PC-based Control integriert AV- und Medientechnik in die Gebäudesteuerung

PC-basierte Steuerungstechnik vereinfacht die Realisierung technisch anspruchsvoller medialer Inszenierungen

Die PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff hat sich seit 1980 weltweit in den unterschiedlichsten Branchen und Anwendungen, von der Maschinensteuerung über die Automatisierung von Windkraftanlagen bis hin zur Gebäudeautomation und zur AV- und Medientechnik, bewährt. Was vor 40 Jahren als Außenseiterposition galt, entwickelte sich sehr schnell zu einem Standard in der Automatisierungsbranche. Es folgten kontinuierlich innovative Produktentwicklungen, welche die PC-based-Control-Philosophie von Beckhoff untermauerten und heute als Meilensteine in der Automatisierungstechnik gelten, wie zum Beispiel das modulare Busklemmensystem, EtherCAT, der Highspeed-Feldbus, oder der Embedded-PC. Basis für die universelle Einsetzbarkeit der Beckhoff Steuerungslösung ist ihre Modularität, ihre leistungsmäßige Skalierbarkeit und ihre Offenheit gegenüber anderen Systemen und Tools.

PC-based Control von Beckhoff steht für eine modular aufgebaute und in allen Komponenten maximal skalierbare Steuerungslösung, die alle Automatisierungsfunktionen in Software abbildet: Neben Ablaufsteuerung, Motion Control und Visualisierung sind auch Sicherheitstechnik, Messtechnik, Condition Monitoring und Robotik in die Steuerungsplattform integriert. Das Grundprinzip von PC-based Control ist denkbar einfach: Es beruht auf einem leistungsfähigen Industrie-PC, einer performanten Feldbusanschaltung mit den angeschlossenen Peripheriegeräten für Sensorik und Aktorik sowie TwinCAT, der echtzeitfähigen Automatisierungssoftware für Motion Control und Logik. Die konsequente Nutzung von Mainstream-Technologien der IT-Welt und ihre Konvergenz zu Prinzipien der Automatisierungstechnologie haben zu einer immer weiter voranschreitenden Leistungs- und Funktionssteigerung sowie zu einer deutlichen Kostenreduktion geführt. Ergänzt wird die Beckhoff Steuerungsplattform durch ein umfangreiches Portfolio an Antriebstechnikkomponenten.

Mit PC-based Control verfügt der Systemintegrator über einen umfangreichen Komponentenbaukasten zur Automatisierung der unterschiedlichen Gewerke im Bereich der AV- und Medientechnik, wie Audio- und Videosteuerung, Gebäudeautomation, Digital Signage Control sowie Bedienen und Beobachten. Weltweite Referenzen aus den Bereichen Meeting und Konferenz, Leitstellen, Gebäudeautomation und Entertainment-Technologie belegen, dass sich die PC-basierte Steuerungstechnik optimal für die Umsetzung technisch anspruchsvoller medialer Inszenierungen eignet.

Ihr Vorsprung mit PC-based Control:

• Hohe Performance zur hochgenauen Regelung von Prozessen und Applikationen durch:
  • Industrie-PCs mit leistungsstarken Prozessoren der neuesten Generation
  • TwinCAT, die Software für Engineering und Echtzeitsteuerung
  • EtherCAT, den Hochgeschwindigkeitsfeldbus
• Durchgängigkeit: eine Steuerung für alle Gewerke einer medientechnischen Applikation
• Offenheit: einfache Nutzung von 3rd-Party-Software (Audioplayer, C#, C++, Grafische Tools, etc.)
• Nutzung von Standardkomponenten, Programmierstandards und Netzwerken
• Modularität: ermöglicht Funktionserweiterung und -änderung der Steuerung zu jedem Zeitpunkt
• Skalierbarkeit: Komponenten in allen Leistungskategorien und Bauformen
• umfangreiche Connectivity: von der horizontalen Kommunikation der Geräte untereinander bis zur Cloud-Anbindung
• hohe Verfügbarkeit: durch fortschrittliche Diagnose und prädiktive Wartungsfunktionen
• Beckhoff ist kompletter Systemanbieter mit tiefem Technologieverständnis

Highspeed-Kommunikation mit EtherCAT

EtherCAT wurde durch Beckhoff im Jahre 2003 auf den Markt gebracht und als offener Standard der Automatisierungstechnik zur Verfügung gestellt. Mit Zykluszeiten weit unter 1 ms, überragender Synchronisationsgenauigkeit, flexibler Topologiewahl, umfangreicher Diagnose und einfacher Konfiguration eignet sich EtherCAT auch optimal für den Einsatz in der AV- und Medientechnik. Mehr als 5.600 Unternehmen weltweit haben sich in der EtherCAT Technology Group (ETG), der weltweit größten industriellen Feldbusnutzerorganisation, zusammengeschlossen.

