Parkhausfläche am Flughafen Düsseldorf optimal nutzen und wertvolle Zeit sparen - BECKHOFF
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Nr. 3 | September 2014 www.pc-control.net
12 | cover
Parkhausfläche am Flughafen Düsseldorf
optimal nutzen und wertvolle Zeit sparen
6 | products 16 | worldwide
TwinCAT 3 SOA-SPS: Offene und flexible Steuerungstechnik
Wegbereiter für Industrie 4.0 erleichtert Gebäudeplanung
und Internet of Things und -realisierung
2 contents PC-Control 03 | 2014
11
Beckhoff erhält den Red Dot Award und
den iF Design Award
23
Beckhoff Schweiz:
15 Jahre Erfolg mit Technologie,
Know-how und Präsenz vor Ort
26
Durrer, Schweiz: Hoch komplexe
Bewegungen mit 21 Achsen sicher
und auf engstem Raum realisiert
40
Z-Projects, Belgien: Embedded-PC
steuert Ultraschall-Reinigung und
Desinfektion
PC-Control 03 | 2014 contents 3
4 | news 23 | Beckhoff Schweiz: 15 Jahre Erfolg mit
Wirtschaftsminister Garrelt Duin Technologie, Know-how und Präsenz vor Ort
besucht Beckhoff
26 | Durrer, Schweiz: Hoch komplexe
5 | WindEnergy Hamburg 2014, Bewegungen mit 21 Achsen sicher
Motek 2014, EuroBlech 2014 und auf engstem Raum realisiert
30 | Pamatech System, Schweiz: Delta-Roboter
6 | products befüllt Blätterteighörnchen
TwinCAT 3 SOA-SPS: Wegbereiter für
Industrie 4.0 und Internet of Things 32 | KONČAR, Kroatien: Zustandsüberwachung
von Induktionsmotoren über integriertes
11 | Beckhoff erhält den Red Dot Award und Condition Monitoring
den iF Design Award
34 | i-Web, USA: Modulare Web-Finishing-
Systeme geben Mailingaktionen
12 | cover den letzten Schliff
Serva, Deutschland: PC-basierte Steuerungs-
technik im fahrerlosen Transportfahrzeug 36 | Fabri-Kal, USA: Nachhaltig produzieren
eines automatischen Parksystems mit integrierter, hochgenauer Messtechnik
40 | Z-Projects, Belgien: Embedded-PC steuert
16 | worldwide Ultraschall-Reinigung und Desinfektion
Fraunhofer IAO, Deutschland: Offene
und flexible Steuerungstechnik erleichtert
Gebäudeplanung und -realisierung 44 | ETG
Neuigkeiten und Aktivitäten der
20 | as systems, Deutschland: EtherCAT Technology Group
Faszinierendes Spiel mit Wasser
46 | events
Messetermine 2014/2015
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dial umgesetzt; Bildergalerien, Podcasts und Videos bieten
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impressum
PC-Control – Redaktionsleitung: Bildnachweis:
The New Automation Technology Magazine Frank Metzner Durrer, Schweiz Design: www.a3plus.de
Fabri-Kal, USA
Herausgeber: Druck: Richter Druck- und
Projektleitung: Flims Electric, Schweiz
Beckhoff Automation GmbH Mediencenter, Germany
Martina Fallmann Fraunhofer IAO, Deutschland
Eiserstraße 5
i-Web, USA Auflage: 27.500
33415 Verl/Germany Redaktion:
KONČAR – Electrical Engineering
Telefon: +49 (0) 52 46 9 63-0 Gabriele Kerkhoff
Institute, Kroatien
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Serva, Deutschland
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Z-Projects, Belgien
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www.pc-control.net
4 news PC-Control 03 | 2014
Hans Beckhoff empfing den NRW-Wirtschaftsminister Garrelt Duin und stellte ihm sein Unternehmen vor.
Wirtschaftsminister Garrelt Duin
besucht Beckhoff
Ostwestfalen ist eine stark von der mittelständischen Industrie geprägte Region, wie sich NRW-Wirtschaftsminister Garrelt Duin auf seiner viertägigen
Sommerreise überzeugen konnte. Unterstützt von den Industrie- und Handelskammern Lippe zu Detmold und Bielefeld, besuchte der Minister insge-
samt elf ausgewählte Unternehmen, um vor Ort mit Geschäftsführern, Betriebsräten und Mitarbeitern ins Gespräch zu kommen. Bei seinem Besuch bei
Beckhoff Automation in Verl, am 9. Juli, zeigte sich Wirtschaftsminister Garrelt Duin beeindruckt von der Innovationskraft des Technologieunternehmens,
und dem daraus resultierenden Wachstum.
Mit der Webinar-Reihe bietet Beckhoff Kunden und
Interessenten die Möglichkeit, an online-basierten Vorträgen zu
Produkten und Technologien in kompakter Form teilzunehmen.
Die Online-Seminare werden von Beckhoff-Technologieexperten
durchgeführt und dauern zirka 30 Minuten.
www.beckhoff.de/webinare
PC-Control 03 | 2014 news 5
WindEnergy Hamburg 2014
Auf der WindEnergy Hamburg, die vom 23. bis zum 26. September 2014 stattfindet, präsentiert
Beckhoff seine Lösungen für die Zukunft der Windenergieerzeugung – Onshore und Offshore.
Der hohe Integrationsgrad sowie die Nutzung von IT- und Automatisierungsstandards machen
die PC-basierte Steuerungstechnik zu einer leistungsstarken und effizienten Lösung, die alle
Funktionen auf einer einheitlichen Hard- und Softwareplattform vereint: Betriebsführung, Pitch-
regelung, Umrichter-, Getriebe- und Bremsenansteuerung, Visualisierung und Parkvernetzung.
Die Steuerungstechnologie ermöglicht es, weitere Funktionen, wie Sicherheitstechnik oder
Condition Monitoring, direkt in die Standardsteuerung zu integrieren.
weitere Infos unter:
www.beckhoff.de/windenergy-hamburg
Motek 2014
Die führende Messe für Montage- und Handhabungstechnik Motek öffnet auch
2014 wieder ihre Tore für das internationale Fachpublikum. Vom 6. bis 9. Oktober
bietet die Branchenplattform Einblicke in die Welt der Automatisierung. Beckhoff
präsentiert auf der Motek seine skalierbaren Steuerungsplattformen mit Multicore-
Technologie: vom neuen Embedded-PC CX51xx für den mittleren Leistungsbereich
bis zum Highend-Industrie-PC mit Core™-i7-Prozessor und 4-Kerntechnologie für
komplexe Scientific-Automation-Anwendungen. Die Unterstützung von Multicore-
CPUs durch die Automatisierungssoftware TwinCAT 3 führt zu einer erheblichen
Leistungssteigerung bei gleichzeitiger Reduktion der Hardwarekosten: So können
beispielsweise messtechnische Aufgaben oder Robotik auf einem gesonderten Kern,
ohne Leistungseinbußen bei der SPS, gerechnet werden.
weitere Infos unter:
www.beckhoff.de/motek
EuroBlech 2014
Mit der EuroBlech findet, vom 21. bis zum 25. Oktober 2014, die weltweite Leitmesse für
die Blechbearbeitung auf dem Messegelände in Hannover statt. Aus dem Beckhoff-Automa-
tisierungsbaukasten lässt sich für jede Aufgabenstellung in der Umformtechnik und Blech-
bearbeitung eine komplette Steuerungs- und Antriebstechniklösung konfigurieren. TwinCAT,
die Automatisierungssoftware mit Multicore-Support, bildet die durchgängige Plattform für
Engineering und Runtime: von der dezentralen Kleinsteuerung bis zur leistungsstarken, zent-
ralen CNC-Lösung. Die Integration des TwinCAT-Engineerings in das Microsoft Visual Studio®
stellt dem Entwickler die optimale Infrastruktur zur Verfügung, um wieder verwendbare
Softwaremodule zu generieren. Große Flexibilität bietet auch die Möglichkeit zur Nutzung
verschiedener Programmiersprachen wie IEC 61131, C/C++ oder MATLAB®/Simulink®.
