[me] im Gespräch mit ...

Knut Lauer ist Mitglied der Geschäftsführung von unidor und für die Entwicklung des ioControllers verantwortlich

 
Tuner für die SPS


„Die Welt der ioController beginnt dort, wo schnellste Signale- und Prozessverarbeitung gefordert ist, 100fach schneller als die SPS das kann“, beschreibt Knut Lauer wie unidor „Speed“ in die Automatisierung gebracht hat. „Der ioController ist der ultimative Tuner für die SPS“.  
    

 


Was ist und was kann ein ioController?


Knut Lauer: unidor ist in der Umformtechnik tätig, also dort wo Prozesse mit enormer Geschwindigkeit ablaufen. Dort, wo bei 2 000 Hüben pro Minute sehr viele Variablen innerhalb kürzester Zeit überwacht werden müssen, beginnt die Welt unserer ioController. Sie können ein Analogsignal noch sicher erfassen, das nur für 10 μs ansteht. Damit ist die gängige Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) mit Zykluszeiten von lediglich 1 ms stark überfordert. Eine SPS reicht für die meisten Anwendungen aus, stößt aber hier an ihre natürlichen Grenzen. Für uns war das praktisch der Entwicklungsauftrag für den Controller.

 

Wie sah das Lastenheft zu dieser kleinen und schnellen Steuerung aus?


In der Umformtechnik waren wir auf eine schnellere Signalerfassung und -verarbeitung angewiesen als das mit der herkömmlichen SPS möglich war. Von der Aufgabenseite haben wir deshalb unseren Controller entwickelt, da uns dieser Standard gefehlt hat – also eine bezahlbare Baugruppe, mit der wir wesentlich schnellere Prozesse als 1 Millisekunde realisieren können. Wir haben uns das Ziel gesteckt, ohne Probleme eine Zykluszeit zwischen 5 und 10 Mikrosekunden zu bedienen. Das haben wir erreicht. Der ioController ist jetzt der Spezialist für Prozesse, die bedeutend schneller als in einer Millisekunde erfasst, analysiert und überwacht werden müssen.

 

In der Praxis fallen nicht immer nur Ultraspeed- Signale an. Wird die SPS arbeitslos?


Nein, sie wird entlastet. Denn nicht alle Signale müssen gleich schnell sein. Oft sind es nur 10, 20 oder 50 superschnelle Signale, die erfasst werden müssen. In einem Prozess, der über eine SPS gesteuert wird, sind das unterm Strich nur wenige. Für diesen relativ kleinen Aufgabenbereich braucht der Anwender deshalb keine teure, schnelle SPS einzusetzen. Hier fährt er arbeitsteilig besser mit eine konventionellen SPS auf der einen Seite für die normalen Signale und auf der anderen Seite mit dem Controller für die Überwachung der besonders schnellen Signale.

 

Können Sie ein praktisches Beispiel geben, wie die Zusammenarbeit zwischen SPS und ioController funktionieren kann?


Der ioController ist stets Partner der SPS. Dazu ein Beispiel: Innerhalb eines SPS-Projekts werden die Maximalwerte von sechs Analog-Sensoren gleichzeitig überwacht. Überschreitet eines der sechs Sensorsignale für wenigstens 10 μs einen Grenzwert, muss dies zu einem sofortigen Stopp der Maschine führen. Abhängig von den Digitaleingängen „Messen“ oder „Messen 2“ muss die Differenz der Mittelwerte von Sensorsignal 2 und 3 oder Sensorsignal 5 und 6 pro SPS-Zyklus ermittelt und als Istwert der SPS bereitgestellt werden.

 

Der ioController ist also ein Zusatz zur SPS. Wie löst der Anwender das hardwaretechnisch in seinem Bussystem?


Er ersetzt eine passive Busklemme durch den aktiven ioController. Das ist ganz einfach und eigentlich die einzige Hardware-Änderung, die er vornehmen muss.

 

Dann ist der ioController eigentlich eine aktive Busklemme?


Ja genau. Eine passive Busklemme wird durch eine aktive ersetzt, auf die alle schnellen Signale gelegt werden. Alles andere bleibt, wie es ist. Der ioController erfasst dann die ultraschnellen Signale und verarbeitet sie auch entsprechend schnell – und zwar nur dann, wenn dies für die Anwendung sinnvoll ist. Sie arbeitet praktisch autonom als Subsystem der SPS und funktioniert wie eine kleine dezentrale Steuerung.

