoll-Display als Mensch-Maschine-Schnittstelle

erlaubt die komfortable Bedienung

des Bearbeitungszentrums.

Beckhoff fiel vor allem aufgrund des guten Preis-Leistungsverhältnisses und

der Offenheit der Steuerungsplattform, die es erlaubt, auch Komponenten von

Drittherstellern zu integrieren.

„Entscheidend ist für uns, dass wir mit der Beckhoff-Plattform eine langfristige

Lösung haben. In der Vergangenheit war die Konzeption einer neuen Maschine

häufig der Anlass, das Automatisierungskonzept zu überdenken und nach einer

optimalen Lösung zu suchen. Dies zog oft den Wechsel des Steuerungslieferanten

nach sich. Jetzt gehen unsere Überlegungen in eine andere Richtung. Die

Beckhoff-Lösung bietet uns die Möglichkeit, uns den jeweiligen Anforderungen

anzupassen: Ob die Maschine ein oder fünf Achsen hat, ob sie einen oder zwei

PCs umfasst, ob sie 20 oder 200 Ein-/Ausgänge hat, spielt keine Rolle und hat

keinerlei Auswirkung auf die Software“, argumentiert Guillaume Pasquier.

Die eingesetzte Beckhoff-Steuerungsplattform beruht auf einem „Economy“-

Einbau-Panel-PC CP6202 mit 15-Zoll-Display und Touchscreen, EtherCAT-I/Os

und – je nach Maschinentyp – zwischen drei und vier Servo-Drives AX5000.

Da die Bearbeitungszentren von Thibaut relativ geringe Maße haben (Länge unter

10 m), sind die über EtherCAT verbundenen I/Os in einem zentralen Schaltschrank

untergebracht.

Thibaut S.A.S. www.thibaut.fr

Beckhoff Frankreich www.beckhoff.fr

Das CNC-Bearbeitungszentrum T818 ist in unterschiedlichen Ausführungsvarianten, zur Aufstellung als Einzelmaschine oder eingegliedert in eine Produktionslinie,

erhältlich. Die Maschine verfügt optional über eine 3- oder 4-Achsen-Steuerung und ist für die Herstellung von Küchenarbeitsplatten mit Abtropfflächen, Waschtischabdeckungen

u. ä. aus Granit oder Marmor konzipiert. Die Maschine umfasst ein Linearwerkzeugwechselmagazin mit zwei Reihen für 45 Werkzeuge.


50 worldwide | sweden

PC-Control 01 | 2011

PC-based Control senkt

Kosten und steigert

Produktionsqualität

Die vollautomatische Produktionsstraße von Randek stellt in Bezug auf Schnelligkeit, Wirtschaftlichkeit und Qualität

einen großen Fortschritt in der Herstellung von genagelten Dachbindern dar: Alle 81 Sekunden rollt ein neuer

Dachbinder, das tragende Bauteil eines Dachstuhls, vom Band. Gesteuert wird die Produktionsanlage von einer

PC- und EtherCAT-basierten Beckhoff-Steuerungsplattform.

Vollautomatische Produktion

von Dachbindern

Das in Falkenberg, in Schweden, ansässige Unternehmen

Randek AB ist Hersteller von hochleistungsfähigen

Maschinen und Produktionsstraßen zur industriellen

Fertigung von Bauteilen für Holzfertighäuser.

Die Unternehmensgeschichte von Randek reicht bis in

die 1940er Jahre zurück und ist eng mit der Idee und

Entwicklung des Fertighauses verbunden.

Der Dachbinder, bzw. das Tragwerk eines Dachstuhls,

besteht aus Druck- und Zugstäben, die an den Knotenpunkten

mittels Laschen und Nägeln nach einem

genauen Nagelbild verbunden werden. Daher spricht

man auch vom „Nagelbinder“. In der Regel werden

Nagelbinder aus mehreren Holzlagen hergestellt. Seit

den 1970er Jahren wurde der klassische Nagelbinder

weitgehend durch den weit wirtschaftlicheren Nagelplattenbinder

ersetzt. Bei diesem Verfahren werden

die Holzstöße mit industriell gefertigten Nagelplatten

verbunden, die mit Spezialpressen beidseitig in das

Holz gedrückt werden.

Vollautomatischer Prozess ersetzt

aufwändige Handarbeit

Die traditionellen Dachbinderherstellungsverfahren

sind arbeits- und kostenintensiv, da die meisten Vorgänge,

wie das Ansetzen der Einspannvorrichtungen,

das Zurechtlegen der Hölzer, das Positionieren der Nagelplatten,

das Anpressen der Platten mit der Binder-

presse und die Abstapelung der fertigen Dachbinder,

von Hand erledigt werden.

Mit dem neuen AutoEyeTruss-System SF022 von Randek

steht eine vollautomatische Produktionsanlage

zur Herstellung von Nagelbindern in klassischer oder

in Scherenform zur Verfügung. Lediglich zu Beginn des

Produktionsprozesses ist noch Handarbeit notwendig,

wenn zwei Bediener das Bauholz auf die Maschine

aufgelegen. Alles Weitere läuft automatisch ab: Die

Platzierung und Positionierung der Hölzer erfolgt gegen

Anschlagpucks auf dem sogenannten Puck-Tisch.

Über eine so genannte Nagelbrücke werden die Stöße

automatisch mit Wellnägeln fixiert und die Hölzer

durch einen Tintenstrahldrucker mit Produktionsdaten

versehen.

Im nächsten Schritt wird der Nagelbinder automatisch

zur Presse befördert, die die entsprechenden Nagelplatten

aus dem richtigen Magazin entnimmt und zum

Pressen einführt. Die Presse identifiziert visuell die

Stoßverbindungen der Dachbinderkonstruktion, um

die Nagelplatte exakt zu positionieren. Der Pressdruck

passt sich automatisch der Größe der Nagelplatte

und der Stärke des Bauholzes an, was zu perfekten

Verbindungen führt.