weitere Infos unter:
www.beckhoff.de/euroblech
6 products PC-Control 03 | 2014
Enterprise
WLAN
To services ERP Level
Enterprise Resources
Service repository IP 183.77.19.0
Ethernet Communication Layer
Plant
Control Room
MES Level
Via functions
IP 183.77.xx.x Manufacturing
Execution System
OPC UA (PLCopen) Communication Layer
Shop Floor
Via data Control Level
Machine controllers
Profinet, EtherCAT, … Communication Layer
Component
UMTS UMTS
Output
Mainte- Manufac- Device Level
From signals Processes Logistics Power
Input
nance turing Sensor-Actor-Machine
TwinCAT 3 SOA-SPS:
Wegbereiter für Industrie 4.0
und Internet of Things
Industrie-4.0- und Internet-of-Things (IoT)-Konzepte setzen eine hohe Vernetzung und die Kommunikation von Geräten und Diens-
ten voraus: Vom Sensor bis in die IT-Ebene müssen unzählige Daten ausgetauscht werden. Für diese Aufgabe ist die PC-basierte
Steuerung mit den entsprechenden Protokollen und Standards prädestiniert. Einen fundamentalen Beitrag zur Umsetzbarkeit von
IoT und Industrie 4.0 liefert darüber hinaus die SOA (Service Oriented Architecture)-SPS. Der Zugriff per Webservice in eine SPS ist
nicht neu – was ist also eigentlich SOA? Und was ist wirklich neu an der „S0A-SPS“? Und welchen konkreten Mehrwert bietet sie?
Industrie-4.0-Konzepte für eine schnelle, individualisierte Produktion setzen und sie erfolgen immer nur auf Anfrage „von oben“, das heißt von der Client-
eine entsprechende Vernetzung und Kommunikation von Geräten und Diensten Ebene. Dabei fungiert die untere Schicht immer als Server und reagiert: So lässt
voraus. Diese müssen direkt miteinander kommunizieren können: Sensoren, sich beispielsweise eine Visualisierung von der SPS die Statusdaten übermitteln
Messgeräte, RFID-Chips, SPS-Steuerungen, HMI, MES und ERP-Systeme liefern oder sie gibt neue Produktionsrezepte in die SPS. Zunächst werden aus den
in der Industrie wichtige Produktionsdaten. In klassischen Steuerungsarchitek- elektrischen Sensorsignalen digitale Informationen erstellt – diese bekommen
turen sind die Datenanfragen entweder zyklisch oder ereignisgesteuert initiiert, in der SPS einen Zeitstempel und werden über weitere Dienste dann in die MES-
IT-Ebene weitergeleitet. (Abbildung 1)
PC-Control 03 | 2014 products 7
Control
Device
UMTS UMTS
Pro- Mainte- Manufac-
Logistics Power
cesses nance turing
MES/ERP
Cloud
Abbildung 1: Die Hierarchie der klassi-
schen Automatisierungspyramide wird
WLAN
sich in Zukunft durch die Integration
von OPC UA in allen Ebenen in ein
Netzwerk von Automatisierungsdiens-
ten wandeln, d. h. Geräte und Dienste
„reden“ direkt miteinander durch
Aufruf von SOA-Diensten.
Mit Industrie 4.0 wird sich diese strikte Trennung der Ebenen und der Top- IT
MES/
Down-Ansatz des Informationsflusses aufweichen und vermischen. In einer
ERP
intelligenten Vernetzung kann jedes Gerät oder jeder Dienst eigenständig eine B2B Cloud
Kommunikation zu anderen Diensten initiieren.
B2B
B2B
B2B – B2M – M2M
B2M
B2M
Generell können alle Kommunikationsszenarien und Use-Cases, welche auch in
Industrie-4.0- und IoT-Gruppen definiert wurden, aus abstrahierter Sicht in zwei
Kontexte der Kommunikationsarchitektur unterschieden werden: in Dienste in
B2M
B2M
Automation
„harter“ Echtzeit (gemeint ist der Automatisierungskontext, z. B. die determinis- Shop Floor
tische SPS zur Regelung) und in Dienste im „weichen“ Echtzeitkontext (gemeint PLC
ist z. B. der IT-Kontext). (Abbildung 2)
M2M M2M
Hieraus ergeben sich genau drei potentielle Kommunikationsübergänge
welche auch im Industrie-4.0-AG2-Leitungsgremium definiert wurden:
1. „B2B“-Kommunikation:
Zwei Business-Prozesse kommunizieren miteinander. Beispiel: Eine ERP- Abbildung 2: Aus den beiden Kontexten „IT“
Anwendung tauscht mit einer MES-Anwendung Informationen aus. Der und „Automation“ ergeben sich – unabhängig
Austausch z. B. zwischen HMI und MES, MES und MES, Sensor und Cloud, von „harter“ oder „weicher“ Echtzeit –
usw. kann vom niedrigen Millisekunden- bis zum hohen Minutenbereich insgesamt drei potentielle Kommunikations-
dauern. übergänge: „B2B“, „B2M“ und „M2M“.
2. „B2M“-Kommunikation:
Ein Prozess mit „weicher Echtzeit“ kommuniziert mit einem anderen Pro-
zess der Kategorie „harte Echtzeit“. Beispiel: Eine Business-Anwendung
tauscht mit einer Maschine Informationen aus. Der Austausch, z. B. von
8 products PC-Control 03 | 2014
Livedaten zwischen HMI und SPS oder MES und SPS-Steuerung kann
vom niedrigen Millisekunden- bis zum Minutenbereich dauern. Virtuelle Maschine
MES/ERP
3. „M2M“-Kommunikation: Amazon Web ServicesTM
OPC UA Server
Zwei Prozesse der Kategorie Automation kommunizieren miteinander in Windows® AzureTM
„harter“ oder „weicher“ Echtzeit. Beispiel: Eine Roboter-Plattformsteue-
rung tauscht horizontal mit einer Roboter-Handsteuerung Regelungsinfor-
mationen aus. Der Austausch muss im Mikrosekunden- bis zum niedrigen
Millisekundenbereich in einem harten, deterministischen Echtzeittakt ab-
gewickelt werden. Beispiel 2: Zwei Steuerungen tauschen horizontal Daten
aus, schnell („weiche“ Echtzeit), zyklisch und feldbusunabhängig.
Determinismus ist lediglich eine Art „Quality of Service“ (QoS), den eine Kom- Abbildung 3: Die PLCopen/OPC-UA-Client-Bausteine ermöglichen eine feldbusunab-
munikationsart haben kann oder nicht; notwendig ist dazu die Angabe der zu hängige, schnelle Kommunikation. Die TwinCAT SPS mit integriertem OPC-UA-Client
garantierenden Zeitdauer, z. B. 100 µs. Der Begriff „M2M“ ist sicherlich bereits initiiert die Datenkommunikation.
am Markt belegt von Mobilfunkanbietern: M2M steht dort klar für die Anbindung
von Geräten per Mobilfunk an IT-Prozesse – weit verbreitet ist dort die Auffas-
sung, dass M2M ist immer dann gegeben ist, wenn eine SIM-Karte im Einsatz ist. Prepare Cleanup
UA_Connect
Wie auch immer die drei Kategorien final mit Namen belegt werden: Die Kom-
munikation bei IoT und Industrie 4.0 wird nicht mehr auf reinen Daten und UA_NamespaceGetIndex
der Interoperabilität der Datenkommunikation basieren, sondern auf dem Aus-
tausch von Informationsmodellen und somit der semantischen Interoperabilität.
