Das Steuerungssystem für die Prozessautomatisierung: PC-based Control

Ein durchgängiges Steuerungskonzept für alle Branchen mit Ex-Schutz-Anforderungen

Eine universelle Steuerungsplattform: von Explosionsschutzanwendungen bis zur prozesstechnischen Großanlage. Mit einem durchgängigen Komponentenbaukasten und einem tiefen, branchenübergreifenden Know-how realisiert Beckhoff offene Automatisierungssysteme auf der Grundlage PC-basierter Steuerungstechnik. Durch die konsequente Bündelung der Steuerungsintelligenz in der Software und die Nutzung etablierter Standardtechnologien der IT- und Automation-Welt vereint PC-based Control alle Funktionen, wie SPS, Messtechnik und Motion Control, in einem System.

Die systemintegrierte Lösung von Beckhoff bietet eine effiziente Alternative zu traditionellen Anbietern und eignet sich für den Einsatz in zahlreichen Industrien, wie der Öl- und Gasförderung, der Chemie und Petrochemie, dem Bergbau, der Metallverarbeitung, den Beschichtungsverfahren, der Holzverarbeitung und der Wasser- und Energiewirtschaft. Bei Neuanlagen kann der Explosionsschutz direkt in die Steuerung integriert werden; bei Bestandsanlagen lässt sich die PC-basierte Beckhoff Steuerung einfach erweitern.

Automation, Prozesstechnik und IoT-Kommunikation in einem System:

• durchgängige Hard- und Softwareplattform
• barrierefreie Prozesstechnik-Integration von Zone 0/20 bis in die Cloud
• EtherCAT-Klemmen mit eigensicheren Schnittstellen, explosionsgeschützte Control Panels und Panel-PCs sowie prozesstechnikspezifische Schnittstellen
• PC-basierte Steuerungstechnik ist weltweit und branchenübergreifend etabliert

Eine Plattform, eine CPU, ein Bussystem für alle Steuerungsaufgaben

Eine Steuerungsplattform und ein Hochleistungsfeldbus für alle Steuerungsaufgaben: Mit dem Prinzip der PC-basierten Steuerungstechnik ermöglicht Beckhoff die Kombination unterschiedlichster I/O-Komponenten in einem System. Mit nur einer CPU können alle EtherCAT-Klemmen für Messtechnikaufgaben, funktionale Sicherheit und Explosionsschutz einfach in ein ganzheitliches Steuerungssystem integriert und Echtzeitanwendungen realisiert werden. Anwender sind daher nicht mehr auf mehrere Einzellösungen angewiesen, sondern können mit einer Komplettlösung Effizienzvorteile realisieren.

Vereinfacht die Inbetriebnahme von Feldgeräten: TwinCAT

Die vollumfängliche Integration der HART-Funktionalität sowohl in das I/O-System als auch in das TwinCAT-Engineering stellt eine einfache Projektierung und Inbetriebnahme sicher. Durch die HART-Integration können Anwender HART-Feldgeräte direkt in die Steuerung einbinden. Darüber hinaus reduziert TwinCAT den Engineeringaufwand: Der TwinCAT-FDT-Container erlaubt die Einbindung von Feldgeräte-DTMs direkt in das TwinCAT-Engineering und bietet somit Programmierung und Feldgerätekonfiguration in einerm Umgebung.

Der Beckhoff ComDTM ermöglicht die lückenlose Integration von TwinCAT-Steuerungen in vorhandene Prozessleitsysteme. Mit Hilfe des ComDTM lassen sich die DTMs, der an die HART-fähigen EtherCAT-Klemmen angeschlossenen Feldgeräte, in beliebigen FDT-Containern übergeordneter Systeme einbinden. Dadurch lassen sich Feldgeräte remote und ohne direkten Zugriff auf die SPS konfigurieren und parametrieren.

Schnell, offen und ideal geeignet für die Prozesstechnik: der Highspeed-Feldbus EtherCAT

Seit 2003 ist das von Beckhoff entwickelte Feldbussystem EtherCAT weltweit im Einsatz und gilt heute in vielen Branchen als der Kommunikationsstandard. Als universell einsetzbarer und offener Highspeed-Feldbus für SPS, Motion, I/O, Sensorik, Messtechnik und Sicherheitstechnik eignet sich EtherCAT auch zur Ex-Anbindung. Das heißt, Anwender benötigen nur noch eine einzige Kommunikationstechnologie. Dabei können sie auf das tiefgreifende Know-how des EtherCAT-Pioniers Beckhoff vertrauen und von der Sicherheit und Flexibilität der durchgängigen EtherCAT-Architektur profitieren. Die EtherCAT-basierte Steuerung ist flexibel und offen hinsichtlich der Integration von 3rd-Party-EtherCAT-Geräten sowie der problemlosen Einbindung anderer Feldbussysteme: Damit vereinfacht sich die Optimierung bestehender Anlagen und der Anwender erhält einen sicheren Investitionsschutz. Dieser wird auch durch den Verzicht auf Versionierungen gewährleistet: EtherCAT gibt es nur in einer Version, sodass Neuentwicklungen auf der Basis von EtherCAT immer kompatibel sind zu älteren Gerätegenerationen.

