Práce v CX7000: Vstup do světa profesionální průmyslové automatizace s řízením Beckhoff

Práce v CX7000: Vstup do světa profesionální průmyslové automatizace s řízením Beckhoff

Již od svého vzniku v roce 1980 se společnost Beckhoff Automation orientuje spíše na řízení náročnějších aplikací. Tomu od začátku napomáhá řízení založené na bázi PC společně s řídicím softwarem a rychlou komunikací. Tato kombinace udávala směr vývoje po celou historii Beckhoffu a byla zásadní při vývoji celého portfolia. Dnes se portfolio společnosti Beckhoff Automation skládá ze čtyř hlavních produktových skupin (IPC, Automation, I/O a Motion). Každou z těchto skupin lze zařadit mezi světovou technologickou špičku. Vzhledem k nepřetržitému vývoji a růstu společnosti Beckhoff se nezapomíná ani na aplikace, které nejsou zdaleka tak náročné, ale o to jsou rozšířenější. Proto společnost Beckhoff nabízí řešení i pro méně náročné aplikace a pokrývá tak co možná nejširší škálu nejrůznějších aplikací. Z tohoto důvodu Beckhoff přichází se svým řešením pro Entry level PLC neboli základním řízením v podobě CX7000. Aby bylo zřejmé, co přesně CX7000 v této kategorii nabízí ve srovnání s konkurencí, je třeba lépe poznat filozofii Beckhoff řízení v základních souvislostech.

Společným pojítkem pro Beckhoff řízení jsou IPCs (průmyslové počítače) a software TwinCAT. TwinCAT je obecný název pro celou sadu různých softwarových nástrojů, rozšíření a doplňků integrovaných do jednoho prostředí. Pokud bychom chtěli TwinCAT popsat velmi zjednodušeně, jde o real-time software, který z průmyslového počítače udělá řízení pro nejrůznější úlohy (od PLC až po neuronovou síť) a tvoří tak jádro řídicího systému. Pro pochopení nám pro začátek bude stačit základní rozdělení TwinCATu na dvě prostředí:

  1. běhové (run-time) prostředí, které běží na IPC, zpracovává a vykonává aplikaci, kterou jsme nahráli;
  2. vývojové prostředí, které umožňuje psaní a ladění kódů a také vytvoření a nastavení dané konfigurace.

Toto prostředí je jednotné napříč všemi Beckhoff platformami, takže stačí znalost jednoho prostředí pro vývoj všech aplikací, od těch základních až po ty nejpokročilejší. Vývojové prostředí je integrované do MS Visual Studia a využívá tak jeho výhod pro práci s programem. Navíc je vývojové prostředí TwinCAT zcela zdarma, včetně trial běhového prostředí pro vytváření a ladění kódu, což usnadňuje začátky nejen s řízením Beckhoff, ale i se vstupem do problematiky řízení průmyslové automatizace obecně. Programování v TwinCATu je dáno normou IEC 61131-2, která mimo jiné udává možnosti využití různých programovacích jazyků, od textových po grafické, jako jsou Ladder diagram nebo Function block diagram, které jsou při používaní Entry level PLC velmi časté.  Aby bylo řízení komplexní, je nutné zajistit i komunikaci s periferiemi. Pro tento účel Beckhoff aktuálně a primárně používá průmyslovou sběrnici EtherCAT.

Po tomto krátkém představení systému jako takového se dostáváme k samotnému CX7000, jenž má být hlavním obsahem tohoto článku. Jak již bylo řečeno v úvodu, Beckhoff staví své řešení řízení na PC platformě a ani CX7000 tedy není výjimkou. Proto je nutné si uvědomit, že nejde o klasický PLC. Řízení je zajištěno kombinací Embedded PC (EPC) a zmíněného realtimového softwarového řízení TwinCAT 3. Již na úvod představení CX7000 si musíme říct, že nejde o nijak zvlášť výkonné PC, i když na poměry daného segmentu svým výkonem vyčnívá. Výkon hardwaru CX7000 zcela odpovídá koncepci tohoto řízení a zohledňuje ekonomickou stránku věci. Přeci jen jde o nejlevnější a nejméně výkonný EPC v aktuální nabídce Beckhoffu, avšak pro účely základní automatizace je tento výkon více než dostačující.

image002

Nejprve je dobré si vyjasnit, co myslíme pojmem CX7000. Pod názvem CX7000 je ve většině případů myšleno jak marketingové označení celé řady, tak i označení jednoho konkrétního modelu. Obecně by se měla řada označovat spíše CX70xx. Právě toto rozlišení již bude nadále v článku používáno. CX7000 je tedy základním modelem celé řady CX70xx. Jednotlivé modely této řady se pak odlišují různými integrovanými komunikačními rozhraními. Další již uvolněný model řady CX70xx je CX7080 s integrovaným rozšířením pro sériovou komunikaci RS232/RS485. Do budoucna se počítá s rozšířením řady CX70xx o modely s rozšířeními zejména pro nejrůznější průmyslové sběrnice, jako jsou PROFINET, CANopen, Ethernet/IP atd., ale i pro Ethernet. Celé řešení CX70xx je také velmi kompaktní, rozměry jsou pouhých 49 mm × 100 mm × 72 mm.

Výpočetní výkon řady CX70xx zajišťuje procesor ARM Cortex™-M7, 480 MHz v kombinaci s 32MB RAM a rozšiřitelnou microSD kartou do 8 GB (v základu 512 MB). O zachování remanentních dat se stará 4kB NOVRAM. Softwarový chod systému je zde zajištěn pomocí operačního systému TC/RTOS, tedy kombinace TwinCAT run-timu a systému FreeRTOS.