UA_MethodGetHandle UA_MethodCall UA_MethodReleaseHandle
Höchste Bedeutung wird auch die Übertragungssicherheit und die Sicherheit der
Zugriffsrechte auf einzelne Daten oder Dienste haben. Alle diese Aufgabenstel- For multiple method calls
lungen sind Kernpunkte der OPC Unified Architecture (OPC UA). Sie enthält eine UA_Disconnect
Beschreibungssprache und die Kommunikationsdienste für Informationsmodel- Abbildung 4: Blockdiagramm für den Methoden-Aufruf
le. Als IEC-Norm 62541 ist OPC UA darauf angelegt, die Informationsmodelle
von anderen Organisationen, wie BACnet, PLCopen, IEC 61850, AIM AutoID,
MES-DACH etc., abzubilden. Die in OPC UA integrierte „Security by Design“ ist,
laut BSI, deutlich besser als bei anderen Protokollen und wird daher aufgrund ring-Aufwand ungemein: Anstatt für eine Instanz eines Funktionsbausteines mit
der hohen Relevanz für Industrie 4.0 aktuell in einem Projekt evaluiert. z. B. zwanzig Datenpunkten jeden einzelnen in einer Visualisierungsmaske oder
einem MES-System zu verknüpfen, reicht es nun, ein einziges Instanz-Objekt zu
Durch die standardisierte Zusammenführung von Daten sowie deren Struktur verbinden – und das sogar identisch bei verschiedenen Herstellern.
und Bedeutung (Metadaten) eignet sich OPC UA insbesondere für verteilte,
intelligente Anwendungen zwischen Maschinen, ohne Erfordernis einer über- Nach weiterer konstruktiver Gruppenarbeit wurde als nächster Schritt im
geordneten Intelligenz oder eines zentralen Wissens. Die Funktionalität von April 2014 die Spezifikation der PLCopen „OPC-UA-Client-Funktionsbausteine
OPC-UA-Komponenten ist skalierbar und bereits heute in der Sensorebene (z. B. für IEC 61131-3“ freigegeben. Damit kann die Steuerung – zusätzlich oder
Areva Stromsensor-Speicherauslastung, beginnend bei 240 kByte Flash und alternativ zur bisherigen Rollenverteilung – auch den aktiven, führenden Part
35 kByte RAM) bis zum SAP-System vorhanden. der Kommunikation übernehmen. (Abbildung 3)
PLCopen: OPC-UA-Client-Funktionalität in der SPS Die SPS kann somit komplexe Datenstrukturen horizontal mit anderen Control-
Für die Anforderung „Kommunikation initiieren“ muss eine Client-Komponente lern austauschen, aber auch vertikal Methoden in einem OPC-UA-Server eines
in den SPS-Controllern vorhanden sein – idealerweise als standardisierte MES/ERP-Systems aufrufen, um sich z. B. neue Produktionsaufträge abzuholen
Schnittstelle. Auf den im Oktober 2006 von Beckhoff eingebrachten Vorschlag, oder Daten in die Cloud zu schreiben. Dies ermöglicht der Produktionslinie,
PLCopen-Kommunikationsbausteine basierend auf OPC UA, zu definieren, selbständig aktiv zu werden. (Abbildung 4)
hat sich drei Jahre später eine gemeinsame Arbeitsgruppe PLCopen und
OPC UA, unter Vorsitz von Beckhoff, begründet. Im Jahr 2010 wurde zunächst Erste Kunden haben frühzeitig das Potenzial dieser Bausteine erkannt und von
das Mapping des IEC 61131-3-Informationsmodells in OPC UA (Server) als der Umsetzung von Beckhoff profitiert: Silvo Merz, vom Zweckverband Wasser
gemeinsame Spezifikation verabschiedet: Das bedeutet konkret, dass ein und Abwasser Vogtland, hat für den Bereich der Wasserwirtschaft 300 dezent-
einziges IEC 61131-3-konformes SPS-Programm unverändert, mit den jeweils rale Anlagen mit kleinsten Embedded-CX9020-Steuerungen intelligent vernetzt:
unterschiedlichen, proprietären Engineering-Tools verschiedener Hersteller Reale Objekte, wie eine Pumpe, wurden in der IEC 61131-3-SPS-Steuerung
auf deren SPS geladen werden kann. Die Steuerungen stellen ihre Daten und als komplexes Objekt mit Interaktionsmöglichkeiten modelliert. Durch den in
Informationen, semantisch identisch, per OPC UA, nach außen, z. B. für Visuali- die Steuerung integrierten OPC-UA-Server stehen diese Objekte automatisch
sierungs- und MES/ERP-Aufgaben, zur Verfügung. Dies erleichtert den Enginee- für semantische Interoperabilität als komplexe Datenstruktur der Außenwelt
PC-Control 03 | 2014 products 9
– Validate RFID: right step in work flow,
status: not blocked, no scrap
– Validate machine: status: not in maintenance
or blocked
MES
Validate RFID Send
and machine „StartResponse“
– User – Operation
– Resource-ID – RFID Execute
Abbildung 5: Effiziente Kommunikation OK process
ohne Handshake: Die TwinCAT-SPS über-
PLC
gibt die RFID-Information per OPC-UA-
Capture
RFID
Forward
RFID to MES
Evaluate
response X
Methodenaufruf an das MES-System und
OPC UA Service not OK Initiate trouble-
bekommt als Rückgabeparameter die “Start” shooting
Anweisung zum weiteren Vorgehen.
IEC 61131-3 OPC UA Server Controller OPC UA Client
Define service expose service invoke service
Transport
Abbildung 6: Methoden in der
IEC 61131-3-SPS können einfach nach
außen freigegeben werden.
zur Verfügung. Das Ergebnis ist eine dezentrale Intelligenz, die eigenständig die Möglichkeit für „B2M“-Szenarien: Die SPS kann z. B. einen Dienst in einer
Entscheidungen trifft und Informationen an ihre „Nachbarn“ übermittelt bzw. Vision/Kamera-Applikation oder einem RFID-Reader aufrufen, direkt mit der SPS
Stati und Prozesswerte für den eigenen Prozess abfragt, um einen ungestörten kommunizieren oder die Daten einer Big-Data-Applikation in die Cloud melden.
Prozessablauf zu gewährleisten. Mit den standardisierten Funktionsbaustei- Die SPS kann diese Methoden aufrufen; wie aber kann sie selber Dienste anbie-
nen der PLCopen initiieren die Geräte als OPC-UA-Client eigenständig die ten – vor allem einfach handhabbar?
Kommunikation aus der SPS heraus zu anderen Prozessteilnehmern, während
sie gleichzeitig als OPC-UA-Server auf deren Anfragen oder auf Anfragen TwinCAT 3 bietet die Möglichkeit, IEC 61131-3-, C++- und MATLAB®/Simulink®-
übergeordneter Systeme (SCADA, MES, ERP) reagieren können. „Eine vormals Module zu implementieren, diese auf verschiedene CPU-Cores zu laden, in
proprietäre Lösung wurde mit dem CX9020 und dem integrierten OPC-UA-Client unterschiedlicher Echtzeit ablaufen und trotzdem sicher miteinander inter-
und -Server ersetzt und erbrachte uns beispielsweise eine Einsparung der Lizenz- agieren zu lassen. Die Grundlage hierzu ist die TwinCAT-Modulsprache, welche
Initialkosten von mehr als 90 % je Gerät“, kommentiert Silvio Merz begeistert die Eigenschaften der Module, u. a. bezüglich der Prozessparameter oder der
die technologischen und wirtschaftlichen Vorteile der Lösung. Methoden, beschreibt.