Anwender im Ex-Bereich profitieren aber auch von der „Time Stamp“-Funktionalität von EtherCAT, welche eine hohe Messqualität garantiert und eine hochgenaue Synchronisierung − auch in weitläufigen Anlagen − sicherstellt. Darüber hinaus ermöglicht das EtherCAT-Diagnosekonzept mit 100-MBit-Datenrate und durchgängiger, lückenloser Diagnose die schnelle Fehleridentifizierung in einer Anlage: Stillstandzeiten werden so minimiert, die Wartung vereinfacht und die Verfügbarkeit erhöht. Über die ELX-Module ist EtherCAT direkt bis zur einzelnen I/O-Klemme mit eigensicherem Ein- bzw. Ausgang realisierbar.

Ideal für große und verteilte Anlagen: EtherCAT Extended Distance

Mit der Extended-Distance-Technologie vereinfacht EtherCAT die Datenerfassung in großen und verteilten Arealen wie Raffinerien, Wasseraufbereitungs- oder Chemieanlagen. Zum Einsatz kommen dabei beispielsweise zwei EtherCAT-Koppler EK1101-0010, deren Ports Extended Distance unterstützen. Sie können über eine Strecke von bis zu 300 m kommunizieren, ohne dass zwischengeschaltete Infrastrukturkomponenten benötigt werden. An die Koppler können Standard-EtherCAT-Reihenklemmen gesteckt werden. Über die Reihenklemme EK1121-0010 kann zudem ein Extended-Distance-Abzweig direkt in den Klemmenstrang integriert und eine weitere I/O-Station angebunden werden. Durch die Kompatibilität mit den Standard-EtherCAT-Geräten stellt die Extended-Distance-Technologie keine weiteren Anforderungen an die Systemtopologie, sodass das EtherCAT-Netzwerk einfach entsprechend den applikationsspezifischen Anforderungen entsprechend aufgebaut werden kann.

Die ELX-Serie: eigensichere EtherCAT-Klemmen gemäß IECEx, ATEX und NEC/CEC

Mit den ELX-Klemmen kombiniert Beckhoff hochkompakte Remote-I/O-Module mit Trennbarrieren für den direkten Anschluss eigensicherer Feldgeräte in einem einzigen Gehäuse. Das Ergebnis: äußerst schmalbauende EtherCAT-Klemmen zum direkten Anschluss eigensicherer Sensoren und Aktoren. Dabei garantieren die ELX-Klemmen mit ihrer hohen Auflösung und Genauigkeit die aus dem Non-Ex-Bereich gewohnte hohe Messqualität. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die hochkompakte Bauform der Klemmen: Im 12-mm-Gehäuse stehen bis zu acht digitale, im 24-mm-Gehäuse bis zu acht analoge eigensichere Eingänge zur Verfügung. Der Verzicht auf zwischengeschaltete externe Barrieren führt zu einer deutlichen Reduktion des Platzbedarfs im Schaltschrank mit den damit verbundenen Kostenvorteilen. Mit der Zertifizierung für ATEX, IECEx und NEC/CEC erfüllen die ELX-Klemmen alle branchenspezifischen Richtlinien für den Explosionsschutz und sind weltweit in nahezu allen Märkten einsetzbar, was seitens der Anwender die Abhängigkeit von unterschiedlichen Lieferanten reduziert. Das breite Einsatzspektrum wird außerdem durch die enorme Signalvielfalt des Beckhoff I/O-Portfolios unterstützt: Für jede Anwendung steht ein passendes I/O-Modul zur Verfügung. Auch die Entwicklung kundenspezifischer Varianten ist durch die vollständige Produktentwicklung im eigenen Haus möglich. Durch die ELX-Klemmen können Anwender äußerst kompakte und wirtschaftliche Steuerungsarchitekturen realisieren, wobei die herausragende Diagnosefunktion von EtherCAT dazu beiträgt, Anlagenstillstandszeiten zu minimieren.