Nachdem alle Stoßverbindungen durch eingepresste

Nagelplatten verbunden sind, wird der Nagelbinder

zur Qualitätskontrolle weiterbefördert. Anschließend

erfolgt die automatische Abstapelung und das Verladen

auf Lkws.

„Die jährliche Produktionskapazität im Dreischichtbetrieb

beläuft sich auf etwa 187.000 Dachbinder“,

erläutert Randek-Vertriebsleiter Johan Larsson und

führt weiter aus: „Einer der großen Vorteile der Produktionsanlage

ist ihr hoher Automatisierungsgrad.

Für die Arbeit, die bisher von 15 – 20 Mitarbeiten

ausgeführt wurde, sind nur noch drei erforderlich.“

Komfortable Bedienung und kurze

Maschineneinstellzeiten

Das AutoEyeTruss-System steuert alle Vorgänge automatisch

über ein CAD-System, das der Bediener am

19-Zoll-Bildschirm des Beckhoff Panel-PCs CP7203

auswählt. Die CAD-Dateien, die alle Daten bezüglich

des zu produzierenden Nagelbinders umfassen, werden

direkt im System abgearbeitet. Die Flexibilität in

Bezug auf unterschiedliche Modelle ist nahezu grenzenlos

und die Einstellzeit sehr kurz. „In der manuellen

Produktion dauert es fast eine Stunde, die rund

herum verteilten Aufspannvorrichtungen neu einzustellen,

wenn von einem zum anderen Dachbindermodell

gewechselt wird“, so der Kommentar von Johan

Larsson. Die neue Produktionsanlage benötigt etwa

30 Sekunden, um den Aufspanntisch umzustellen, da

sich die Anschlagpucks automatisch positionieren.

PC-basierte Steuerungslösung übernimmt

SPS- und NC-Funktionalität

Wichtiger Bestandteil des Automatisierungskonzeptes

ist EtherCAT, das ultraschnelle Kommunikationssys-


PC-Control 01 | 2011

51 worldwide | sweden

Mit dem neuen AutoEyeTruss-System

SF022 von Randek steht eine vollautomatische

Produktionsanlage zur Herstellung

von Nagelbindern in klassischer

oder in Scherenform zur Verfügung.

tem, zur Verbindung mit den EtherCAT-I/O-Klemmen

und dem Antriebssystem. Insgesamt 16 EtherCAT-

Servoantriebe des Typs AX5000 sowie die Servomotoren

AM3000 und AM3500 sind für die verschiedenen

Bewegungen in der Produktionsstraße zuständig. Die

Automatisierungssoftware TwinCAT NC PTP integriert

NC- und SPS-Funktionalität in einem System. Das

Design der Dachbinder wird direkt aus der CAD-Datei

umgewandelt und in TwinCAT geladen, womit alle

Parameter beschrieben sind.

Alle Vorgänge werden automatisch

über eine CAD-Datei, die der

Bediener am 19-Zoll-Bildschirm des

Beckhoff „Economy“-Panel-PCs

CP7203 auswählt, gesteuert.

Bewährte Zusammenarbeit

Randek kooperiert mit Beckhoff Schweden auch bei

der Automatisierung anderer Produktionsstraßen.

„Der Vorteil liegt darin, dass wir ein durchgängiges

System haben, mit dem wir vertraut sind. Unser

Partner Beckhoff hat uns bei der Entwicklung des

AutoEyeTruss-Systems sowie bei der Auslegung der

Servoantriebe mit kompetentem Rat unterstützt. Das

Ergebnis ist eine weltweit einzigartige Maschine“,

sagt Åke Svensson, Entwicklungsleiter bei Randek.

Norwegen schafft europäischen Rekord

Die neue Nagelbinderproduktionsanlage AutoEyeTruss

verbindet hohe Produktionskapazität mit industrieller

Qualität, entsprechend den Baunormen, und soll

weltweit vermarktet werden, so die Zukunftsplanung

von Randek. Die standardmäßige Produktionslinie

kann bis zu 4,5 m hohe und 12 m breite Dachbinder

verarbeiten. Falls dies erforderlich ist, kann das System

aber auch für längere Dachbinder umgerüstet werden.

„Der erste Kunde, der die neue Dachbinderproduktionsstraße

implementiert, ist Pretre AS, Norwegens

größter Hersteller von Dachbindern, mit einem Fertigungswerk

in Gausdal“, erläutert Johan Larsson.

„Die neue Produktionseinheit wurde im Herbst 2010

eingeweiht und ist die effizienteste und fortschrittlichste

in Europa. Die Produktionskapazität erreicht

im Zweischichtbetrieb 126.000 Dachbinder pro Jahr.

Jeder Dachbinder benötigt 81 Sekunden für die Herstellung

– das ist europäischer Rekord!“

Randek House Production Technologies

www.randek.com

Beckhoff Schweden www.beckhoff.se

Aufspanntisch mit Vorspannportal

für die Nagelbinder. Die Platzierung

und Positionierung der Hölzer erfolgt

automatisch gegen Anschlagpucks

auf dem sogenannten Puck-Tisch.

Die automatische Presse identifiziert

visuell die Stoßverbindungen der

Dachbinderkonstruktion und

platziert die Nagelplatte exakt auf

der Stoßverbindung. Dann presst

sie diese mit der erforderlichen

Presskraft in das Bauholz und sorgt

für eine perfekte Verbindung. Nachdem

alle Stoßverbindungen durch

eingepresste Nagelplatten verbunden

sind, wird der Nagelbinder zur

nächsten Station weiter befördert.


