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Messdatenverarbeitung mit Twincat 3

Ethercatbasiertes CM-System

TAR Automation unterstützt Unternehmen bei der Integration von Automatisierungslösungen. Für die Zustandsüberwachung in Produktionsanlagen hat das in Dinslaken ansässige Unternehmen nun ein Condition-Monitoring-System mit Beckhoff-Komponenten entwickelt.

Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KGBild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KG
Die Steuerungsplattform des von TAR entwickelten Condition-Monitoring-Systems besteht aus einem Embedded-PC CX5140 mit Twincat 3 Software, der Twincat-Condition-Monitoring-Bibliothek und den Ethercat-Klemmen.

Ethercat macht Subsysteme überflüssig

Abtastraten von 100kHz waren in der Vergangenheit mit Feldbussystemen nicht möglich. Allerdings ermöglicht Ethercat Nutzdatenraten von weit über 90 Prozent mit Voll-Duplex-Fast-Ethernet und Buszykluszeiten von wenigen µs. Mit der Oversampling-Technologie, dem Zwischenspeichern von Messdaten direkt im Ethercat-Slave, lassen sich die Abtastraten weit über den eigentlichen Buszyklus hinaus steigern. 'Verteilte Uhren' in den Ethercat-Slaves, die sogenannten 'Distributed Clocks', sorgen für eine netzwerkweite, zeitlich synchronisierte Messwerterfassung. Der Jitter liegt deutlich unter einer Mikrosekunde, meistens sogar unter 100ns. Damit lassen sich viele Funktionen, die bis dato aus Geschwindigkeitsgründen mit dezentral intelligenten Subsystemen realisiert wurden, in die Steuerung integrieren. Die Messdaten kommen über Ethercat schnell genug zum 'Controller'. Beckhoff nutzt die Ethercat-Eigenschaften zur Entwicklung von immer neuen Messtechnik-I/Os, u.a. stehen Klemmen für die Temperaturmessung, Wägezellenauswertung, Strom- und Spannungserfassung, Schwingungsüberwachung und diverse Analogsignale, wie +/-10V oder 0...20mA, zur Verfügung.

Twincat 3 optimiert Messdatenverarbeitung

Mit Twincat 3 ist der Anwender in der Lage, einzelne Programm-Tasks auf unterschiedliche Kerne der CPU zu verteilen. Möchte er z.B. seine Messwerte durch rechenintensive Algorithmen beurteilen lassen, so kann er eine eigene Analyse-Task definieren und diese auf einem separaten Kern der CPU laufen lassen. Des Weiteren bietet Twincat 3 für die Messdatenverarbeitung eine CM-Bibliothek für SPS-Programmierer. Als 'Softwarebaukasten' konzipiert, können Anwender, je nach Applikation und Wissensstand, zwischen mathematischen Basis-Algorithmen oder Anwenderbausteinen wählen. Letztgenannte gehen in Richtung Applikation und setzen sich aus den Basis-Algorithmen zusammen und kapseln z.B. die Algorithmen, die für eine Wälzlagerüberwachung notwendig sind. So kann der Anwender den Baustein mit Lagergeometriedaten konfigurieren und Grenzwerte teachen. Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, Detailkenntnisse der intern ablaufenden Berechnungen zu haben.

Gerade aufgrund der modularen Struktur der Automatisierungsplattform Twincat 3 setzt Tar Automation verstärkt auf PC-basierte Automatisierungssysteme. "Mit der PC-basierten Steuerungslösung lassen sich etliche neue Funktionen in die Automatisierungstechnik integrieren, die bisher ausschließlich mit dedizierten 'Blackbox-Komponenten' realisiert werden konnten. Das Condition Monitoring (CMS) für die Zustandsüberwachung von Produktionsanlagen ist dafür ein gutes Beispiel", sagt Alfred Rachner, Geschäftsführer von TAR Automation. Ein CMS wird meist als Subsystem in der Anlage installiert. Es besteht aus einer Spezialhardware zur Messwerterfassung und -auswertung, verfügt über eine feste Anzahl von Kanälen und einen definierten Funktionsumfang. Größere Flexibilität und niedrigere Kosten waren für TAR der Treiber bei der Entwicklung seines CMS TAR 9964 auf Basis eines Embedded-PCs CX5140 mit Twincat 3-Software von Beckhoff, der Twincat Condition Monitoring-Bibliothek und den Ethercat-Klemmen als Steuerungsplattform.

Beckhoff Automation GmbH & Co. KG

Dieser Artikel erschien in IT&PRODUCTION April 2016 - 06.04.16.
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