Jelikož jde o nejzákladnější řízení, není zde možné využít všechny možnosti a benefity velkých systémů. Jsou zde pevně dané možnosti, které lze využít a jež jsou u vyšších systémů řešeny v rámci licencí. U CX70xx můžeme využít tyto funkce: ADS, IO ,PLC, Controller Toolbox, Temperature-Controller, Modbus-RTU a Serial Comminication. Ty jsou již součástí každého CX70xx a není možné je jakkoli měnit nebo rozšířit. CX70xx je také vybaven USB portem určeným pro připojení přídavného paměťového média a portem RJ45 umožňujícím komunikaci přes ADS, TCP a UDP, ale je určen především pro komunikaci mezi TwinCAT vývojovým prostředím a běhovým prostředím v CX70xx.

Součástí každého zařízení CX70xx je integrovaný I/O modul s osmi multifunkčními vstupy a čtyřmi multifunkčními výstupy, které lze kombinovat a využít v různých módech jako 100kHz čítač, 100kHz inkrementální enkodér, PWM nebo jako kombinaci digitálních vstupů (24 V DC, filtr 3 ms, spínací typ 3) anebo analogových vstupů (0–10 V, 12 bit) a digitálních výstupů (24 V DC, 0,5 A). Ty je možné jednoduše konfigurovat v rámci prostředí a vybrat si tak funkci vstupu nebo výstupu z více možností.

Pro případné další rozšiřování I/O je CX70xx vybaven integrovaným kombinovaným rozhraním pro K-bus a E-bus (EtherCAT) a lze jej tedy doplňovat o další I/O terminály. Možnost rozšíření o další I/O terminály není pro takto malý systém v takovémto rozsahu běžnou záležitostí. V případě K-busu hovoříme o rozšíření více než 500 terminály a v případě E-busu můžeme systém rozšířit o celých 65 535 EtherCAT slave. Obrovským benefitem je možnost použít SAFETY terminály a řešit tak bezpečnost v rámci projektu či Motion terminály s jednoduchým řízením pohonů pomocí připravených knihoven Drive Motion Control. To umožňuje řídit servomotory s výkonem cca do 400 W a krokové motory cca do 250 W. Vzhledem ke svému zaměření CX70xx neimplementuje ethercatovou technologii XFC (eXtreme Fast Control) a funkci EoE (Ethernet over EtherCAT).

image003

Samotná práce s CX70xx je stejná jako s jakýmkoli jiným současným Beckhoff řízením. Pro ty, kteří se ještě s řízením od společnosti Beckhoff nesetkali, je začátek velmi jednoduchý a pro ty, kteří již zkušenosti mají, je ještě jednodušší. Postup se dá popsat zkráceně v několika následujících větách. Stačí si ze stránek www.Beckhoff.com stáhnout a nainstalovat software TwinCAT 3 a tím je vývojové a testovací prostředí TwinCAT 3 připraveno k použití. CX70xx pak ke zprovoznění stačí dvojí napájení 24 V, jedno pro systém a druhé pro I/O komponenty. Ve chvíli, kdy máme takto připravený vývojový PC a CX70xx, zbývá už jen vytvořit fyzické propojení pomocí ethernetového kabelu. Pak stačí mít nastavené síťové karty v rámci stejné sítě. Pro přidělení IP adresy můžeme využít DHCP server, jelikož CX70xx má defaultně nastavené DHCP, nebo lze síťové kartě ručně přiřadit fixní IP adresu. Pro vytvoření softwarového spojení slouží tzv. Route, tedy ADS propoje mezi vývojovým a běhovým prostředím TwinCAT. Potom se již lze přímo připojit a pracovat se zmíněným hardwarem, tedy nahrát, konfigurovat projekt či nechat vykonávat chtěný kód.

CX70xx má na současném trhu velký potenciál. Přináší spoustu možností do segmentu Entry level PLC, který lze využít, a vytvořit tak velice elegantní řešení nejrůznějších aplikací. To je možné především díky připojení velkého množství různých I/O terminálů. Mezi ty specifičtější terminály můžeme uvést SAFETY terminály, Motion terminály či komunikační terminály, díky nimž je možné například CX70xx velmi dobře využít jako komunikační gateway pro různé průmyslové komunikace. CX70xx taktéž může sloužit jako moderní alternativa k dříve používaným Beckhoff kontrolérům řad BC a BX. Pro začátečníky s průmyslovou automatizací je pak CX70xx velmi dobrým vstupním bodem s nepřebernými možnostmi. Díky jednotné vývojové platformě TwinCAT je v případě potřeby velmi snadné přenést zkušenosti získané prací s CX70xx k vytvoření náročnějších aplikací s využitím výkonnějších systémů.

www.beckhoff.cz

Beckhoff: New Automation Technology

Beckhoff implementuje otevrené automatizacní systémy založené na technologii PC. Sortiment výrobku: Prumyslová PC, inteligentní svorky I/O a komponenty prumyslových sbernic, technologie pohonu a automatizacní software. Filozofie spolecnsoti Beckhoff "New Automation Technology" znamená univerzální a otevrené rídicí systémy a rešení pro automatizaci, které se používají na celém svete v nejruznejších aplikacích, od CNC obrábecích stroju až po inteligentní automatizaci budov.

 

https://www.beckhoff.com/cz/