52 worldwide | switzerland PC-Control 01 | 2011

Embedded-PCs verarbeiten 40.000

Datenpunkte in Basler Nordtangente

Die Basler Nordtangente N3 gehört zu den ehrgeizigsten und teuersten Straßenabschnitten, die je in der Schweiz gebaut

wurden. Rund 1,2 Mrd. Euro kostete die 3,2 km lange, vierspurige und größtenteils unterirdisch geführte Stadtautobahn,

die die Schweiz mit Frankreich und Deutschland verbindet. Allein 124 Mio. Euro wurden für die Betriebs- und Sicherheitsanlagen

investiert, die mit Beckhoff-Technologie gesteuert werden.

Nahezu 50 Jahre nach Beginn der Planungsarbeiten und 13 Jahre nach

dem ersten Spatenstich, im Jahr 1994, erfolgte im Juni 2007 die Freigabe

der Stammlinie der Nordtangente für den Verkehr. Ein Jahr später fand die

vollständige Eröffnung der Basler Stadtautobahn statt.

Konsequent umgesetzte Integration aller Funktionen

in ein Gesamtsystem

Zuständig für die Planungsarbeiten an der Nordtangente war das Tiefbauamt

Nationalstraßen im Baudepartement des Kantons Basel Stadt. Unter der

Projektleitung von Eugen Fuchs wurden detaillierte und zukunftsgerichtete

Vorgaben für die steuerungstechnische Ausrüstung des Bauwerks erarbeitet.

Die besondere Herausforderung bestand darin, dass sich durch die lange

Bauzeit immer wieder Veränderungen ergaben, sowohl hinsichtlich der

Technik als auch des Produktangebotes. So wurden die im Jahr 1999 realisierten

Technikinstallationen bereits im Jahr 2003 überarbeitet und teilweise

ausgewechselt. Aufgrund der schweren Unfälle in anderen europäischen Autobahntunneln,

im Jahre 2000, erfolgte eine grundlegende Überarbeitung der

Sicherheitskonzepte. Auch die Anforderungen an die Tunnellüftung mussten,

nach Einführung der Katalysatoren und der hierdurch entstandenen Reduktion

der Abgaswerte, überarbeitet werden: Das Lüftungskonzept, ursprünglich

nur für den Normalbetrieb gedacht, wurde auf Ereignisbetrieb, und damit

auch für den Brandfall, ausgelegt.

Die „Allgemeine Technische Spezifikation“ (ATS) des Tiefbauamtes Basel

umfasst die Leitdokumente für Planung und Ausführung des Informationsflusses,

der Meldekonzepte und der Steuerung der Nordtangente. Sie beschreibt

explizit die Anforderungen an die hierarchisch gegliederte Betriebs-,

Prozess-, Gruppenleit- und Feldebene. Darin enthalten sind insbesondere die

Prozessrechner (Kopfrechner und Gruppenrechner), inkl. der Anbindung der

Prozesse an das übergeordnete Leitsystem (Knotenrechner). Des Weiteren

regelt die ATS die Anbindung der Aktoren und Sensoren der Feldebene an die


PC-Control 01 | 2011

53 worldwide | switzerland

Gruppenleitebene. Das Konzept unterscheidet sich von anderen Tunnelanlagen

durch die konsequent umgesetzte Integration in ein Gesamtsystem mit klar

aufeinander abgestimmten Funktionen und Komponenten. Für die Sicherheit

der Verkehrsteilnehmer sowie den optimalen Verkehrsfluss wurden alle elektromechanischen

Einrichtungen sowie die Verkehrsleittechnik der Basler Nord- und

Osttangente (Tunnel und offene Strecken) verknüpft und in das übergeordnete

Leitsystem integriert.

Komplexes Netzwerkkonzept

Das Prozessleitsystem ist streng hierarchisch aufgebaut. Der Grund dieser Hierarchisierung

liegt in der angestrebten Autonomie der einzelnen Ebenen, d. h.

jede Ebene muss funktional und technisch eine eigenständige Einheit bilden und

darf nicht von fundamentalen Funktionen der darüber liegenden Ebene abhängig

sein. Damit wird sichergestellt, dass bei Ausfall einer Ebene die Funktionalität

der darunterliegenden nicht tangiert wird. Falls der Normalbetrieb einer Anlage

ausfällt, übernimmt sofort eine Rückfallebene die Funktionen. Fällt z. B. das

Kommunikationsnetzwerk aus, werden die wichtigsten Meldungen über Hardwareaustausch

übermittelt.

Zusätzlich zu dem übergeordneten Betriebsleitsystem wurden für das Projekt

Einzelanlagen für Beleuchtung, Ventilation, Sicherheit, Verkehrslenkung, Energieversorgung/Diverses

und Rückfallebene in sechs Elektrozentralen spezifiziert. Die

zusammengehörenden Einzelanlagen sind in übergeordneten Anlagen zusammengefasst,

arbeiten aber soweit als möglich autonom.

Drei unterschiedliche Netzwerke stellen die Infrastruktur für alle Anlagen der

Nordtangente dar:

| Ethernet-Ring mit einer Datenübertragungsrate von 10 GBit/s

| Ethernet-Ring 100 MBit/s für die Rückfallebene (zweiter redundanter Kommunikationsweg

mit eigenen Lichtwellenleiterverbindungen)

| Ethernet-Ring 100 MBit/s für jede der sechs Anlagensteuerungen mit eigenen

Lichtwellenleiterverbindungen

Aufgrund der Vorgaben durch das TBA Basel wurden alle an das 10-GBit-Ethernet-

Netzwerk gekoppelten Rechner über TCP/IP pro Anlage mit einem eigenen Virtual

Local Area Network (V-LAN) angebunden. Jede Anlage verfügt über ein eigenes

Netzwerk; die Elektrozentralen sind untereinander galvanisch getrennt. Innerhalb

der Betriebsleitebene wird über Ethernet mittels des Prozessvisualisierungs- und

Steuerungssystems PVSSII kommuniziert. Die Kommunikation zwischen Anla-

Kopfrechner

PVSS II

ADS

ADS

ADS

Control

Panel

CP6903

OPC Client

OPC Server

OPC

DA/DCOM

Ethernet

TwinCAT

CX9001

Gruppenrechner

Kommunikations-Architektur

des Kopf- und Gruppenrechners

IPC C6925

PLC

ADS

ADS

ADS


54 worldwide | switzerland

PC-Control 01 | 2011

Kurt Salvisberg, Geschäftsführer Ticos AG:

„Wir haben von unserem Auftraggeber wirklich

sehr gute Vorgaben erhalten. So konnten wir

bei der Realisierung der Steuerung der Gesamtanlage

ebenfalls eine ganz klare Strukturierung

vorgeben.“

Eugen Fuchs, Projektleiter des Tiefbauamtes

Basel und zuständig für die Planungsarbeiten

der Basler Nordtangente: „Die Entscheidung für

den durchgehenden Einsatz von Beckhoff-Hardwarekomponenten

fiel aufgrund der Robustheit

und ihres in der Industrie bewährten Einsatzes.“

gen- und Betriebsleitebene sowie innerhalb einer Ebene erfolgt über Ethernet/

Fast-Ethernet TCP/IP mittels OPC und der Beckhoff-Software TwinCAT ADS. Von

der Anlagenebene zur Gruppenleitebene wird ebenfalls über Fast-Ethernet und

TwinCAT ADS kommuniziert.

Hard- und Softwareredundanz garantieren Ausfallsicherheit

Die Kommunikationsverbindungen sind softwaremäßig alle nach dem Client-

Server-Prinzip aufgebaut. Das bedeutet, dass sich der Kommunikations-Client

(IS-Server) mit dem Kommunikations-Server (Kopfrechner pro Anlage und Elektrozentrale)

verbindet. Der Server ist in der Lage, mehrere Verbindungen zu mehreren

Clients gleichzeitig zu verwalten. Auf übergeordnete, automatische Schaltungen

wurde soweit als möglich verzichtet; übergeordnete Funktionen wurden, um

Sonderfälle zu minimieren, auf der Prozessebene realisiert.

Das implementierte Redundanzprinzip basiert nicht auf reiner Hardwareredundanz,

sondern bezieht auch die Software mit ein. Ein zweiter Server sammelt,

unabhängig vom ersten, die relevanten Daten und führt die entsprechenden

Funktionen durch. Einzig die aktiven Komponenten werden vom redundanten

System nicht ausgelöst. Ein ausgeklügeltes Überwachungsverfahren stellt den

Ausfall des jeweiligen Rechners fest, wobei in diesem Fall der zweite Rechner

die Funktionen des ersten übernimmt. Der erste Rechner wechselt in den Status

eines redundanten Servers und führt keine aktiven Befehle und Schaltungen mehr

aus. Sollte, aus welchem Grund auch immer, der erste Server seinen Zustand

nicht ändern, wird er vom zweiten blockiert; d. h. es werden nie zwei Server

gleichzeitig automatische Schaltbefehle ausführen. Die Bedienstationen erkennen

den Zustand jedes Servers und kommunizieren ausschließlich mit dem aktiven.

Robuste und zuverlässige Steuerungsplattform

Der Einsatz der Beckhoff-Automatisierungskomponenten wurde aufgrund einer

gründlichen Marktevaluation, vom TBA Basel vorgegeben. „Die Entscheidung

für den durchgehenden Einsatz von Beckhoff-Hardwarekomponenten fiel aufgrund

der Robustheit und ihres in der Industrie bewährten Einsatzes“, erläutert

Eugen Fuchs, zuständiger Projektleiter des Tiefbauamtes: „Weitere Pluspunkte

sind die vielfältigen Möglichkeiten der Softwarekopplung durch den Einsatz

der Microsoft-Betriebssysteme Windows XP Embedded und Windows CE, der

IEC 61131-3 basierenden Software-SPS TwinCAT und OPC bzw. OLE for Process

Control (Object Linking Embedded).

Mit der gesamten Software-Erstellung wurde das Unternehmen Ticos AG, ansässig

in Feuerthalen, in der Schweiz, beauftragt, das Erfahrung mit großen,

anlagenübergreifenden Steuerungen von Tunnelanlagen vorweisen konnte. Ticos-

Geschäftsführer Kurt Salvisberg betont: „Wir haben von unserem Auftraggeber

wirklich sehr gute Vorgaben erhalten. So konnten wir bei der Realisierung ebenfalls

eine ganz klare Strukturierung vorgeben, sodass wir unsere Programmierung

nur noch vervielfältigen mussten.“

Die Betriebsleitebene stellt mit den Knotenrechnern das übergeordnete Leitsystem

(IS) dar, das die zentrale Steuerung, Visualisierung und Überwachung der

übrigen Anlagen ermöglicht. Jeder IS-Knotenrechner ist daher mit einer lokalen

Visualisierung ausgerüstet.

Die Anlagenebene ist datentechnisch als Anlagennetz mit Ethernet TCP/IP

strukturiert und umfasst die Kopfrechner. Die Steuerung der Anlagen erfolgt ab

der Anlagenebene autonom und dezentral, d. h. auch bei einem Ausfall der Betriebsleitebene

führen die Kopfrechner die Steuerung der ihnen untergeordneten

Prozesse autonom aus. Als Kopfrechner sind insgesamt 35 Beckhoff Industrie-PCs

der Serie C6925 mit Beckhoff Control Paneln des Typs CP6903 zur Visualisierung

im Einsatz.

