Das Steuerungssystem für die Prozessautomatisierung: PC-based Control

Das Steuerungssystem für die Prozessautomatisierung

Mit einem durchgängigen Komponentenbaukasten und einem tiefen, branchenübergreifenden Know-how realisiert Beckhoff offene Automatisierungssysteme auf der Grundlage PC-basierter Steuerungstechnik. Dabei werden alle Steuerungsfunktionen, wie SPS, Visualisierung, Cloud-Anbindung, Sicherheits- und Messtechnik auf einer durchgängigen Plattform integriert.

Die systemintegrierte Lösung von Beckhoff bietet eine effiziente Alternative zu traditionellen Anbietern und eignet sich für den Einsatz in zahlreichen Märkten, wie der Öl- und Gasförderung, der Chemie und Petrochemie, der Wasserstoffindustrie, der Metallverarbeitung oder der Wasser- und Energiewirtschaft.

PC-based Control für die Prozessindustrie:

• durchgängige Plattform zur Automatisierung aller Prozesse und Anlagen
• Integration aller Steuerungsfunktionen in einem System
• hohe Interoperabilität dank offener Schnittstellen in Hard- und Software
• Steuerungs- und Kabelredundanz für erhöhte Anlagenverfügbarkeit
• PC-basierte Steuerungstechnik ist weltweit und branchenübergreifend etabliert

EtherCAT-Klemmen integrieren alle Steuerungsfunktionen

Mit dem Prinzip der PC-basierten Steuerungstechnik ermöglicht Beckhoff die Kombination unterschiedlicher I/O-Komponenten in einem System. So können EtherCAT-Klemmen zur Integration von funktionaler Sicherheit sowohl mit EtherCAT-Messtechnikklemmen als auch mit I/O-Modulen mit integrierter Sicherheitsbarriere zum Anschluss eigensicherer Feldgeräte aus dem Ex-Bereich frei kombiniert und in ein ganzheitliches Steuerungssystem eingebunden werden. Anlagenbetreibern steht eine effiziente Komplettlösung für alle applikationsseitigen Anforderungen zur Verfügung.

Flexibles Anlagendesign mit PC-based Control:

• Integration aller I/O-Komponenten in einem System
• Kombination von Safety, Messtechnik und Explosionsschutz
• Offenheit gegenüber 3rd-Party-Systemen
• hohe Interoperabilität vereinfacht Retrofits
• Systemoffenheit bietet Investitionsschutz

Ideal geeignet für die Prozessindustrie: der offene Feldbus EtherCAT

Als universell einsetzbarer und offener Highspeed-Feldbus eignet sich EtherCAT für alle Einsatzbereiche, von SPS und Antriebstechnik über Sensorik bis zur Mess- und Sicherheitstechnik. Mit EtherCAT benötigen Sie nur eine einzige Kommunikationstechnologie für Ihre gesamte Anlage und können zudem von der Sicherheit und optimalen Performance der durchgängigen EtherCAT-Architektur profitieren. Die EtherCAT-basierte Steuerung ist außerdem offen hinsichtlich der Integration von 3rd-Party-EtherCAT-Geräten sowie der Einbindung anderer Feldbussysteme.

Mit der Extended-Distance-Technologie vereinfacht EtherCAT die Datenerfassung in verteilten Arealen, indem über Entfernungen von bis zu 300 m kommuniziert werden kann. Zum Einsatz kommt dabei z. B. der EtherCAT-Koppler EK1101-0010, an den Standard-EtherCAT-Reihenklemmen gesteckt werden können. Für größere Distanzen stehen Lichtwellenleiter-Lösungen mit bis zu 100 km Übertragungslänge zur Verfügung. Um sicherzustellen, dass das Netzwerk oder Netzwerksegmente einer Anlage immer erreichbar sind, wird mittels EtherCAT-Kabelredundanz eine fehlertolerante Ringtopologie aufgebaut. Darüber hinaus lässt sich mit dem EtherCAT-Diagnosekonzept eine durchgängige, lückenlose und schnelle Fehleridentifizierung realisieren.