Ein reales Szenario zum Aufruf einer OPC-UA-Methode wurde bereits im Jahr Die Realisierung ist für SPS-Programmierer sehr einfach: Eine Methode in der
2013 auf der Hannover Messe gezeigt: Die Beckhoff-SPS hat – als OPC-UA- SPS (mit beliebigen Ein-/Ausgangsparametern) steht durch das Hinzufügen einer
Client agierend – eine Methode im MES-System der Firma iTAC aufgerufen: Als simplen Pragma-Anweisungszeile einfach als Serviceaufruf im OPC-UA-Server
Inputparameter wurden ein RFID-Code und Prozessdaten übergeben, welche zur Verfügung, welcher in die SPS-Steuerung integriert ist. Jeder OPC-UA-Client
vom MES-System verbucht, geprüft und mit der Rückantwort der Qualität „OK“ kann, mit der im OPC UA integrierten IT-Security und Berechtigung, den Twin-
oder „Failure“ versehen wurden. Vor allem die Performance und die Datenkon- CAT OPC UA Server durchbrowsen und den entsprechenden Dienst aufrufen,
sistenz konnten durch den Methodenaufruf garantiert werden. (Abbildung 5) und zwar unabhängig vom Betriebssystem, der Programmiersprache und unter
Wahrung der Datenkonsistenz. (Abbildung 6)
Die SOA (Service Oriented Architecture)-SPS
Die SPS-Hersteller haben mit dem Mapping der IEC 61131-3 in den OPC-UA- Vorteile: Effektive, datenkonsistente Dienste aus der SOA-SPS
Server und mit den PLCopen-Bausteinen bereits ein wichtiges Fundament ge- Der Datenaustausch zwischen MES-Ebene und SPS erfolgt heute in der Regel
legt. Aus der SPS heraus OPC-UA-Dienste in anderen Geräten aufzurufen, bietet über ein zeitaufwendiges Handshake-Verfahren: Dabei signalisiert das MES-
10 products PC-Control 03 | 2014
Common practice: New: service calls
MES/ERP MES/ERP
1 MES: “I like to send recipe data”
1 MES: “Here is new recipe”
2 PLC: “OK” 1 PLC: “OK
3 MES: “ Here are recipe data 1”
“Here are recipe data 2…” Increase
efficiency
4 MES: “ Finished, please start
4 3 1 1
production”
5 PLC: “OK” ONE data communication
5 2 1 to handle
– secure transport of inputs
Time consuming handshake Shop floor/ Shop floor/ – code execution and wait
mechanism Machine level Machine level on result
– transport of outputs to
caller
Abbildung 7: Methoden-Aufrufe aus dem MES/ERP
in die SPS erhöhen die Performance der bisherigen
zeitaufwendigen Daten-Handshake-Mechanismen.
System z. B. die Übergabe eines Rezepts an die Steuerung, und die SPS quittiert einer Vorgabe der Organisation der Messgerätehersteller. Das in einer Embedded-
die Bereitschaft. Nach der Übergabe der Rezeptdaten erfolgt die Quittierung Steuerung eingesetzte Betriebssystem wird in Zukunft von außen nicht mehr
über den Abschluss. Die SOA-SPS ermöglicht es nun, mit einer einzigen Kom- sichtbar sein: Aus Security-Gründen sind alle Ports geschlossen – das Gerät bietet
munikation Daten an die Steuerung zu übermitteln: Hier werden nicht vielfach seine SOA-Dienste ausschließlich über OPC UA mit Security bis in die Dienste- und
Datenwerte ausgetauscht, sondern ein einziger Dienst mit Eingangsparametern Datenebene an. Neben Daten und Methodenaufrufen bietet der „Filetransfer via
(dem Rezept) und Ausgangsparametern (der Quittierung der SPS) abgewi- OPC UA“ eine interessante Variante nicht nur für dezentrale Offline-Messdaten-
ckelt. Das heißt, via OPC UA wird der Remote Procedure Call (RPC) bis in den aufzeichnungen, sondern auch für andere Aufgaben, wie Device-Management.
programmierten SPS-Funktionsbaustein zur Verfügung gestellt. Dies wird die
Kommunikations-Roundtrip-Zeiten zwischen SPS- und MES-Systemen deutlich Als einzige IEC-genormte SOA-Architektur auf der Normungs-Roadmap der DKE
verkürzen und kann zu einem höheren Produktionsdurchsatz führen. Definitiv (Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik) für Indus-
wird es aber die Engineering-Kosten für die Datenkopplung vom Shop-Floor zum trie 4.0 hat OPC UA das Potenzial, sich als De-facto-Standard für den Daten- und
Top-Floor drastisch reduzieren. (Abbildung 7) Informationsaustausch für Anwendungen gemäß Industrie 4.0 und IoT zu etab-
lieren. Eine sichere, horizontale und vertikale Kommunikation vom Sensor bis in
Status – Ausblick die IT-Systeme ist damit bereits heute umsetzbar. Beckhoff hat das Potenzial von
Eine „SOA-SPS“ bedeutet mehr als nur einen per VPN gesicherten Webservice OPC UA früh erkannt und bietet die SOA-SPS mit integriertem OPC-UA-Client
bis in die SPS anzubieten: Sie umfasst objekt-orientierte Datenkommunikation und -Server bis in kleinste CX-Embedded-Systeme. Die auf vielfältigen Gerä-
für Live- und historische Daten, Alarme, aber auch Dienste (Methoden) – inklu- teklassen lauffähige, PC-basierende TwinCAT-Steuerungsarchitektur stellt, in
sive der zugehörigen Metadaten – verknüpft mit der notwendigen Security bis Kombination mit der großen Signalvielfalt der IO-Klemmen und der Performance
in die Dienste- und Datenebene, dazu die Modellierungsmöglichkeiten von In- von EtherCAT mit Safety, die ideale, leistungsmäßig skalierbare Plattform für alle
formationsmodellen – und all das einer internationalen IEC-Norm entsprechend. zukünftigen Anforderungen zur Verfügung.
Die Integration von OPC-UA-Server und -Client in die Steuerung ermöglicht be- Autor: Stefan Hoppe, Beckhoff-Produktmanager TwinCAT,
reits heute die Realisierung intelligenter Netzwerke, basierend auf einem hohen Chairman PLCopen und OPC Working Group, President OPC Europe
Security-Standard mit Zugriffsrechten bis auf Dienste-Ebene. In Zukunft wird der
Austausch von Informationsmodellen zunehmend wichtiger werden: Eine SPS
würde sich dann nicht als IEC 61131-3-Controller per OPC UA mit Prozessdaten weitere Infos unter:
aus der SPS für die Außenwelt melden, sondern z. B. als Strommessgerät, gemäß www.beckhoff.de/TwinCAT3PC-Control 03 | 2014 products 11
Beckhoff erhält den Red Dot Award und den iF Design Award
Embedded-PC CX2000 und Multitouch-Panel-PC
CP32xx: Ausgezeichnet in Form und Funktion
Der Grundsatz „form follows function“ gilt auch in der Industrie: Maschinen „Eine Auszeichnung mit dem iF-Label, das seit 60 Jahren für herausragendes
und Geräte sollen nicht nur ihre Funktion erfüllen, sondern diese soll auch Design verliehen wird, ist ein Gütesiegel, das man auf der ganzen Welt kennt“,
ästhetisch optimal zur Geltung kommen – durch die Auswahl der Materialien freut sich Andreas Thome, Produktmanager PC-Control bei Beckhoff, der
sowie die Form- und Farbgebung. Die Beckhoff Industrie-PCs wurden im Früh- den hutschienenmontierbaren Embedded-PC mit Mehrkern-Prozessortechnik
jahr 2014 gleich zwei Mal für ihr hervorragendes Design ausgezeichnet: Den entwickelt hat.
„iF Design Award”, in der Kategorie Produktdesign, erhielt der Embedded-PC
CX2000. Der „Red Dot Design Award” in der Kategorie „Industrie” ging an den
Panel-PC CP32xx mit Multitouch-Bedientechnologie. weitere Infos unter:
www.beckhoff.de/CX2000
www.beckhoff.de/CP32xx12 cover PC-Control 03 | 2014 PC-basierte Steuerungstechnik im fahrerlosen Transportfahrzeug eines automatischen Parksystems Parkhausfläche am Flughafen Düsseldorf optimal nutzen und wertvolle Zeit sparen Auf der gleichen Parkhausfläche deutlich mehr Autos unterzubringen als bisher und viel Zeit für die oft nervenaufreibende Park- platzsuche zu sparen – das sind die Vorteile des automatischen Parksystems von Serva für den Flughafen Düsseldorf bzw. für die Nutzer des Parkservice PremiumPlus. Für die zuverlässige und fehlerfreie Platzierung der Fahrzeuge sorgen dabei autonome, mit PC-Control von Beckhoff gesteuerte Parkroboter namens „Ray“.