Die der Betriebsleitebene unterlagerte Gruppenleitebene besteht aus den kompakten

Beckhoff Embedded-PCs der Serie CX9001. Über Ethernet TCP/IP steuern

sie die an die Beckhoff Busklemmen angeschlossenen Aktoren und Sensoren, wie

z. B. Relais, Schütze, usw. Das Betriebssystem der CX9001-Gruppenleitrechner

ist Windows CE mit TwinCAT als Software-SPS. Insgesamt sind in der Gruppenleitebene

185 Embedded-PCs CX9001 mit annähernd 40.000 physikalischen

Datenpunkten implementiert.

Die Feldebene besteht aus dezentral montierten Busklemmenstationen. Zu den

Besonderheiten der eingesetzten Busklemmen gehören, neben den analogen

Busklemmen, die DALI-Klemmen, die zur Ansteuerung der Beleuchtung verwendet

werden. Alle Messeingänge wurden – soweit möglich – mittels Stromeingängen

(4 bis 20 mA) realisiert, mit dem Ziel, klar messbare Schnittstellen zu schaffen.


PC-Control 01 | 2011

55 worldwide | switzerland

Nach einer rund 50-jährigen Planungs- und Baugeschichte wurde Mitte

2007 die Stammlinie der Nordtangente Basel in Betrieb genommen. Mit

der Eröffnung der Anschlussstelle Luzerner-Ring ist das Jahrhundertwerk

Basler Nordtangente fertig gestellt. Von der 3,18 km langen Stadtautobahn

sind insgesamt 2,79 km überdeckt durch Tunnel bzw. Brücken.

Die Nordtangente beginnt von Frankreich her mit einer 240 m langen

offenen Strecke und geht dann in den Tunnel Großbasel (1432 m) über.

Auf der östlichen Seite des Bahnhofs St. Johann führt der Abschnitt unter

der stark befahrenen Voltastrasse hin bis zum Rhein. In diesem Abschnitt

liegt auch die unterirdische Verzweigung des 600 m langen Anschlusses

St. Johann. Am Rhein taucht die Autobahn aus dem Tunnel auf und führt

über die zweistöckige, 266 m lange Dreirosenbrücke in den 1092 m langen

Tunnel Kleinbasel. Der letzte Abschnitt führt die Autobahn an die bestehende

Rampe der Osttangente. Dank der fünf Anschlussstellen kann

die Nordtangente nicht nur den Transitverkehr von und nach Frankreich,

sondern auch einen großen Teil des städtischen Verkehrs übernehmen

und dadurch die lärm- und verkehrsgeplagten Wohngebiete entlasten.

Systemübersicht Sicherheitsanlage Nordtangente. Insgesamt sind

in der Gruppenleitebene 185 Embedded-PCs CX9001 mit annähernd

40.000 I/O-Anschlüssen implementiert.

Bewährt im täglichen Betrieb

Die hierarchische Struktur sowie das verteilte Konzept der Projektlösung bewähren

sich täglich durch einen reibungslosen Betriebsablauf. Die Prozessbilder des Leitsystems

stellen die einzelnen Anlagen dar und enthalten die entsprechenden grafischen

Elemente für Zustandsanzeigen und Eingriffe, signaltechnisch bedient durch

die Sensorsignale von der Feldebene. Auch die autonom agierenden Anlagen arbeiten

optimal mit der Leittechnik zusammen: Wichtige Alarme und Störungen werden

via Fernalarmierung weitergeleitet. Beispielsweise stehen für die Prozessbilder der

Ventilationsanlage alle relevanten Informationen, inkl. der Luftgeschwindigkeitsmessung,

welche zum Betrieb der Lüftungsanlagen nötig sind, zur Verfügung.

Tunnelsteuerung umfasst eine Fülle von Funktionen

Eines der zentralen Elemente für die Sicherheit ist die Steuerung der Tunnellüftung.

Durch die bestmöglichen Strömungsverhältnisse werden die Sicherheit der

Tunnelbenutzer und der Ablauf im Falle eines Brandes massiv beeinflusst. Die Messeinrichtungen

im Tunnel informieren die Steuerung jederzeit über die aktuellen

Strömungs- und Druckverhältnisse. Daraus errechnet die Steuerung die erforderlichen

Schaltungen der 82 Strahlventilatoren (insgesamt über 2 MW Leistung), um

die optimalen Druckverhältnisse zu erreichen. Auf diese Weise werden in einem

Brandfall die Fluchtwege rauchfrei gehalten, und ein Rauchübertritt in die benachbarten

Tunnelröhren kann verhindert werden. Die Sicherheitsanlage erfasst alle sicherheitsrelevanten

Informationen zur Weiterleitung an die Polizei: Diese wird z. B.

sofort informiert, wenn die Türe eines Notausganges betätigt wird, ein Fahrzeug

im Tunnel steht oder wenn ein Feuerlöscher aus seiner Halterung genommen wird.

Ebenso stellt die Steuerung der Beleuchtungsanlage alle relevanten Informationen

zur Verfügung, welche zum Betrieb der verschiedenen Beleuchtungssysteme

nötig sind: z. B. die manuelle oder automatische Anschaltung von diversen

Betriebsarten, wie Notbetrieb oder Brand/Unfall. Beleuchtungssensoren messen

die Außenhelligkeit und regeln die Adaptionsbeleuchtung, so dass sich das

menschliche Auge bei der Tunneleinfahrt an die reduzierte Lichtmenge gewöhnen

kann. Lichtsensoren im Tunnel messen die effektive Beleuchtungsstärke und

ermöglichen so, die Verschmutzung und Alterung der Leuchtmittel zu korrigieren.