TwinCAT: die Steuerungsplattform für die Prozessindustrie

Mit der Automatisierungssoftware TwinCAT bietet Beckhoff eine zentrale Plattform zur Steuerung prozesstechnischer Maschinen und Anlagen. Neben der klassischen Prozessführung im SPS-Programm können auch in C++, MATLAB^® und Simulink^® geschriebene Algorithmen in Echtzeit ausgeführt werden. Mit der umfassenden Integration spezifischer Prozesstechnik-Protokolle und -Schnittstellen wird der Einsatzbereich von PC-based Control für die Prozessautomatisierung erweitert. Durch die Unterstützung der gängigen Standards, wie NAMUR, HART und FDT/DTM, deckt TwinCAT die Anwendungsbereiche verfahrenstechnischer Applikationen ab.

TwinCAT-Highlights für die Prozessindustrie:

• steuerungsintegrierte Industrie-4.0- und IoT-Anwendungen
• umfassende Datenauswertung mit Analytics-Funktionen
• standardisierte Kommunikation über OPC UA
• Unterstützung der gängigen Standards, wie NAMUR, HART und FDT/DTM
• Ausführung von Modellen in MATLAB^® und Simulink^®

Integrierte Steuerungsredundanz erhöht die Anlagenverfügbarkeit

In der Prozessindustrie spielt die Anlagenverfügbarkeit eine entscheidende Rolle. Um sie zu erhöhen, können mithilfe redundanter Architekturen Ausfälle einzelner Steuerungskomponenten abgesichert werden. Für den redundanten Steuerungsbetrieb steht TwinCAT Controller Redundancy zur Verfügung.

Mit der systemintegrierten Softwarelösung lassen sich zwei Standard-Industrie-PCs als redundante Steuerungen betreiben, die beide das gleiche SPS-Programm ausführen. Eine zusätzliche, hoch performante Netzwerkverbindung zwischen beiden Steuerungen sorgt für die erforderliche Datensynchronisation. Zum Einsatz kommt dabei Standard-Ethernet, sodass keine dedizierten Hardware-Komponenten benötigt werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass nur einer der beiden Industrie-PCs die Feldbuskomponenten zu einem bestimmten Zeitpunkt anspricht und die Steuerungsprogramme auf beiden Rechnern mit der gleichen Datenbasis ausgeführt werden. Sollte eine Steuerung ausfallen, übernimmt nahtlos die zweite Steuerung, sodass Anlagenstillstand und Datenverlust verhindert werden.

Eigensichere Signalerfassung in IP20 und IP67

Mit den EtherCAT-Modulen der ELX- und EPX-Serie kombiniert Beckhoff hochkompakte I/O-Module mit Sicherheitsbarrieren für den direkten Anschluss eigensicherer Feldgeräte aus Zone 0/20 und 1/21. Das Ergebnis: äußerst kompakte EtherCAT-I/Os zum direkten Anschluss eigensicherer Sensoren und Aktoren. Mit der Zertifizierung gemäß ATEX, IECEx und NEC/CEC sowie weiteren länderspezifischen Standards und Richtlinien können die EtherCAT-I/Os weltweit in nahezu allen Märkten eingesetzt werden.

Den Anforderungen hinsichtlich funktionaler Sicherheit begegnet Beckhoff mit der vollumfänglichen Integration der Sicherheitstechnik in das Automatisierungssystem. So ermöglichen die mit TwinSAFE-SC erweiterten ELX-Klemmen den direkten Anschluss eigensicherer Feldgeräte bis Zone 0/20 für sicherheitsgerichtete Funktionen.

Die EPX-Module der EPX-Serie in Schutzart IP67 und eignen sich zur Realisierung modularer und schaltschrankloser Anlagenkonzepte. Die robusten EPX-Module können direkt an der Anlage montiert werden und ermöglichen eine zuverlässige Datenerfassung für Ex-Bereiche, in denen kein Schaltschrank installiert werden kann oder soll.