PC-Control 03 | 2014 cover 13
Der Parkroboter „Ray“ erfasst per Lasermesstechnik die Abmessungen und den
Achsabstand des Fahrzeugs, passt seine Breite entsprechend an und nimmt dann
– ähnlich wie ein Gabelstapler – den Wagen durch Anheben der Autoreifen auf.
Wer kennt diese Situation gerade bei Geschäftsreisen nicht? Termindruck, zu we-
nig Zeit bis zum Check-in bzw. Abflug und dann noch die langwierige Suche
nach einem freien und ausreichend großen Platz im Parkhaus. Dieser Stressfak
Auf einen Blick:
tor bleibt seit Ende Juni 2014 den Kunden des PremiumPlus-Parkservice am
Flug
hafen Düsseldorf erspart. Denn sie können ihr Fahrzeug im Parkhaus 3, Lösungen für Transport und Logistik
direkt am Terminal, einfach in der Übergabestation des von der Serva Transport Systems Roboter-basiertes Parksystem
GmbH, Grabenstätt, entwickelten automatischen Parksystems abstellen. Dort wird das
Auto in wenigen Sekunden per Laserscan vermessen und anschließend vom autono- Kundenbenefit
men Parkroboter „Ray“ vollautomatisch zu einem freien Parkplatz transportiert. Der Teurer Parkraum wird um ca. 40 % besser ausgenutzt und Flug-
Fluggast muss lediglich am Informationsterminal der Übergabestation einchecken und gäste benötigen nur noch rund 30 s für das Parken ihres Fahrzeugs.
ein Ticket mit QR-Code ausdrucken oder per Smartphone-App einscannen. Bereits rund
eine halbe Minute später kann er sich entspannt auf den Weg zum Gate machen. PC-Control in der Anwendung
C6920, CX5010 und EtherCAT-Klemmen: kompakte
Vorgesehen sind hierfür am Flughafen Düsseldorf zunächst 260 Parkplätze, auf Steuerungstechnik mit hoher Rechenleistung
denen über sechs Übergabestationen und drei Parkroboter unterschiedlichste Pkw EtherCAT: leistungsfähiges und durchgängiges
– vom Kleinwagen bis hin zum großen SUV – abgestellt und wieder ausgelagert Kommunikationssystem
werden können. Der Fluggast profitiert aber nicht nur vom Wegfall der aufwendigen TwinCAT 3: vereinfachtes Engineering durch Integration
Parkplatzsuche, denn ebenso schnell und einfach kann er sein Fahrzeug auch wie- in Microsoft Visual Studio®14 cover PC-Control 03 | 2014
Mit dem PremiumPlus-Service im Parkhaus 3 entfällt am Flughafen Düsseldorf die Auch wenn der Parkroboter sogar große Oberklasse-Pkw transportieren kann, ist er
lästige und zeitraubende Parkplatzsuche, da das Fahrzeug einfach in der Übergabe- sehr kompakt aufgebaut und erfordert daher eine leistungsfähige und für beengte
station des automatischen Parksystems abgestellt werden kann. Platzverhältnisse geeignete Steuerungstechnik.
der abholen. Wurde das gewünschte Ausfahrtzeitfenster im Vorfeld angegeben, Große Datenmengen sicher und schnell verarbeiten
steht das Auto innerhalb von 3 bis 5 Minuten bereit. Wurde bei der Reservierung Die hohe Betriebssicherheit liegt zudem an der leistungsfähigen Navigations-
eine Flugnummer vermerkt, erfolgt die Bereitstellung nach der Landung sogar und Steuerungstechnik, die immense Datenmengen schnell und fehlerfrei
vollautomatisch und entsprechend der aktuellen Flugdaten. verarbeiten kann. Dies beginnt in der Übergabestation mit der aufwendigen
Vermessung des jeweiligen Fahrzeugs per 3D-Laserscan, um ein detailliertes
Teure Stellfläche flexibel und optimal nutzen Modell zu erstellen. Dazu erläutert Leopold Meirer: „Aus diesen umfangreichen
Von diesem automatischen Parksystem profitiert aber nicht nur der Fluggast, Daten ermittelt ein zentraler Server die genauen Konturen und Reifenmaße und
sondern auch der Parkhausbetreiber. Denn durch ‚Ray’ lassen sich auf der teu- überträgt diese zusammen mit dem konkreten Parkauftrag per WLAN an den
ren Fläche, je nach Gegebenheiten, rund 40 bis 60 % mehr Autos unterbringen. jeweiligen Roboter. Wichtig ist insbesondere, dass dabei genau die relevanten
Grund ist der äußerst bewegliche Parkroboter, der viel engere Kurven als ein Pkw Informationen, wie Länge, Breite, Höhe und Achsabstand, herausgefiltert wer-
durchfahren, die Fahrzeuge sehr eng nebeneinander platzieren sowie auf freie den, um mit dem größenveränderlichen „Ray“ jedes Fahrzeug zuverlässig und
Parkgassen verzichten kann. Und Serva-Geschäftsführer Leopold Meirer nennt ohne Beschädigung aufnehmen und flächenoptimiert auf einem freien Stellplatz
noch weitere Vorteile des Systems: „Die örtlichen Gegebenheiten sind in der Na- abstellen zu können.“
vigationssoftware hinterlegt, sodass sich die Fahrzeuge ‚intelligent‘, d. h. nach
Größe optimal sortiert parken lassen. Außerdem werden die schnell erreichbaren Zusätzliche Rechenleistung ist erforderlich, da die Fahrzeuge beim Ein- und Aus-
Parkplätze nach Bereitstellungspriorität vergeben, um die Auslagerungszeit zu lagern aus Sicherheitsgründen vom Parkroboter jeweils ein weiteres Mal ver-
minimieren. Aufwendigere Umparkvorgänge erledigt das System autonom, bei- messen werden. Außerdem müssen von der Steuerungstechnik beispielsweise
spielsweise in den wenig frequentierten Nachtzeiten.“ die Bewegungen des bis zu 3 m/s schnellen „Ray“ präzise gewährleistet sowie
die räumlichen Gegebenheiten über Laser-Reflektoren an den Parkhauswänden
Ein zusätzlicher Vorteil liegt im vergleichsweise geringen Installationsaufwand. zuverlässig erkannt werden.
