Interview mit Dr. Fabian Assion
Die Energiewende erfordert Netze mit umfassender Messtechnik
Interview mit Dr. Fabian Assion
Die Energiewende erfordert Netze mit umfassender Messtechnik
Effizienz, Flexibilität und Transparenz sind entscheidend für nachhaltige Wettbewerbsfähigkeit. Bei Produktionsmaschinen stehen Effizienz und Zuverlässigkeit im Fokus, während Prüfstandstechnik Flexibilität bei Schnittstellen, Sensorik und Aktorik erfordert. Moderne Prüfstände benötigen dynamische Regelsysteme sowie präzise, kalibrierte Messdaten. Betreiber wollen ihre Anlagen zukunftssicher gestalten, etwa durch neue Sicherheitstechnologien, Condition Monitoring oder Energiemessung zur Verbrauchsoptimierung.
Mit unserer systemintegrierten Mess- und Prüftechnik stellen wir Ihnen einen Baukasten an messtechnischen Hard- und Softwareprodukten zur Gestaltung moderner, leistungsfähiger DAQ-Systeme zur Verfügung.
Ihr Vorsprung in der Mess- und Prüftechnik mit Beckhoff:
- in die Automatisierungsplattform integrierte Messtechnik
- leistungsfähiges Portfolio an EtherCAT-Messtechnikklemmen in mehreren Leistungsklassen
- große Vielfalt an unterstützten Signalarten, Kanalzahlen und Bauformen
- skalierbare Plattform für Vorentwicklung, Prüfstände, Inline- und End-of-Line-Messtechnik
- performante Messtechnik mit bestehenden Steuerungsarchitekturen kombinierbar
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Anwendungsbereiche
Maschinenbau
Systemintegrierte Messtechnik erhöht die Wettbewerbsfähigkeit von Maschinen.
Prüfstände
Hochdynamische Mess- und Regeltechnik optimiert Prüfstände in Forschung und Labor.
Energie- und Leistungsmessung
IIoT-fähige Lösungen bieten Transparenz für Maschinen und Energieverteilung.
Unsere Technologien für die Mess- und Prüftechnik
PC-based Control – performante Datenakquise, standalone oder systemintegriert
Mit PC-based Control bietet Beckhoff eine offene Systemlösung für DAQ-Systeme und alle Bereiche der Mess- und Prüftechnik. Rückgrat des Systems bilden skalierbare Industrie-PCs, gepaart mit der Softwareplattform TwinCAT. Modular im Aufbau und skalierbar hinsichtlich Leistung steht eine variable Hardware für alle Maschinenfunktionen zur Verfügung. Dieser Lösungsansatz ist auch auf alle Aufgaben im messtechnischen Umfeld übertragbar. Ganz gleich, ob 5, 500 oder 50.000 Messkanäle erfasst werden, ob massenhaft Messdaten und darauf basierende komplexe Berechnungen anfallen oder ob „ewige“ Dateiablagen in Gigabyte-Dimensionen benötigt werden: All diese Anforderungen sind für skalierbare PC-basierte Steuerungen keine Herausforderung.