Die Verkehrssteuerung übernimmt ein vielschichtiges Verkehrsleitsystem, damit

alle auftretenden Betriebszustände ohne Schwierigkeiten für den Benutzer

abwickelt werden können: Die Signalisation dient in erster Linie zur Sperrung

des Tunnels bzw. der Ein- und Ausfahrten, zum Warnen der Verkehrsteilnehmer

über verschiedene Gefahrensituationen, zum Sperren einzelner Fahrspuren, zur

Überleitung auf die benachbarte Röhre etc. Die Anlage „Energieversorgung und

Diverses“ überwacht sämtliche Infrastrukturanlagen der Elektrozentralen, wie

Gebäudebrandmeldeanlagen, Sicherungen, Energieeinspeisungen, Trafos, Messeinrichtungen

der zentralen Gebäude- und Infrastrukturanlagen.

Integration bestehender Teilanlagen optimiert

die Überwachung und reduziert Kosten

Während der Projektumsetzung wurden die bestehenden Teilanlagen der in den

Jahren 1970 bis 2003 erstellten Osttangente auf das IS aufgeschaltet. Aufgrund

der durchgängigen Integration stehen damit den Betreibern alle Informationen

und Eingriffsmöglichkeiten auf einer gemeinsamen Plattform zur Verfügung.

Alle jetzigen und zukünftigen Datenpunkte werden durch die flexiblen Beckhoff-

Gruppenrechner mit der umfangreichen Auswahl von Klemmen einheitlich und

kostengünstig erfasst. Roland Gysin von der „Nationalstrassen Nordwestschweiz

AG“ (NSNW), zuständig für den Betrieb und Unterhalt der Stadtautobahn, meint

zu den bisherigen Erfahrungen: „Das System läuft sehr stabil und wir haben

selten Störungen. Früher haben wir für die Leitsystemwartung mehr bezahlt, als

uns jetzt die Wartung der gesamten Anlage kostet.“

Der Investitionsanteil für die gesamten Betriebs- und Sicherheitsanlagen beläuft

sich auf rund 124 Mio. Euro. Ein großer Teil der Anlageninvestition wurde somit

in die Sicherheit der Tunnelnutzer investiert. Die umfangreichen Mess-, Steuerund

Regelaufgaben konnten mit der Beckhoff-Technologie zukunftsweisend

erfüllt werden. Der komplexe Stand der Autobahnüberwachung ermöglicht im

Störfall eine rasche und gezielte Intervention und bietet damit ein Höchstmaß

an Sicherheit.

Basel-Stadt Stadtentwicklung Basel Nord www.baselnord.bs.ch

Ticos AG

www.ticos.ch

Beckhoff Schweiz

www.beckhoff.ch


56 ETG PC-Control 01 | 2011

ETG jetzt weltgrößte

Feldbusorganisation

Die ETG ist schon lange die größte Industrial-Ethernet-Organisation,

jetzt ist sie auch die größte Feldbusorganisation: Der Verband hat

nun über 1.570 Mitgliedsfirmen aus 52 Ländern und der Zuwachs

hält bisher unvermindert an.

Bobst SA ist Mitglied 1500 der ETG: Mark Nicole erhält eine Auszeichnung von den

ETG-Vorständen Erich Hutflesz (rechts) und Martin Rostan (links).

Bereits Ende letzten Jahres konnte die Schweizer Firma Bobst als ETG-

Mitglied Nummer 1.500 begrüßt werden. Die Bobst-Gruppe ist ein führender

Anbieter von Maschinen und Dienstleistungen für die Verpackungsindustrie.

Marc Nicole, Leiter Steuerung und Elektronik bei Bobst SA: „Bei unserer

Wahl für EtherCAT als zukünftigen Feldbus für unsere eigenentwickeltes

Steuerungssystem waren besonders die sehr gute Performance von EtherCAT,

die einfache Integration in die eigene Steuerungshardware und die Offenheit

des Systems ausschlaggebend.“

Das Wachstum der ETG in Europa und Amerika ist sehr gut; die Anzahl der

asiatischen Mitglieder wächst sogar überproportional: In dieser Region sind

es bereits 400 Mitgliedsfirmen.

Für die weltweite Akzeptanz, die Offenheit und den Erfolg der Technologie

spricht aber nicht nur die Mitgliederzahl, sondern gerade auch die

außergewöhnliche Vielfalt an Geräten mit EtherCAT-Schnittstelle. Über 100

Master-Anbieter, mehr als 80 Antriebshersteller und über 50 Hersteller von

I/O-Komponenten mit einer EtherCAT-Schnittstelle sind bekannt.

„EtherCAT ist weltweit akzeptiert. Sehr viele führende Anbieter unterstützen

EtherCAT oder sind gerade dabei, die Technologie zu implementieren. Bei

den anderen ist das ‚Ob’ nicht mehr die Frage – höchstens noch das ‚Wann’.

Und durch ihre starke Nachfrage sorgen die Anwender dafür, dass hier die

Antwort ‚bald’ heißt“, meint Martin Rostan, Executive Director der EtherCAT

Technology Group.

ETG auf der Semicon in Japan

Der Gemeinschaftsstand der ETG auf der Semicon Japan.

EtherCAT entwickelt sich zum de-facto standard in der Halbleiterindustrie. Bereits

auf der SEMICON West in den USA hatten die ETG und Applied Materials

mit einem White Paper mit dem Titel „EtherCAT-enabled Advanced Control

Architecture“ für Aufsehen gesorgt. Auch in Japan haben viele große Anbieter

für die Halbleiterindustrie ebenfalls EtherCAT als ihr „Next Generation“-

Netzwerk ausgewählt.

Die Beteiligung der ETG auf der SEMICON Japan in Chiba spiegelte dieses

große Interesse wider. Organisiert durch die Task Force Japan zeigten auf

dem Gemeinschaftsstand 20 Mitaussteller ihre Komponenten und freuten

sich über die große Nachfrage. In einem Einführungsseminar informierten

sich zahlreiche Besucher zudem täglich über die herausragenden Eigenschaften

von EtherCAT. Auch auf den firmeneigenen Ständen wurde EtherCAT

thematisiert und die Messe als willkommener Anlass genutzt, neue EtherCAT-

Produkte zu präsentieren.