Das Parksystem besteht lediglich aus den Übergabestationen und den Parkro-
botern und kann somit ohne großen Aufwand auch in bestehende Parkinfra- PC-Control ist durchgängig, kompakt und rechenstark
strukturen integriert werden. Hinzu kommt die hohe Zuverlässigkeit im Betrieb, Der kompakte Aufbau und die hohe Rechenleistung waren für Leopold Meirer
wie Leopold Meirer erläutert: „Im Gegensatz zu den typischen automatischen die wichtigsten Argumente für den Einsatz der PC-basierten Steuerungstechnik
Parkanlagen handelt es sich hier nicht um ein verkettetes Lagersystem, das bei von Beckhoff: „Auch wenn der Parkroboter groß wirkt und bis zu 3 t schwere
einem Ausfall der Auslagertechnik komplett stillsteht. Da immer mindestens und 5,5 m lange Fahrzeuge aufnehmen kann, haben wir großen Wert auf einen
zwei autonome Parkroboter vorgesehen sind, lässt sich ein defekter „Ray“ pro- möglichst kompakten Aufbau gelegt. Dementsprechend klein ist der im „Ray“
blemlos kompensieren.“ vorgesehene Einbauraum konzipiert, was durch die kompakte Steuerungstech-PC-Control 03 | 2014 cover 15
Serva-Geschäftsführer Leopold Meirer
(links) und Entwicklungsingenieur Max
Dohm profitierten insbesondere von der
Kompaktheit und Leistungsfähigkeit der
PC-Control-Lösung sowie vom effizienten
Engineering mit TwinCAT 3.
nik optimal unterstützt wurde. Dazu kommt die insbesondere für die 3D-Berech- Alle intelligenten Prozesse werden vom Schaltschrank-IPC C6920 übernommen.
nungen notwendige hohe Rechenleistung des Industrie-PC.“ Hierbei nutzt die Steuerungssoftware TwinCAT 3 die hinterlegten Navigations-
und Bahndaten zur Parkinfrastruktur, um alle Bewegungsabläufe zuverlässig
Unterstützt werde dies durch die schnelle und vor allem durchgängige Ether- umzusetzen. Für erhöhte Sicherheit sorgt der redundante Embedded-PC CX5010,
CAT-Kommunikation: „Im Prototyp von „Ray“ haben wir noch mehrere unter- der nochmals alle errechneten Bewegungen und deren Ausführung überprüft.
schiedliche Bussysteme eingesetzt. Mit dem flexiblen und schnellen EtherCAT Zusätzlich übernimmt der CX5010, beispielsweise im Falle von Warnmeldungen,
ist dies nun nicht mehr erforderlich, was die Entwicklung immens vereinfacht die Sprachsteuerung des Parkroboters.
hat. Heute setzen wir durchgängig auf EtherCAT, zumal für diesen etablierten
Weltstandard alle notwendigen Komponenten wie Sensorik und Antriebstechnik Ein großer Vorteil bei der Entwicklung des Steuerungskonzepts lag in der Of-
verfügbar sind. Außerdem steht uns noch zukünftiges Entwicklungspotenzial of- fenheit von TwinCAT zur IT-Welt. Dazu erläutert Serva-Entwicklungsingenieur
fen, z. B. durch die Nutzung von Safety-over-EtherCAT anstelle der derzeit noch Max Dohm: „Die Integration von TwinCAT 3 in Microsoft Visual Studio® hat die
separat realisierten Sicherheitslösung.“ Hinzu komme als weiterer Vorteil das Entwicklung sehr vereinfacht, da wir in vielen Bereichen ohnehin mit diesem
sehr komfortable Systemhandling. So funktioniere „Ray“ beispielsweise nach Standard-IT-Tool arbeiten. Damit steht durchgängig eine einheitliche Oberflä-
dem Austausch eines Motors mit dem Einschalten völlig reibungslos und ohne che zur Verfügung, beispielsweise um mit der TwinCAT Controller Toolbox die
jegliche Neuparametrierung. Steuerungsapplikationen zu entwickeln oder Regler über MATLAB®/Simulink®
zu simulieren. Zukünftig werden wir auch die Integration der Hochsprache C++
Redundantes Steuerungskonzept komfortabel entwickelt bei der Programmierung nutzen.“ In der Testphase legt Max Dohm ebenfalls
Aufgebaut ist das Steuerungssystem jedes einzelnen Parkroboters aus einem großen Wert auf effizientes Arbeiten: „Das Steuerungssystem ist so komplex,
Schaltschrank-PC C6920 mit hochleistungsfähigem Intel®-CoreTM-i7-Prozessor, dass ein Testen nur mit einem leistungsfähigen Tool möglich ist. Hierfür hat sich
einem zusätzlichen Embedded-PC CX5010 mit Intel®-AtomTM-Prozessor und TwinCAT Scope als Software-Oszilloskop hervorragend bewährt, sodass wir es
1,1- GHz-Taktfrequenz sowie den über den EtherCAT-Koppler EK1100 angebun- bei jeder neuen Funktion intensiv nutzen.“
denen 16-Kanal-Digital-Ein-/-Ausgangsklemmen EL1862 bzw. EL2872. Diese mit
einem Flachbandkabelanschluss ausgestatteten EtherCAT-Klemmen sorgen für
die einfache Anbindung der von Serva entwickelten I/O-Erfassungskarte, z. B.
zur Anbindung der „Ray“-Laserscanner oder für Basisfunktionen, wie das An- weitere Infos unter:
schalten des Lichts. www.serva-ts.com
www.beckhoff.de/EtherCAT
www.beckhoff.de/TwinCAT316 worldwide | germany PC-Control 03 | 2014
PC-basierte Gebäudeautomation im Zentrum für Virtuelles Engineering des Fraunhofer IAO
Offene und flexible Steuerungs-
technik erleichtert Gebäudeplanung
und -realisierung
Das neue Zentrum für Virtuelles Engineering ZVE ist so innovativ wie die Forschungsarbeiten selbst. Dabei leistet
die ganzheitliche und flexible Gebäudeautomation einen wichtigen Beitrag, um alle Nutzungsmöglichkeiten
und das gesamte Energiesparpotenzial zu erschließen. Realisiert wurde das komplexe Automatisierungskonzept
durch die Herrmann GmbH & Co. KG als Systemintegrator, der durch die offene Steuerungstechnik von Beckhoff
optimal auch auf Änderungen während der Planungs- und Bauphase reagieren konnte.
Bild: Christian Richters
Das offene Atrium des ZVE bewirkt mit architektonisch
bewusst platzierten Verbindungstreppen eine enge Verflech-
tung der unterschiedlichen Arbeitsebenen und eine deutliche
Reduktion der vertikalen Kommunikationsbarrieren.PC-Control 03 | 2014 worldwide | germany 17
Das Stuttgarter Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation
IAO beschäftigt sich mit aktuellen Fragestellungen rund um den arbeitenden
Menschen. Das wissenschaftliche Know-how des IAO in den Bereichen Virtual
Engineering und Workspace Innovation floss – z. B. als digitalisierter Planungs-
und Bauprozess sowie 3D-Visualisierung in Virtual Reality – kontinuierlich in die
Gestaltung des im Juni 2012 eröffneten Zentrums für Virtuelles Engineering ein.
Dort arbeiten Forscher und Ingenieure interdisziplinär an diesen Technologien
sowie an innovativen Arbeits- und Bürokonzepten.
Modernes Gebäude mit neuester Gebäudetechnik
Die Büro- und Laborflächen im ZVE lagern sich auf vier Etagen –
über 3200 m2 – um ein offenes Atrium an. Dabei wurde auf die kon-
ventionell strikt getrennten Labor- und Bürobereiche verzichtet. Viel-
mehr sind die primären Funktionsbereiche der Wissensarbeit – Labor,
Büro und Besprechung – miteinander räumlich verzahnt, sodass sich die
Laufwege minimieren und die Kommunikation in den Teams optimiert wird.
Der jeweilige Arbeitsplatz ist kein bestimmtes Büro oder Labor, sondern Als Etagencontroller kommen im ZVE acht Embedded-PCs CX5020 zum Einsatz.
wird nach den aktuellen Arbeitsbeziehungen und Ressourcenanforderungen
gewählt. Je weiter man sich dabei vom offenen Kern des Gebäudeinneren der unterschiedlichen Arbeitsbereiche unabdingbar ist. Dazu erläutert Martin
entfernt, desto mehr Ruhe kehrt in die einzelnen Bereiche ein, um auch konzent- Balb, Leiter Gebäudemanagement des Fraunhofer IAO: „Unser Konzept der ver-
riertes Arbeiten zu ermöglichen. Zudem wird die Nutzung der Büroarbeitsplätze zahnten Bürobereiche reicht vom klassischen Zellenbüro über Teambüros bis hin
mit jeder Ebene nach oben hin flexibler. zu Gruppenbüros und offenen Büroflächen. Dort kann man bedarfsgerecht die
passenden Fachgruppen oder auch fachübergreifende Teams zusammenbringen.