Ihr Vorsprung in der Mess- und Prüftechnik:
- systemintegriert: Kombinieren und Synchronisieren Sie die Mess- und Prüftechnik mit allen anderen Steuerungskomponenten
- durchgängig: Steuern Sie alle Abläufe über eine einheitliche Softwareplattform
- skalierbar: Kombinieren Sie hochgenaue Messtechnik mit Standard-I/Os für eine optimale Auflösung, Genauigkeit, Kanalzahl und Samplerate
- flexibel: Integrieren Sie Ihre Mess- und Prüftechnik mit Aktorik, Vision und Sensorik
Modulares DAQ-System: von der Datenerfassung bis zur Analyse
Ob Standard-Genauigkeit und -Auflösung oder hochpräzise und extrem schnell – mit den EtherCAT-Messtechnikmodulen von Beckhoff lässt sich jede Messkette realisieren.Dafür sorgt die optimale Verzahnung von Hard- und Softwaremodulen: Sensoren in der Feldebene werden an I/O-Module angeschlossen, die über einen Feldbus mit jeder Steuerung kommunizieren. Seine ganze Stärke entfaltet die Beckhoff Messtechnik jedoch im Verbund mit EtherCAT als Messtechnikfeldbus, der auch große Datenmengen zeitsynchronisiert zur Steuerung überträgt. Mit der Software TwinCAT steht ein Engineeringtool mit umfassenden Funktionen bereit: SPS, Messtechnik, Analytics, Motion Control, Robotik, Safety, Visualisierung, Vision und Kommunikation inklusive vielfältiger Datenbank- und Cloud-Anbindungen.
Ihre Vorteile einer steuerungsintegrierten Messtechnik:
- variabel: Sensor-Anbindung an I/O-Module in IP20 und IP67
- performant: hochpräzise und zeitsynchrone Datenübertragung mit den EtherCAT
- vielseitig: softwareseitige Integration aller Funktionen in TwinCAT
- flexibel: Standard- und Präzisionsmesstechnik nach Bedarf konfigurieren
- offen: Beckhoff Messtechnik mit vorhandenen Steuerungen kombinieren
Schnell und synchron bei höchsten Abtastraten
Die EtherCAT-Technologie wurde durch Beckhoff im Jahre 2003 auf den Markt gebracht und als offener Standard der Automatisierungstechnik zur Verfügung gestellt. Aufgrund der herausragenden Leistung, flexibler Topologiewahl und einfacher Konfiguration ist EtherCAT in vielen Branchen gesetzt. Zusätzliche Synergien schafft EtherCAT P als One-Cable-Automation-Feldbus. Mit wenig Verdrahtungsaufwand können damit kleine und große Messgeräte außerhalb des Schaltschranks verteilt in der Anlage installiert werden und Messwerte eingesammelt werden. Darüber hinaus zeichnen Technologien wie Distributed Clocks, Oversampling und Synchronisation mit externen Zeitsignalen EtherCAT für den Einsatz in messtechnischen Anwendungen in Labor- oder Produktionsumgebungen bis hin zu besonders datenintensiven Anwendungen mit Tausenden Kanälen mit Samplingraten von 100 kSps je Kanal aus.
Ihre Vorteile für die Mess- und Prüftechnik:
- extrem schnelle Zykluszeiten für präzise und effiziente Prozesse
- maximale Leistung mit Geschwindigkeiten von 1 GBit/s bzw. 10 GBit/s (EtherCAT G10)
- hohe Messqualität durch Zeitstempel, Distributed Clocks und Oversampling
- große Auswahl EtherCAT-kompatibler Sensoren und Aktoren
- flexible Anbindung anderer Feldbussysteme
Flexibel, modular und performant: die DNA von TwinCAT
Als durchgängige Entwicklungsumgebung integriert TwinCAT 3 sämtliche Engineering- und Runtime-Prozesse zur Realisierung aller Steuerungsaufgaben. Die Programmierung erfolgt nach den Programmierstandards der IEC 61131-3 mit Schnittstellen zu C/C++, MATLAB® und Simulink®. Auch anspruchsvolle Aufgaben in der messtechnischen Datenverarbeitung können mit TwinCAT problemlos gelöst werden, unterstützt durch eine breite Palette an Messtechnik-Funktionen, z. B. TwinCAT Scope als Visualisierung, TwinCAT Analytics zur Datenanalyse und SPS-Bibliotheken für Filter, Condition Monitoring, Power Monitoring, Vision und Machine Learning. Dank Microsoft Visual Studio als einheitliche Workbench werden unterschiedliche Versionsverwaltungssysteme unterstützt und das Arbeiten im Team vereinfacht.