PC-Control 01 | 2011

57 ETG

Safety-over-EtherCAT

im Rundum-Sorglos-Paket

Integrierte funktionale Sicherheit wird zum unverzichtbaren Bestandteil

jeder Steuerungsarchitektur. Trotzdem scheuen viele Hersteller

den erhöhten Aufwand einer Implementierung und der Anbindung an

ein sicheres Kommunikationssystem. Für die Safety-over-EtherCAT-

Technologie gibt es daher neben einer besonders schlanken Spezifikation

umfangreiche Unterstützung bei der Implementierung.

Beckhoff bietet hierzu Zertifizierungsunterstützung samt Testcases

und -tools für die Implementierung des sicheren Protokolls. Eine Parametrierungssoftware

für die dezentrale Safety-Steuerung EL6900 ist

Bestandteil des Beckhoff-EtherCAT-Konfigurators ET9000, der dank

offener Schnittstellen auch mit EtherCAT-Mastern anderer Hersteller

harmoniert.

Weitere Anbieter ergänzen mit eigenen Dienstleistungen und Tools

das Safety-over-EtherCAT-Rundum-Sorglos-Paket: 3S-Smart Software

Solutions GmbH bietet die Anbindung des CoDeSys-Safety-Editors an

die dezentrale Safety-Steuerung EL6900 an. Damit können CoDeSys-

Kunden ihre Steuerungssysteme um funktionale Sicherheit ergänzen,

ohne selbst eine Sicherheitssteuerung entwickeln und zertifizieren

zu müssen.

Safety-over-EtherCAT-Protokollstacks für Master- und Slavegeräte

werden von der Firma IXXAT angeboten; zudem unterstützt IXXAT

seine Kunden bei der Implementierung und Zertifizierung ihrer

Vorstellung des Rundum-Sorglos-Pakets auf der SPS/IPC/Drives

Seminarteilnehmer in Paris

Großes Interesse in Mailand

ETG-Roadshows in Frankreich und Italien

Hersteller, Systemintegratoren und Endanwender

von Steuerungs- und Automatisienik

aufweist, wird EtherCAT hier sowohl von

Vielzahl von Anbietern von Steuerungstechrungssystemen

nutzten auf Roadshows in der Anwender- als auch von der Anbieterseite

geschätzt. Daher waren die Seminare am

Frankreich und Italien die Gelegenheit, sich

über die Eigenschaften von Industrial-Ethernet-Systemen

und die besonderen Vorteile aufgeteilt: In der Anwender-Session wurden

Nachmittag in zwei parallele Vortragsreihen

von EtherCAT zu informieren.

EtherCAT-Applikationen vorgestellt und Migrationszenarien

von klassischen Feldbussen

Im Januar fanden in Paris und Lyon zwei

Seminare statt, die von 85 Vertretern französischer

Firmen besucht wurden. Fortgesetzt Session dagegen fokussierte auf die Imple-

hin zu EtherCAT aufgezeigt. Die Entwicklerwurde

die Seminarreihe im Februar in Italien mentierung der Technologie in Steuerungen

in den Städten Mailand, Bologna und Padova.

Mit insgesamt 250 Teilnehmern war auch Angebote der Technologieprovider aus der

und Slavegeräten und die entsprechenden

hier das Interesse sehr groß. Nachdem der ETG. Die italienische Seminarreihe wurde

italienische Markt sowohl für seine Stärken neben Beckhoff von acht weiteren ETGim

Maschinenbau bekannt ist, als auch eine Mitgliedern unterstützt.

Safety-over-EtherCAT-Geräte. Die Safety-over-EtherCAT-Technologie

erfreut sich starker Nachfrage, sie wird von namhaften Firmen der

Steuerungs- und Antriebstechnik, der Robotik und der Sensorik in

Europa, USA und Asien implementiert.

Dr. Guido Beckmann, Vorsitzender des ETG Technical Committees

und Safety-Experte bei Beckhoff, unterstreicht die Schlankheit und

Offenheit des sicheren Protokolls: „Codeumfang und Stacklaufzeiten

liegen erfahrungsgemäß signifikant unter denen vergleichbarer Protokolle.

Der Sicherheitscontainer von minimal 6 Bytes erlaubt auch

die problemlose Nutzung auf klassischen Feldbussystemen. Und dank

der vielfältigen Unterstützungs-Angebote wird es nun noch einfacher,

Safety-over-EtherCAT ins Produktprogramm zu integrieren: „Make or

Buy“ – bei Safety-over-EtherCAT hat man die Wahl.“

ETG-Seminarreihe in Indien

Nach zwei erfolgreichen Seminarreihen im Jahr 2009 kehrte die ETG im Februar

2011 erneut nach Indien zurück: diesmal waren Neu-Delhi, Bangalore, Coimbatore

und Mumbai an der Reihe. In ganztägigen Seminaren informierten sich die Teilnehmer

über die Technologie und die mit der Nutzung verbundenen Anwendervorteile.

Speziell in Bangalore, wo viele Firmen F+E-Zentren betreiben und auch viele Entwicklungsdienstleister

angesiedelt sind, traf die Veranstaltungsreihe auch auf reges

Interesse der Implementierer, die EtherCAT-Schnittstellen in eigene und in Kundengeräte

integrieren.