Die ELX-Klemmen optimieren nahezu alle Prozesstechnikanwendungen:

• hochkompakte Bauform
• Trennbarriere und Signalklemme kombiniert
• direkter Anschluss eigensicherer Feldgeräte
• EtherCAT bis in die Klemme
• große Signalvielfalt
• erfüllt umfangreiches Portfolio an Zertifikaten
• deutliche Kostenvorteile

ELX-Klemmen: eigensichere Signalübertragung und funktionale Sicherheit

Den Anforderungen an die Prozessleittechnik hinsichtlich der funktionalen Sicherheit begegnet Beckhoff mit der vollumfänglichen Integration der Sicherheitstechnik in das Automatisierungssystem. Kompakt und modular im Aufbau fügt sich die Sicherheitslösung TwinSAFE nahtlos in die Steuerungsplattform ein. Damit bietet PC-based Control eine einzige Plattform, die sowohl die Anforderungen der funktionalen Sicherheit als auch des Explosionsschutzes erfüllt. So ermöglichen die mit TwinSAFE-SC erweiterten ELX-Klemmen den direkten Anschluss eigensicherer Feldgeräte bis Zone 0/20 und die Erreichbarkeit des Sicherheitsniveaus entsprechend PL d/Kat. 3 gem. EN ISO 13849-1 bzw. SIL 2 gem. EN 62061.

Funktionale Sicherheit und Eigensicherheit in einem System:

• hochkompakte Lösung mit bis zu vier Kanälen auf 12 mm
• große analoge Signalvielfalt
• direkter Anschluss eigensicherer Feldgeräte bis in Zone 0/20
• Sicherheitsniveau bis zu PL d/SIL 2 erreichbar
• deutliche Kostenvorteile

Die elegante Ex-Panel-Lösung: die CPX-Serie im robusten Aluminiumdesign

Mit den Modellen der CPX-Panel-Serie ist die bewährte Multitouch-Technologie der Beckhoff Control Panels und Panel-PCs in besonders robuster Ausführung verfügbar und erfüllt somit die Anforderungen für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 2/22. Die hohe Funktionalität und die hochwertige Verarbeitung sichern die Langlebigkeit der CPX-Panels auch unter rauen Umgebungsbedingungen. Die Bedienung vor Ort ist durch die kapazitive Touch-Technologie gewohnt komfortabel. Dabei bleibt das ansprechende ästhetische Erscheinungsbild unserer Panels hinsichtlich Haptik und Design der Aluminiumgehäuse nahezu unverändert, sodass sie ein optisches Highlight im Ex-Anlagenumfeld bilden. Das umfassende CPX-Portfolio umfasst eine große Auswahl an Formaten, Größen, Montageoptionen und Leistungsmerkmalen. Je nach Anwendungsgebiet stehen mit der CPX29xx- und der CPX39xx-Serie sowohl Panels für den Schaltschrankeinbau als auch Stand-alone-Panels für die freie Montage im Raum zur Verfügung. Die lüfterlosen Panel-PCs der Reihen CPX27xx und CPX37xx bieten darüber hinaus eine zuverlässige Anlagensteuerung.

Multitouch für die Prozesstechnik:

• kapazitive Touch-Technologie für die optimierte Bedienung
• hochwertiges Design
• robust und langlebig
• große Auswahl an Control Panels und Panel-PCs
• flexible Montage
• bis zu 100 m Abstand zwischen Ex-Panel und Industrie-PC mit CP-Link 4: Übertragung von Videosignal, USB 2.0 und Stromversorgung in einem Standard-Cat.6A-Kabel

Controller und Remote-I/Os erlauben flexible Topologien

Leistungsstarke Industrie-PCs bilden die Basis für einen zentralen Leitstand zur Führung und Überwachung der Prozesse der gesamten Anlage. Die Anbindung an Sensorik und Aktorik erfolgt über Remote-I/Os, die über einen Feldbuskoppler die Daten aus dem Feld zum Leitstand übertragen.

Mit den Embedded Controllern der CX-Serie, die nach ATEX und IECEx für den Einsatz in Zone 2/22 zertifiziert sind, kann hingegen die Steuerung eines Anlagenteils lokal im Schaltschrank ablaufen, was insbesondere im Hinblick auf Modularisierung Potential zur effizienteren Prozessautomatisierung erschließt. Zudem werden die vielfältigen Funktionen der TwinCAT-Automatisierungssoftware direkt im Feld nutzbar.

In beiden Fällen kann durch die entsprechende Auswahl des Controllers oder des Kopplers die Kommunikation zum überlagerten System über das erforderliche Protokoll sichergestellt werden.