TwinCAT-Highlights für die Mess- und Prüftechnik:
- performante Echtzeitplattform unterstützt Zykluszeiten von 50 µs und schneller
- vorgefertigte Softwarebausteine und Funktionen vereinfachen das Engineering
- mit wissenschaftlichen Entwicklungstools kombinierbar
- vielfältige Optionen zur Datenspeicherung und -auswertung
Unsere Produkt-Highlights für die Mess- und Prüftechnik
Das Signalspektrum der Automatisierung in einem System
Beckhoff liefert mit seinem Porftolio an Bus- und EtherCAT-Klemmen ein umfassendes Angebot an I/O-Modulen in Schutzart IP20 und IP67. Darüber hinaus wird eine breite Palette an Feldbussystemen unterstützt. Ergänzend zu den üblichen Signalarten und -kombinationen stehen viele weitere I/O-Module für spezielle Eingangssignale zur Verfügung: Strom, Spannung, Leistung, Temperatur, Widerstand, Thermoelemente sowie Messbrücken bis hin zu verschiedensten Encoderinterfaces, schnellen Impulszählern und I/O-Klemmen zur Ansteuerung von Motoren (kompakte Antriebstechnik). Mit den I/O-Modulen von Beckhoff können Sie sich Ihre maßgeschneiderte Lösung für Mess- und Prüfaugaben konfigurieren.
Ihre Highlights für die Mess- und Prüftechnik:
- umfangreiches Portfolio an EtherCAT- und Busklemmen
- zu maßgeschneiderten I/O-Konfigurationen kombinierbar
- verschiedene Formfaktoren und IP-Schutzklassen
- freie Topologiewahl durch umfangreiche Infrastrukturkomponenten
- Präzisions- und Standard-Auflösungen nach Bedarf mischbar
Systemintegrierte Highend-Messtechnik für DAQ-Anwendungen
EtherCAT-Messtechnikklemmen ELMxxxx sorgen sowohl im Produktionsumfeld als auch im Prüffeld für eine schlanke Steuerungsarchitektur. Als Teil des universellen EtherCAT-Klemmenbaukastens ergänzen sie diesen um präzise analoge Eingangsklemmen, die leistungsfähige Messfunktionen bieten. Die EtherCAT-Klemmen ELMxxxx sind die richtige Wahl für Messungen, bei denen es auf höchste Messgenauigkeit (0,01 %, 100 ppm) und eine schnelle, synchrone Erfassung ankommt. Mit den zwei Serien Basic (10…50 kSps pro Kanal, simultan) und Economy (1 kSps pro Kanal, multiplexed) wird aus dem universellen Klemmenbaukasten ein gleichermaßen flexibles wie leistungsfähiges DAQ-System.
Ihre Vorteile mit systemintegrierter Highend-Messtechnik:
- ersetzt externe DAQ-Systeme
- je Kanal bis zu 50.000 Samples/s mit simultaner Erfassung (Basic Line)
- klemmenübergreifende Zeitsynchronisation (Distributed Clocks)
- hohe Messgenauigkeit von bis zu ±0,01 % (100 ppm) und besser
- umfangreiche mathematische Funktionen und Filter einstellbar
- kombinierbar mit EtherCAT-Klemmen (ELxxxx, ESxxxx, ELXxxxx)
Präzise Messergebnisse – mit Brief und Siegel
Als Teil einer Messkette unterliegen auch EtherCAT-Klemmen besonderen Anforderungen hinsichtlich Reproduzier- und Nachvollziehbarkeit der Messergebnisse. Beckhoff unterstützt solche Fälle mit Werks-, DAkks- oder ISO 17025-Kalibirierzertifikaten für bestimmte EtherCAT-Klemmen der Serien EL3xxx und ELM3xxx. Die Zertifikate attestieren konkret die erreichten Abgleichpunkte und die Messunsicherheit beim Abgleich. Mit diesen Werten lässt sich z. B. die erzielbare Genauigkeit in der Applikation steigern, was einen konkreten Mehrwert darstellt. Das Zertifikat wird für einzelne Klemmen ausgestellt und ermöglicht eine exaktere Definition der gesamten Messkette bis auf den individuellen Messkanal und reduziert so die Messunsicherheit. Jedes Zertifikat ist anhand einer ID-Nummer eindeutig einer Klemme zugeordnet. Auch die Rekalibrierung am Fertigungsstandort Verl ist auf Wunsch verfügbar.