58 ETG events PC-Control 01 | 2011

Messen 2011

Ineltec

13. – 16. September 2011, Basel

www.ineltec.ch

Measure Expo

04. – 06. Oktober 2011, Paris

http://en.mesurexpo.com

Europa

Deutschland

Hannover Messe

04. – 08. April 2011, Hannover

www.hannovermesse.de

Hannover Messe | Wind

04. – 08. April 2011, Hannover

www.hannovermesse.de/wind

Prolight + Sound

06. – 09. April 2011, Frankfurt

www.prolight-sound.com

Interpack

12. – 18. Mai 2011, Düsseldorf

www.interpack.com

Ligna

30. Mai – 03. Juni 2011, Hannover

www.ligna.de

Sensor+Test

07. – 09. Juni 2011, Nürnberg

www.sensor-test.de

EU PVSEC

05. – 08. September 2011, Hamburg

www.photovoltaic-conference.com

EMO

19. – 24. September 2011, Hannover

www.emo-hannover.de

Motek

10. – 13. Oktober 2011, Stuttgart

www.motek-messe.de

FMB

09. – 11. November 2011, Bad Salzuflen

www.forum-maschinenbau.com

SPS/IPC/DRIVES

22. – 24. November 2011, Nürnberg

www.mesago.de/sps

Österreich

Power-Days

06. – 08. April 2011, Salzburg

www.power-days.at

Smart Automation

04. – 06. Oktober 2011, Linz

www.smart-automation.at

Schweiz

EPHJ-EPMT

24. – 27. Mai 2011, Lausanne

www.epmt.ch

swissT.fair

16. – 17. Juni 2011, Zürich

www.swisstfair.ch

swissT.fair

21. – 22. Juni 2011, Yverdon

easyFairs Industrie- & Zweckbau

12. – 13. Oktober 2011, Bern

www.easyfairs.com

Belgien

EWEA

14. – 17. März 2011, Brüssel

www.ewec.info

Indumation

18. – 20. Mai 2011, Kortrijk

www.indumation.com

easyFairs ECL

22. – 23. September 2011, Brüssel

www.easyfairs.com

Dänemark

HI-Industri

06. – 09. September 2011, Herning

www.hi11.dk

Finnland

Automaatio

04. – 06. Oktober 2011, Helsinki

www.automaatiomessut.fi

Frankreich

Intelligent Building System

20. – 21. September 2011, Paris

Italien

SPS/IPC/Drives Italia

24. – 26. Mai 2011, Parma

www.sps-italia.net

Norwegen

Nor-Shipping

24. – 27. Mai 2011, Oslo

www.nor-shipping.no

PEA

27. – 29. September 2011, Oslo

www.pea-messen.no

Polen

Automaticon

05. – 08. April 2011, Warschau

www.automaticon.pl

Russland

HI-Tech Building

08. – 12. November 2011, Moskau

www.hthb.ru

Schweden

easyFairs Fastighetsmässa

30. – 31. März 2011, Stockholm

www.easyfairs.com

www.swisstfair.ch

www.ibs-event.com


PC-Control 01 | 2011

59 ETG events

Spanien

ITMA

22. – 29. September 2011, Barcelona

www.itma.com

Tschechische Republik

FAPA

18. – 20. Mai 2011, Peking

www.fa-pa.com.cn

Electrical Building Technology

09. – 12. Juni 2011, Guangzhou

www.lighting-building.com

Malaysia

Industrial Automation

20. – 23. Juli 2011, Kuala Lumpur

www.asean-ia.com

Afrika

Mile High Industrial Automation Show

30. – 31. März 2011, Denver

www.mhiac.com

Windpower

22. – 25. Mai 2011, Anaheim

www.windpowerexpo.com

Tabexpo

15. – 18. November 2011, Prag

www.tabexpo.org

Türkei

WIN World of Industry Part II

17. – 20. März 2011, Istanbul

www.win-fair.com

Asien

China

CWEE

06. – 09. April 2011, Shanghai

www.cwee.com.cn

CIMT

11. – 16. April 2011, Peking

www.cimtshow.com

China Glass

11. – 14. Mai 2011, Shanghai

www.chinaglass-expo.com

Chinaplas

17. – 20. Mai 2011, Shanghai

Offshore Wind China

15. – 17. Juni 2011, Shanghai

www.offshorewindchina.com

Wind Power Asia

22. – 24. Juni 2011, Peking

www.windpowerasia.com

Propak China

13. – 15. Juli 2011, Shanghai

www.propakchina.com

China Wind Power

19. – 21. Oktober 2011, Peking

www.chinawind.org.cn

Industrial Automation Show

01. – 05. November 2011, Shanghai

www.industrial-automation-show.com

Marintec

29. Nov. – 02. Dez. 2011, Shanghai

www.marintecchina.com

Indien

Engimach

23. – 27. November 2011, Ahmedabad

Südafrika

Process Expo

17. – 19. Mai 2011, Johannesburg

www.process-expo.co.za

Nordamerika

Kanada

Packex

21. – 23. Juni 2011, Toronto

www.packextoronto.com

Canadian Manufacturing and Technology

Show

17. – 20. Oktober 2011, Toronto

www.cmts.ca

USA

ATX South

16. – 17. März 2011, Orlando

www.canontradeshows.com/expo/atxs11

ProMAT

21. – 24. März 2011, Chicago

www.promatshow.com

ATX East

07. – 09. Juni 2011, New York City

www.canontradeshows.com/expo/atxe10

InterSolar North America

12. – 14. Juli 2011, San Francisco

www.intersolar.us

Pack Expo West

26. – 28. September 2011, Las Vegas

www.packexpo.com

Solar Power International

12. – 14. Oktober 2011, Los Angeles

www.solarpowerinternational.com

Process Expo

01. – 04. November 2011, Chicago

www.myprocessexpo.com

Fabtech

13. – 16. November 2011, Chicago

www.fabtechexpo.com

www.chinaplasonline.com

www.engimach.com

Weitere Messetermine der weltweiten

Tochter- und Partnerfirmen finden Sie

unter: www.beckhoff.de/messe


Nr. 1 | März 2011

www.beckhoff.de

www.pc-control.net

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