Ebenso zukunftsweisend wie das Gebäude selbst ist auch seine Energie- Wichtig ist hierbei vor allem, möglichst schnell mit den richtigen Mitarbeitern
technik, wie Heinz Kühner, Baubeauftragter des Fraunhofer IAO für das und den passenden Bürofunktionalitäten auf die jeweiligen Arbeitsanforderun-
Projekt ZVE, erläutert: „Unser Energiekonzept basiert auf einer Geothermie- gen zu reagieren.“ Und Michael Falkenstein, Teamleiter Gebäudeautomation
anlage mit mehreren 170 m langen Erdsonden zur Gewinnung von regene- beim Systemintegrator Herrmann, ergänzt: „Um dies gebäudetechnisch um-
rativer Energie aus dem Erdinneren. Diese wird durch Wärmetauscher und setzen zu können, war es enorm wichtig, dass jederzeit Umstrukturierungen
betonkernaktivierte Decken zur Kühlung und Grundlastheizung ergänzt. möglich sind. Daher haben wir komplett auf eine Festverdrahtung verzichtet.
Neben wassergefüllten Rohren befinden sich in den Decken auch luftge- Pro Etage steuern zwei Embedded-PCs CX5020 alle Funktionen dieser Gebäu-
füllte Kunststoffkugeln. Über diese Hohlkörperdecken konnte der Beton- deebene. Die I/O-Datenpunkte sind über entsprechende, in der Wandverkleidung
bedarf und damit die statische Belastung zugunsten höherer Spannweiten installierte Busklemmen mit Ethernet-Buskoppler BK9050 angebunden und
und stützenfreier Räume reduziert werden. Der Tank der Sprinkleranlage vernetzt. So ist beispielsweise die gesamte Lichttechnik über den DALI-Standard
wird als Energiespeicher für Abwärme aus dem Gebäude, z. B. von den flexibel per Bussystem eingebunden. Daher sind uns keinerlei Grenzen hinsichtlich
Rechnerräumen oder den Hochleistungsprojektoren der Virtual-Reality-Labora- etwaiger Umstrukturierungen mit entsprechend anzupassenden Regelungs-
torien, genutzt.“ flächen gesetzt.“
Ganzheitliche Gebäudeautomation schöpft alle Offenes Steuerungssystem vereint heterogene Gebäudewelt
Effizienzpotenziale aus Hauptargument für die Wahl von PC-Control von Beckhoff war für Heinz Kühner
Eine umfassende Gebäudeautomation, mit über 7000 Datenpunkten, regelt die Systemoffenheit: „Aufgrund der zahlreichen Partnerunternehmen war schon
bedarfsgerecht Wärme, Kälte, Lüftung bzw. Licht, Verschattung und Einzel- während der Planungsphase klar, dass viele verschiedene Bussysteme abzude-
raumregelung. Ergänzend analysiert ein Energiemess- und -monitoringsystem cken sind. Und PC-Control hat dies als offene Steuerungstechnik optimal, d. h.
die Wirkung der verschiedenen Maßnahmen. Hieraus ergibt sich die optimale kostengünstig und ohne aufwendige Sonderlösungen, ermöglicht. Hinzu kommt
Grundlage für einen möglichst energieeffizienten Gebäudebetrieb. Den Erfolg die Kompetenz des Systemintegrators Herrmann, der nicht nur über umfassen-
der zahlreichen Aspekte einer innovativen Gebäudeinfrastruktur – vom Schall- des Know-how in der Gebäudeautomation und -leittechnik, sondern auch über
schutz durch Absorptionsmaterialien für tieffrequente Geräuschanteile über die langjährige Erfahrungen mit der Beckhoff-Technik verfügt.“
präsenz-, tageslicht- und arbeitsplatzabhängige Steuerung der LED-Beleuch-
tungstechnik bis hin zur Überwachung der Luftqualität per CO2-Konzentration Nutzen konnte Michael Falkenstein sein Wissen hierbei in besonderem Maße:
– belegt nicht zuletzt die Gold-Zertifizierung durch die Deutsche Gesellschaft für „Bei keinem unserer Projekte zuvor waren so viele verschiedene Bussysteme zu
Nachhaltiges Bauen (DGNB). integrieren wie beim ZVE. So musste beispielsweise der proprietäre und recht
anspruchsvolle Bus der elektrisch verstellbaren Fenster eingebunden werden.
Die offene, PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff bietet zudem den Vorteil Umgesetzt haben wir dies mit einem speziellen LON-Gateway, das dann wie-
einer sehr hohen Flexibilität, wie sie für den hohen Anspruch des ZVE bezüglich derum sehr einfach über die LON-Busklemme KL6401 in das Beckhoff-System18 worldwide | germany PC-Control 03 | 2014
Bild: Christian Richters
Das Zentrum für Virtuelles Engineering in Stuttgart bietet ein hochmodernes Umfeld für Forschungen zu innovativen Arbeitsplätzen und -prozessen.
einzubinden war. Insgesamt ließ sich die heterogene Automatisierungstechnik sowie zwei CX9010 für die DMX-Etagensteuerung. Insgesamt 56 Ethernet-TCP/
mit PC-Control in idealer Weise, d. h. sehr schnell und flexibel, umsetzen. Große IP-Buskoppler BK9050 dienen als Datensammler für Digital-I/Os, Fensterkon-
Vorteile bietet dabei auch die Software TwinCAT mit dem leistungsfähigen takte sowie EnOcean- und DALI-Komponenten. Zwei weitere BK9050 erfassen
System Manager, über die sich die Bussysteme und z. B. auch unsere eigene, die Informationen der Elektro-Unterverteilung. All diese Daten stehen dann auf
komplexe HLK-Bibliothek einfach und effizient verbinden lassen. Gepaart mit einem Server der Gebäudeleittechnik (GLT), dem Anlagenmanagement, dem
dem breiten Spektrum an Busklemmen, sind solch komplexe Projekte überhaupt Energiemesssystem und dem Web-basierten Energiemonitoring in atvise zur
erst mit vertretbarem Aufwand umsetzbar.“ Bereits in früheren Projekten be- Verfügung, die jeweils auch von der Herrmann GmbH realisiert wurden.
währt habe sich zudem die auch für das ZVE geplante Anbindung der Medien-
technik über den TwinCAT Crestron Server. Vorgesehen sei dies für die größeren Als Kommunikationssysteme dienen Realtime-Ethernet als Controllernetzwerk,
Besprechungsräume sowie im 3D-Interaction-Lab. OPC UA für die Kommunikation mit dem Server und als MBE-Netzwerk, DALI
zur Lichtsteuerung, EnOcean für die Bewegungsmelder und die Temperatur-/
Einen weiteren Vorteil der Offenheit sieht Martin Balb: „Im laufenden Planungs- Helligkeitsmessung, LON für die Ansteuerung der Fenster sowie DMX zur
und Bauprozess gab es auch aufgrund des Technologiewandels einige Verände- Ansteuerung der Leuchtmittel und Lichteffekte. Dazu erläutert Michael Fal-
rungen. So stand beispielsweise die LED-Lichttechnik zu Beginn, im Jahr 2006, kenstein: „Im ZVE arbeiten relativ viele und vor allem ständig miteinander
praxistauglich noch gar nicht zur Verfügung. Dieser dynamische Prozess konnte kommunizierende Controller. Hieraus ergibt sich ein sehr hohes Datenvolumen,
mit einem offenen System wie PC-Control sinnvoll realisiert werden. Ohne dies das mit Realtime-Ethernet aber problemlos bewältigt werden kann. Zudem
hätte man wahrscheinlich die gesamten Bussysteme parallel laufen lassen müs- setzen wir dieses Kommunikationssystem schon lange ein und kennen daher
sen, mit immensem Aufwand für Installation, Inbetriebnahme und Wartung.“ seine Vorteile, wie Multicast-Funktionalität, Zuverlässigkeit und einfache Hand-
habung. Die Entscheidung für OPC UA fiel ebenfalls leicht, denn die geforderte
Komplett PC-basierte MSR-Technik Funktionalität zur Anbindung von Visualisierung und Energiemonitoring hat zu
Mit PC-Control umgesetzt hat Systemintegrator Herrmann die komplette Beginn der Planungen nur dieses Protokoll geboten. Hinzu kam als weiterer
MSR-Technik des ZVE, d. h. Heizung, Lüftung und Kälteanlagen sowie Einzel- Vorteil, dass in sämtlichen Funktionsbausteinen für die Einzelraumregelung die
raumregelung bzw. Beleuchtung und Beschattung. Zum Einsatz kommen acht OPC-UA-Variable bereits direkt instanziert ist, was den Engineeringaufwand
Embedded-PCs CX5020 als Etagen-Controller, weitere vier CX5020 als Control- immens reduziert hat.“
ler für Geothermie, Heizung/Rückkühlung, Wetterstation und AnlagencontrollingPC-Control 03 | 2014 worldwide | germany 19
Automatisierungstopologie
einer ZVE-Etage
Automatisierung sorgt für komfortablen und
energieeffizienten Gebäudebetrieb
Die Etagencontroller CX5020 übernehmen die Hauptaufgaben für den ener-
gieeffizienten Gebäudebetrieb, d. h. die Einzelraumregelung inklusive der
Beleuchtungs- und Beschattungssteuerung sowie der Raumkonditionierung
und der Primärenergieversorgung. Dabei wird nicht nur auf einen minimierten
Energiebedarf, sondern auch auf möglichst hohen Nutzungskomfort geachtet.