Ihre Vorteile einer Kalibrierung für die Mess- und Prüftechnik:
- Kalibrierzertifikate für verschiedene EtherCAT-Klemmen steigern die Präzision der Messkette
- Kalibrierte EtherCAT-Klemmen sind beliebig mit Standard-I/O-Komponenten kombinierbar
- Varianten mit Werks-, DAkkS- oder ISO-17025-Kalibrierzertifikat verfügbar
- Rekalibrierung der EtherCAT-Klemmen im Werk optional
Prozess- und Prüfstandsdaten effizient extrahieren
Daten von Maschinen, Anlagen oder Prüfständen sind wertvoll und müssen daher zuverlässig und sicher gespeichert werden. Genau das ermöglicht der TwinCAT Database Server, indem er den performanten Datenaustausch zwischen TwinCAT und verschiedensten Datenbanksystemen übernimmt: Neben relationalen Datenbanken wie z. B. Microsoft SQL, Oracle, MySQL oder SQLite werden auch NoSQL-Datenbanken wie MongoDB unterstützt, die bei wechselnden Messkampagnen ihre Vorteile ausspielen. Ähnlich flexibel wie die Datenbankanbindung ist auch das Arbeiten mit dem TwinCAT Database Server: Von der einfachen NoCode-Konfiguration über den PLC-Expert-Mode für Programmierer, die keine SQL-Befehle erstellen möchten, bis zum SQL-Expert-Mode mit maximaler Flexibilität für SQL-Spezialisten.
Ihre Vorteile für die Mess- und Prüftechnik:
- Messwerte aus dem Echtzeit-Kontext direkt in Datenbanken schreiben
- Unterstützung von relationalen und NoSQL-Datenbanken
- verschiedene Konfigurationsmodi erleichtern Projektierung und Auswahl der Messdaten
- SPS-Code-Generierung für einfache Umsetzung in der Steuerung
- vielfältige SPS-Funktionsbausteine für verschiedene Nutzergruppen
Messtechnikwelten verschmelzen
In vielen labortechnischen Anwendungen ist LabVIEW™ als Programmsprache, Rezeptverwaltung und HMI etabliert. Dennoch muss niemand auf die Vorzüge eines TwinCAT Systems mit seiner Vielfalt und Echtzeit verzichten: Über das bidirektionale TwinCAT 3 Interface for LabviewTM kann der Bediener über die gewohnte LabVIEW™ Oberfläche komfortabel auf sämtliche TwinCAT Daten und diese in der LabVIEW™ Anwendung einbinden. Es stehen mehrere Übertragungsmodi zur Auswahl, um schnelle Reaktionszeiten oder hohe Übertragungsbandbreiten zu ermöglichen. Für den Datenaustausch mit der TwinCAT-Runtime werden ADS-Client-VIs für LabVIEW™ bereitgestellt. Für die Synchronisation beider Systeme sorgt ein NTP-Client-VI.
Ihre Vorteile in der Mess- und Prüftechnik:
- optimiert Datenaustausch zwischen LabVIEW™ Benutzerebene und Beckhoff Hardware
- bidirektionale Kommunikation zwischen TwinCAT und LabVIEW™
- TwinCAT-Daten können in LabVIEW™ gestreamt, verarbeitet und angezeigt werden
- LabVIEW™ Daten können TwinCAT Systeme steuern und externe Messignale an TwinCAT übergeben
(LabVIEW™ and NI™ are trademarks of National Instruments®. Neither Beckhoff, nor any software programs or other goods or services offered by Beckhoff, are affiliated with, endorsed by, or sponsored by National Instruments®.)