EtherCAT-Module mit eigensicheren Schnittstellen für Ex-Applikationen:

• direkter Anschluss eigensicherer Feldgeräte
• hochkompakte Bauform
• IP67-Module für schaltschranklose Anlagenkonzepte
• große Signalvielfalt mit hoher Auflösung und Genauigkeit
• umfangreiches Portfolio an Zertifikaten für den weltweiten Einsatz

Elegante Ex-Panels: 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 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. Dabei bleibt das ansprechende ästhetische Erscheinungsbild unserer Panels hinsichtlich Haptik und Design der Aluminiumgehäuse unverändert, sodass sie ein optisches Highlight im Ex-Anlagenumfeld bilden. Das umfassende CPX-Portfolio umfasst eine große Auswahl an Formaten, Größen, Montageoptionen und Leistungsmerkmalen. Die lüfterlosen Panel-PCs bieten darüber hinaus eine zuverlässige Anlagensteuerung.

Multitouch für die Prozessindustrie:

• kapazitive Touch-Technologie für optimierte Bedienung
• hochwertiges Design
• robust und langlebig
• flexible Montage
• bis zu 100 m Abstand zwischen Ex-Panel und Industrie-PC mit CP-Link 4

Modulautomatisierung mit TwinCAT MTP

Die Modularisierung von prozesstechnischen Anlagen wird durch das Module Type Package (MTP) standardisiert. Mit MTP werden einzelne Module anhand verschiedener Aspekte, wie deren Schnittstellen oder ausführbaren Dienste, beschrieben. Die Informationen über das Modul werden in einer MTP-Datei gespeichert, die in eine überlagerte Steuerung importiert wird. Dies ermöglicht die effiziente Inbetriebnahme und Verknüpfung Module verschiedener Hersteller. Die Integration des MTP-Konzepts in TwinCAT vereinfacht durch automatisch generierten Sourcecode und Bibliotheken für die SPS-Programmierung die richtlinienkonforme Automatisierung eines Anlagenmoduls.

Die Vorteile von TwinCAT MTP:

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

Hier Whitepaper zum Thema MTP anfordern.

Flexible Realisierung von NOA-Konzepten

Mit der NAMUR Open Architecture (NOA) sollen Betriebsdaten einfach und sicher für Anlagen- und Geräteüberwachung sowie mögliche Optimierungen nutzbar gemacht werden, ohne dabei die bestehenden Automatisierungssysteme zu beeinflussen.

Für das Auslesen der zusätzlichen Daten für das übergeordnete M+O (Monitoring and Optimization) hat Beckhoff ein NOA Edge Device entwickelt. Das Edge Device, bestehend aus einem kompaktem Embedded-PC, EtherCAT-Klemmen mit HART-Funktionalität und einem entsprechenden TwinCAT-Projekt, kann direkt in der Anlage platziert werden.

Je nach Applikation ist in der Feldebene auch die Installation von zusätzlicher Sensorik zur Zustandsüberwachung sinnvoll. Hier kommen z. B. die IP67-geschützen EtherCAT-Box-Module zum Einsatz, die sich direkt im Feld installieren lassen und somit keinen Platz im Schaltschrank benötigen.

Anschluss von Ethernet-APL-Feldgeräten ans modulare I/O-System

Die zunehmende Digitalisierung, insbesondere zur Anlagendiagnose und -überwachung, ist auch in der Prozessindustrie eines der zentralen Themen. Dabei stellen die meist weit verteilten verfahrenstechnischen Anlagen besondere Anforderungen, denen der speziell hierfür entwickelte Standard Ethernet-APL mit 10 MBit/s Übertragungsrate bei bis zu 1.000 m Leitungslänge gerecht wird.

Beckhoff integriert die Ethernet-APL-Technologie in das modulare Klemmenportfolio. Die kompakte ELX6233 kann in Kombination mit weiteren EtherCAT-Klemmen im Schaltschrank montiert werden. Pro ELX6233-Klemme lassen sich zwei Ethernet-APL-Feldgeräte anbinden. Wie alle EtherCAT-Klemmen der ELX-Baureihe ermöglicht die ELX6233 den direkten Anschluss von eigensicheren Feldgeräten aus Zone 0.