 

Was macht die ioController so schnell im Gegensatz zur SPS?


Sie sind deshalb so schnell, weil sie nicht zyklisch arbeiten, wie die „große Schwester“, die SPS. Im Gegensatz zur zyklischen SPS erfolgt hier dank der FPGA eine Parallelverarbeitung der Messwerte, ohne dass die SPS dadurch belastet wird. Als aktives Bauelement bezeichnen wir den ioController deshalb, weil er eine Art kleine Steuerung innerhalb der SPS ist.

 

Paralleles Verarbeiten bringt „Speed“ in die Signalerfassung. Wie funktioniert das über eine FPGA in der Programmierung?


Die schnellen Reaktionszeiten erreichen wir, da praktisch über das FPGA parallel logische Verknüpfungen vorgenommen werden. In einer Schaltzeile, die hier im Mikrosekundenbereich liegt, können wir Highspeed-Prozesse überwachen und steuern – das ist eigentlich der Trick. Zusätzlich können diese FPGAs programmiert werden. Diese Programmierung gibt dann die individuellen Aufgaben des Controllers vor.

 

Solche Programmierungen sind nicht jedermanns Sache. Was macht der „notorische“ Nichtprogrammierer?


Wenn der Anwender ‚C‘ programmieren kann, ist das Erstellen von anwenderspezifischen Applikationen recht praktikabel und ausreichend. Das Programmieren von FPGAs ist nur bei komplexen Prozessen notwendig. Weil der ioController bereits über viel Intelligenz, zum Beispiel eine Bibliothek für die Grundfunktionen verfügt, bedarf es oft keiner Programmierung. Alternativ erstellen wir oder zertifizierte Partner als Dienstleistung auch beliebige Kundenprojekte nach deren Pflichtenheft.

 

Die Umformtechnik gab den Ausschlag für die Entwicklung. Auf welche Parameter in den Prozessen ist der ioController ausgerichtet?


Das sind unterschiedliche Prozesse wie zum Beispiel Drücke, physikalische Größen und solche Daten, die in Echtzeit gemessen werden müssen. Die Aufgabe ist, einen Störimpuls, der 10 Mikrosekunden kurz als Peak ansteht, irgendwo zu registrieren. Entscheidend ist zu ermitteln, was in solch kurzen Zeiten passiert. Unser Controller kann das, und er überwacht, steuert und regelt Prozesse die in Zeiten bis zu 10 Mikrosekunden ablaufen, statt in einer Millisekunde.

 

Wie funktioniert die Automatisierungskomponente im Detail, wenn die Signale ganz besonders schnell sind?


Eine programmierbare Control-CPU koordiniert alle Funktionen, programmierbar in C+. Das programmierbare FPGA kann alle Ein- und Ausgänge ultraschnell und beliebig logisch und mathematisch verknüpfen. Die Programmsprache dabei ist VHDL. Das Aufbereiten und Vorverarbeiten aller Ein- und Ausgangssignale übernimmt die E/A-Logik. Eine Bus/Netz-Logik ist die Bus-/Netz-Schnittstelle und die Schnittstelle zur Prozessperipherie. Vorbereitet ist die Komponente auf die Kommunikationsprofile Profinet, Ethercat, Modbus/TCP sowie Ethernet.

 

Wie schneidet der ioController im Vergleich zu passiven SPS-Komponenten ab?


Ein Vergleich ist im Grunde nicht möglich: die EA-Klemme einer SPS ist passiv, im Gegensatz dazu ist der ioController eine eigenständige Highspeed-SPS in der SPS, zuständig für alle ultraschnellen Prozesse innerhalb eines SPS-Projekts. Die Kombination ioController und SPS zeigt nicht nur technologische, sondern auch signifikante wirtschaftliche Vorteile. Statt einer sehr teuren Hochleistungs-SPS reicht jetzt die Standard-SPS, die dank ioController bisher unerreicht kurze Prozesszeiten ermöglicht.

 

Die Fragen stellte Peter Schäfer

www.io-controller.de  
sps ipc drives, Nürnberg 6–208

 

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Beitrag aus [me] 6.2013

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