Sie suchen Lösungen für spezielle Anwendungen?
TwinCAT Machine Learning – Künstliche Intelligenz auf der Steuerungsebene
Künstliche Intelligenz (KI) ist eine effektive Technologie, um Prozesse zu automatisieren. Maschinelles Lernen (ML) als KI-Methode eignet sich besonders für die Muster- oder Anomalieerkennung in großen Datenmengen. Allerdings fehlt es häufig an KI-Experten, um Künstliche Intelligenz in der Breite anwenden zu können.
Mit dem systemintegrierten KI-Baukasten TwinCAT Machine Learning können Programmierer auf Basis ihres Prozess-Know-hows auch ohne KI-Expertise qualitativ hochwertige KI-Modelle entwickeln und in der Maschinensteuerung in Echtzeit ausführen lassen.
TwinCAT Analytics – aus Daten wertvolle Informationen kreieren und verteilen
TwinCAT Analytics ist eine Produktfamilie für die umfassende Analyse von Maschinendaten, von einer einzigen lokalen Maschine bis hin zu vielen, über Standorte verteilte Maschinenparks. Mehrere Tools bilden den kompletten Workflow ab, von der Rohdatenerfassung und -bewertung mit verschiedenen Algorithmen bis zur Archivierung und Darstellung von Live- und historischen Maschinendaten, z. B. in TwinCAT Analytics One-Click Dashboards.
Mit der zunehmenden Verlagerung von On-Premises-Anwendungen in Cloud-Systeme besteht zudem die Anforderung, die Produktions- und Zustandsinformationen in diese Systeme einzuspeisen. Für die notwendige Konnektivität per OPC UA, MQTT oder REST sorgt TwinCAT IoT.
MATLAB® und Simulink® – starke Partner für TwinCAT
MATLAB® und Simulink® sind in Wissenschaft und Industrie etablierte Programmierumgebungen. Mit den TwinCAT Target for MATLAB® und Simulink® sowie TwinCAT Interface for MATLAB® und Simulink® unterstützt Beckhoff eine tiefe Integration beider Tools in TwinCAT.
Ausgehend von einem Engineering in Simulink® können instanziierbare TwinCAT Object Model (TcCOM) erzeugt werden, die direkt über eine Echtzeit-Task getriggert oder über andere TcCOM aufgerufen werden. Damit lassen sich z. B. in der Echtzeit ausführbare Beobachter bzw. virtuelle Sensoren erstellen oder das Verhalten nicht vorhandener Komponenten (Hardware-in-the-Loop) in Echtzeit simulieren. Mit TwinCAT Target for MATLAB® ist es möglich, die in der Skriptsprache MATLAB® entwickelten Funktionen mithilfe des MATLAB Coder™ in C/C++-Code zu übersetzen und in TwinCAT zu nutzen.
Condition Monitoring – steuerungsintegriert oder als Retrofit
Die Vorteile einer proaktiven Instandhaltung sind unbestritten: Die Zuverlässigkeit der Anlagen steigt, Instandhaltungskosten sinken und die Produktionsleistung bleibt auf einem konstant hohen Niveau.
Für das notwendige Condition Monitoring bietet Beckhoff mit seinem flexiblen Messtechnikprogramm und der TwinCAT Bibliothek Condition Monitoring alle notwendigen Werkzeuge für die Realisierung einer leistungsfähigen Zustandsüberwachung von Maschinen, basierend auf bewährter PC-basierter Steuerungstechnik und performanter Kommunikation via EtherCAT. Aber auch bei der Überwachung von Windkraftanlagen kommen unsere Condition-Monitoring-Produkte seit vielen Jahren zum Einsatz.