So sind die Räume mit Präsenzmeldern sowie tageslicht- und arbeitsplatzab-
hängiger Beleuchtungssteuerung optimal automatisiert. Über das Hochfahren
des außen liegenden Sonnenschutzes lässt sich bei Bedarf der Wärmeeintrag
der Sonnenstrahlung energiesparend nutzen. Der innen liegende Blendschutz
vermeidet dann ein zu grelles Licht am Arbeitsplatz. Weiterhin lassen sich über
die Gebäudeautomation sämtliche Fenster in Abhängigkeit von den Innentem-
peraturen steuern, um z. B. im Sommerhalbjahr früh morgens das Gebäude
zu lüften und so zu Beginn der Arbeitszeit ohne zusätzliche Kälteleistung auf
angenehm kühle Temperaturwerte zu kommen. Im Blickpunkt steht dabei immer
der Büronutzer, der die automatisch eingestellten Werte an seinem Arbeitsplatz
manuell nach seinen Wünschen verändern kann.
(v. l. n. r.) : Michael Falkenstein, Teamleiter Gebäudeautomation bei Herrmann, Heinz
Kühner, Baubeauftragter des Fraunhofer IAO, Oliver Heilig, von der Beckhoff-Nieder-
lassung Balingen, sowie Martin Balb, Leiter Gebäudemanagement des Fraunhofer IAO,
vor einem Schaltschrank der HLK-Technik im ZVE-Untergeschoss weitere Infos unter:
www.iao.fraunhofer.de
www.herrmann-leittechnik.com
www.beckhoff.de/building20 worldwide | germany PC-Control 03 | 2014
Embedded-PC steuert „Waterdoor“
Faszinierendes Spiel
mit Wasser
Highlight im Showroom des Projekts Wasserwelten, im schweizerischen Flims, ist eine von as systems
realisierte „Waterdoor“. Staunend stehen die Besucher vor dem Vorhang aus dichten Wassertropfen,
der sich wie von Geisterhand öffnet, wenn man sich ihm nähert. Ob die Tropfen auch stoppen, wäh-
rend man durch den Vorhang hindurch schreitet, ist die Frage, die sich in den Gesichtern spiegelt. Dass
dies zuverlässig passiert und keiner der Besucher nass wird, dafür sorgt ein Embedded-PC CX8090 mit
integrierten EtherCAT-Klemmen, inklusive TwinSAFE-Sicherheitstechnik.
© Photo by Matthias NuttPC-Control 03 | 2014 worldwide | germany 21
Die Flimser Wasserwelten, die bei ihrer Einweihung im September 2013 den Screens, kombiniert mit effektvollem Lichtdesign, spielen die Exponate mit dem
klangvollen Namen „Sinfonia d’aua“ erhielten, sind ein beispielgebendes Überraschungseffekt, den Wasser in Innenräumen auslöst.
Projekt für eine umweltverträgliche und zugleich wirtschaftliche Nutzung des
Rohstoffes Wasser. Ausgelöst durch einen Karstanstich bei einem Tunnelneu- Hinter dem Technik-Wunder steckt ein CX8090
bau und einen ungewollten Abfluss von Bergwasser, entstand in jahrelanger Was im ersten Moment wie ein „Wunder“ wirkt – und Staunen auslöst – beruht
Arbeit das Projekt Wasserwelten: Das komplette Wassersystem wurde neu und auf komplexer Technik: Das interaktive Wasser-Exponat besteht aus einem in
naturnah aufgebaut und ist nun gleichzeitig für Trinkwasser, Stromgewinnung den Türsturz eingelassenen Steg, der mit über hundert einzelnen Düsen be-
und im Winter zur Beschneiung der Pisten nutzbar. In der Bergstation Punt setzt ist. Angesteuert werden diese durch den Embedded-PC CX8090 und die
Gronda können sich interessierte Besucher über die komplexen ökologischen EtherCAT-Relaisklemmen EL2798. Die digitalen Klemmen verfügen über jeweils
Zusammenhänge der Wasserzuflüsse in der Bergregion Flims und die technische acht Schalter, die wie ein Relaiskontakt für AC/DC-Spannungen fungieren. Der
Umsetzung des Projekts informieren. „Die Sinfonia d’aua bringt den Menschen elektronische Schalter wird durch leistungsfähige MOSFET-Transistoren mit
das Thema Wasser aus verschiedenen Perspektiven näher. Wir sehen unsere Na- einem geringen Einschaltwiderstand realisiert. Hohe Spitzenspannungen und
tur als höchstes Gut unserer Tourismusregion an. Wir wollen nicht nur aufzeigen, elektromagnetische Störimpulse werden so verhindert. In Summe regelt der
sondern selbst vorleben, wie der Umgang mit unseren wertvollen Ressourcen CX8090 144 Datenpunkte.
funktionieren soll“, resümiert Martin Maron, Direktor der Flims Electric, die das
Projekt maßgeblich realisiert hat. Um die Faszination des Wassers nicht nur dem Registriert der Tür-Radar einen Besucher, so öffnet sich der Tropfenvorhang
Naturschauspiel zu überlassen, hat man das Thema im Besucherraum aufgegrif- – ähnlich einem Theatervorhang – von der Mitte her und schließt sich hin-
fen und von as systems einen Wasservorhang installieren lassen. ter dem Eintretenden, der trockenen Fußes hindurch schreiten kann. Dabei
signalisiert eine LED-Leiste im Türsturz, die über eine DMX-Klemme ange-
Die as systems GmbH, ein seit über 20 Jahren im Bereich der Licht-, Ton- und steuert wird, Grün für Durchgang und Rot für Stopp. Eine weitere Funktion
Bühnenkonzeption international tätiges Unternehmen, hat bereits zahlreiche der LED-Leiste besteht in der effektvollen Beleuchtung der Wassertropfen,
Wasser-Exponate realisiert. Von der kompletten Wasserlandschaft, bestehend die aufgrund der Lichtbrechung die Beleuchtung reflektieren und so deutlich
aus Wasserfällen, Kaskaden, Wasserspielen, bis zu projizierbaren Wasser- besser sichtbar sind.
Staunende Gesichter: Auf Signale
von Bewegungsmeldern hin öffnet
sich der Vorhang, sodass die
Besucher trockenen Fußes durch die
„Waterdoor“ hindurchgehen können.
© Photo by Matthias NuttSie können auch lesen
