Systemübersicht

Systemübersicht 1:

Das System

Die Geräte der Serie CX5000 sind hutschienenmontierbare, lüfterlose Embedded-PCs mit direktem Anschluss für Beckhoff Bus- oder EtherCAT-Klemmen. Im Gegensatz zu den anderen CX-Gerätefamilien hat die Serie CX5000 eine feste, nicht erweiterbare Anzahl an Systemschnittstellen. Das Gehäusekonzept dieser Serie ist auf Robustheit und Kompaktheit optimiert; auf eine linksseitige modulare Erweiterbarkeit wurde verzichtet. Durch die Anbindung von EtherCAT bleiben jedoch vielfältige Erweiterungsmöglichkeiten offen. Weitere Master/Slave-Feldbusanschlüsse (PROFIBUS, CANopen, DeviceNet) oder Kommunikationsschnittstellen (RS232, RS422/ RS485) sowie alle über EtherCAT erreichbaren Signalformen können unmittelbar als EtherCAT-Klemmen angereiht werden. Als Systemschnittstellen stehen zwei unabhängige Gigabit-Ethernet-Ports sowie vier USB-2.0-Schnittstellen zur Verfügung. An die DVI-D-Schnittstelle kann ein Beckhoff Control Panel oder ein handelsüblicher DVI-Monitor angeschlossen werden. Je nach Bedarf kann als optionale Schnittstelle ein serieller Port (RS232/RS422/RS485) oder ein Feldbusanschluss mit Master- oder Slave-Funktion zugefügt werden. Als Boot- und Speichermedium kommt eine auswechselbare Compact-Flash-Karte zum Einsatz, die von außen hinter einer Klappe zugänglich ist. Die eingebaute kapazitive 1-Sekunden-USV sorgt für ein sicheres Abspeichern der persistenten Anwendungsdaten auf die Compact-Flash-Karte. Datum und Uhrzeit werden über eine wechselbare Batterie gepuffert. Bei den Betriebssystemen besteht die Wahl zwischen Windows CE sowie Windows Embedded Standard. Durch die Automatisierungssoftware TwinCAT wird ein CX5000-System zu einer leistungsfähigen SPS und Motion-Control-Steuerung, die mit oder ohne Visualisierung eingesetzt werden kann.

EtherCAT als schnelles I/O-System

Der CX5000 wurde, wie alle Embedded-PC CXs (mit Ausnahme CX100x), im Hinblick auf das optimierte Zusammenspiel mit EtherCAT entwickelt. Die eine der zwei unabhängigen Ethernet-Schnittstellen des CPU-Moduls (X001), ist für den EtherCAT-Betrieb gedacht. Der primäre EtherCAT-Anschluss erfolgt in der Regel über Klemmenanschaltung. Beide zusammen könne dann auch als Ring verschaltet werden um Leitungsredundanz zu erreichen.

Interessanterweise ergeben sich durch EtherCAT mehrere Möglichkeiten, die klassischen Feldbussysteme an den CX50x0 anzuschließen:
Als EtherCAT-Teilnehmer in Klemmenform. Beispielsweise gibt es den PROFIBUS-Master als EtherCAT-Klemme EL6731. Praktisch kann der PROFIBUS-Master genau da an der Maschine angebracht werden, wo er benötigt wird. Es muss also nicht mehr unbedingt die Steckkarte im IPC oder die Mastersteuerung im Schaltschrank sein.

SPS, Motion Control und Visualisierung

Als IPC auf der Hutschiene hat der CX50x0, im Zusammenspiel mit der Beckhoff-TwinCAT-Software, die Funktionalität großer Industrie-PCs. Im Bereich SPS können bis zu vier virtuelle IEC 61131-CPUs, mit jeweils bis zu vier Tasks, programmiert werden; die kürzest einstellbare Zykluszeit beträgt 50 μs. Alle IEC 61131-3-Sprachen sind nutzbar.

Ebenso stehen Funktionalitäten für den Bereich Motion Control zur Verfügung, wie z.B. einfache Punkt-zu-Punkt-Bewegungen.

Neben den in Echtzeit ausgeführten Steuerungsaufgaben sorgt die Verwaltung im TwinCAT-Echtzeitkern dafür, dass genügend Zeit für die Benutzeroberfläche (HMI) bleibt, die über Softwareschnittstellen, wie ADS oder OPC, mit den Echtzeitanteilen kommuniziert.

Auch bei CX50x0 gilt der Grundsatz: ein Programmierwerkzeug für alle Steuerungen.
Die gesamte Programmierung von SPS, Motion Control und Visualisierung ist auf alle PC-Steuerungen von Beckhoff übertragbar – beruhigend, falls sich während des Projekts herausstellt, dass es dann doch mehr Rechenleistung benötigt wird. In diesem Fall kann auf ein System mit mehr Leistung zurückgegriffen werden.

Feldbusschnittstellen

Die Feldbusschnittstellen sind derzeit als Master und Slave-Feldbusanschaltungen für folgende Feldbusse erhältlich:

Optionsschnittstellen:

Über die Optionsschnittstellen lassen sich 1-kanalige Feldbusschnittstellen anbinden. Es ist immer nur der Betrieb von einer Schnittstelle möglich. Sollten mehrere Feldbuss-Schnittstellen benötigt werden, so können diese als E-Bus-Klemmen (EL67xx) hinzugefügt werden. Die verfügbaren Feldbusschnittstellen sind im einzelnen:

Die Software

In Kombination mit der Automatisierungssoftware TwinCAT wird der Industrie-PC CX50x0 zu einer leistungsfähigen IEC 61131-3 SPS mit bis zu vier Anwender-Tasks. Zusätzlich können auch Motion Control Aufgaben ausführt werden. Je nach erforderlicher Abtastzeit ist die Ansteuerung von mehreren Servoachsen möglich, wobei selbst Sonderfunktionen wie Fliegende Säge, Elektronisches Getriebe und Kurvenscheibe realisierbar sind.

Die Programmierung des CX50x0 Systems erfolgt in der für Buskontroller üblichen Weise:

Remote Programmierung über Ethernet

Dies ist der Fall, wenn die Basiseinheit mit "Windows CE.NET" ausgestattet wird. Dann erfolgt die Programmierung über ein Laptop oder einen Desktop-PC, der über Ethernet (Netzwerk oder Crossover-Cable) mit dem CX verbunden ist. Die Programme werden mit einer Standard TwinCAT Softwarelizenz auf dem Laptop entwickelt und dann in das Zielgerät geladen.

Visualisierung

Bei beiden Betriebssystemvarianten "Windows CE.NET" bzw. "Windows XP Embedded" steht für die Anbindung an SCADA-Pakete der Beckhoff OPC Server zur Verfügung. Somit gilt auch für den CX50x0: Problemlos Visualisieren und gleichzeitiges Steuern in Echtzeit auf einem System.