TwinCAT: die Steuerungsplattform für die Prozesstechnik

Mit der Steuerungssoftware TwinCAT bietet Beckhoff eine zentrale Plattform zur Steuerung hochkomplexer Anlagen. Neben klassischen SPS-Abläufen können auch in C++ oder MATLAB^®/ Simulink^® geschriebene Algorithmen in Echtzeit ausgeführt werden. TwinCAT umfasst zudem das HMI, die sichere Cloud-Anbindung über TwinCAT IoT sowie die Nutzung von Analysefunktionen über TwinCAT Analytics. Mit der umfassenden Integration spezifischer Prozesstechnik-Protokolle und -Schnittstellen wird der Einsatzbereich von PC-based Control für die Prozessautomatisierung nutzbar. Durch die Unterstützung der gängigen Standards, wie NAMUR, HART und FDT/DTM, deckt TwinCAT die Anwendungsbereiche verfahrenstechnischer Applikationen ab.

Automation und Prozesstechnik auf einer Plattform:

• ein Tool für Engineering und Runtime
• steuerungsintegrierte Industrie-4.0- und IoT-Anwendungen
• umfangreiche HART-Integration
• TwinCAT FDT/DTM
• Beckhoff ComDTM

Vom Sensor in die Cloud: durchgängige Lösungen für die Prozessindustrie

In der Prozessindustrie sind zunehmend Automatisierungslösungen im Sinne einer transparenten Digitalisierung bzw. einer anlagenübergreifenden Vernetzung gefragt. Die traditionelle Trennung von diskreter und Prozessautomatisierung ist heute nicht mehr Stand der Technik. Die PC-basierte Automatisierung, mit der Möglichkeit zur Verknüpfung dezentraler Systeme bei gleichzeitiger zentraler Auswertung und Steuerungsmöglichkeit der Prozesse, bietet alle Voraussetzungen für das Zusammenwachsen der Technologien beider Anwendungsgebiete. Aufgrund seiner Durchgängigkeit und Offenheit stellt PC-based Control die optimale Basis zur Realisierung einer vernetzten Fertigung gemäß Industrie-4.0- und IoT-Konzepten dar: Von der horizontalen Integration − auch über Unternehmensgrenzen hinweg – über die vertikale Integration mit vernetzten Produktionssystemen bis zur Durchgängigkeit des Engineerings während des gesamten Produktlebenszyklus.

Für die Kommunikation zwischen der Anlagensteuerung und cloudbasierten Diensten hat Beckhoff die Softwarebibliothek TwinCAT IoT entwickelt. Sie unterstützt die standardisierten Protokolle OPC UA, AMQP und MQTT zur Kommunikation mit gängigen Cloud-Systemen, wie Microsoft Azure™, Amazon Web Services sowie Private-Cloud-Systeme im unternehmenseigenen Netzwerk.

TwinCAT für die Prozessindustrie: Module Type Package (MTP)

Die Modularisierung von prozesstechnischen Anlagen wird durch das Module Type Package-Konzept (MTP) standardisiert. Mit MTP werden einzelne Module anhand verschiedener Aspekte, u. a. deren Schnittstellen und die ausführbaren Dienste, beschrieben. Die Informationen über das Modul werden in einer MTP-Datei gespeichert, die anschließend in eine überlagerte Steuerung (Process Orchestration Layer, POL) importiert wird. Dies ermöglicht die automatisierte Einbindung der Module in die POL, sodass Module verschiedener Hersteller effizient in Betrieb genommen und miteinander verknüpft werden können. Außerdem erhöht MTP die Flexibilität der Anlage, da durch den reduzierten Engineering-Aufwand schnelle Änderungen an der Modulanordnung möglich sind.

Die Integration des MTP-Konzepts in TwinCAT vereinfacht durch automatisch generierten Sourcecode und Bibliotheken für die SPS-Programmierung die richtlinienkonforme Automatisierung eines Anlagenmoduls. Dadurch wird eine vorgefertigte Projektstruktur zur Verfügung gestellt, in der welcher der Anwender lediglich die prozessspezifischen Funktionen der Dienstzustände programmiert. Anschließend kann direkt aus dem TwinCAT-Projekt ein MTP exportiert werden, dass die Modulbeschreibung enthält.

Die Vorteile von TwinCAT MTP:

• automatische Generierung und Export des MTPs
• hoher Individualisierungsgrad zur optimalen Anpassung an bestehende Prozesse
• richtlinienkonforme IEC-61131-Funktionsbaustein-Bibliothek
• einfacher MTP- und P&ID-Import
• nahtlose Integration in TwinCAT Engineering
• kombinierbar mit TwinCAT XCAD Interface