Beckhoff liefert die größte Zahl an EtherCAT-kompatiblen Automatisierungsmodulen sowohl für I/Os als auch für die Antriebstechnik. Aufgrund der weltweiten Unterstützung von EtherCAT steht auch eine große Anzahl EtherCAT-kompatibler Sensoren und Aktuatoren im Markt zur Verfügung, wodurch eine hohe Investitionssicherheit gewährleistet ist. Die Performance von EtherCAT unterstützt Kreative und Ingenieure im Bereich der AV- und Medientechnik auch bei der Realisierung von Unique Applications. So ist eine Kundenapplikationen, wie zum Beispiel „Kinetic Rain“ bei der 1216 Achsen synchronisiert werden, nur auf der Basis von EtherCAT realisierbar. Mit EtherCAT lässt sich fast jedes Ereignis in einer Show, einem Museum, Theater oder Themenpark synchronisieren, was mit dedizierter Hardware, den sog. Blackboxes, wie sie üblicherweise zum Einsatz kommen, in der Regel nicht möglich ist. Auch die Entwicklung der DMX-Klemme, die 512 Byte Prozessdaten benötigt, gründet auf EtherCAT; denn Stand heute ist dies mit keinem anderen Feldbussystem möglich.

Die generellen Vorteile von EtherCAT sind:

• hohe Geschwindigkeit
• einfache Diagnose
• Ansteuerung von bis zu 65.000 Teilnehmern
• EtherCAT ermöglicht die Übertragung von bis zu 64 kBit pro Slave
• perfekte Synchronisation

High-Performance unterstützt SMPTE-Timecode für die AV- und Medientechnik

Die XFC-Technologie (eXtreme Fast Control Technology) ist eine extrem schnelle Steuerungslösung basierend auf einer optimierten Steuerungs- und Kommunikationsarchitektur. Sie besteht aus einem modernen Industrie-PC, ultraschnellen I/O-Klemmen mit erweiterten Echtzeiteigenschaften, dem Highspeed-Ethernet-System EtherCAT und der Automatisierungssoftware TwinCAT. Mit XFC ist es möglich, I/O-Response-Zeiten < 100 μs zu realisieren. Aufgrund ihrer Schnelligkeit ist die XFC-Technologie bei nahezu all unseren Kunden im Bereich der AV- und Medientechnik im Einsatz.

Die Entwicklung dieser schnellen Steuerungstechnologie war auch die Voraussetzung zur Unterstützung des SMPTE-Timecode-Standards durch die Beckhoff Steuerung. Der SMPTE-Timecode ist ein von der Society of Motion Picture and Television Engineers SMPTE (Gesellschaft der Film- und Fernsehtechniker) definierter Standard für absolute Zeitangaben, die mit Medienmetadaten übertragen werden. Der SMPTE-Timecode wird hauptsächlich zur Synchronisierung der verschiedenen Spuren (Ton/Geräusch, Sprache, Special-Effects, Texte usw.) in einer Medienproduktion verwendet.

EtherCAT-I/O-Klemmen automatisieren jede Funktionalität in der AV- und Medientechnik

1995 hat Beckhoff die Busklemme auf den Markt gebracht, die sich seitdem zu einem der wichtigsten Technologiestandards der Automatisierungstechnik entwickelt hat. Im Jahr 2003 folgte die Entwicklung des schnellen Kommunikationssystem EtherCAT. Von Beckhoff als offenes System auf den Markt gebracht, wurde es innerhalb weniger Jahre zu einem Weltstandard in der Automatisierung. Mit rund 100 Signalarten steht Anwendern ein umfangreiches EtherCAT-I/O-Klemmenportfolio zur Verfügung, das sowohl hinsichtlich seiner Leistungsfähigkeit als auch seiner Varianz hervorragend geeignet ist, um jede Funktionalität in medientechnischen Anwendungen zu automatisieren. Durch die Busklemmen kann eine Vielzahl an einfachen Gebäude-Bussystemen, wie beispielsweise KNX/EIB, DALI, M-Bus und MP-Bus in die Steuerung integriert werden. Damit sind Kompatibilität und Durchgängigkeit zum bestehenden System gewährleistet; bestehende und zukünftige Investitionen werden geschützt.

Im Unterschied zu den Busklemmen, bei denen das Feldbussignal im Buskoppler auf den internen, feldbusunabhängigen Klemmenbus umgesetzt wird, bleibt das EtherCAT-Protokoll bei EtherCAT-Klemmen bis zur einzelnen Klemme vollständig erhalten. Durch die EtherCAT-I/Os ist es möglich, DMX und SMPTE-Timecode in die Steuerung zu integrieren. EtherCAT-Klemmen kommen in nahezu jeder Entertainment-Anwendung zum Einsatz.

Der universelle Grundbaustein für die Automatisierung

Die Verdrahtung der I/O-Signale erfolgt dezentral an Feldbusgeräten oder zentral an der Steuerung. Die verfügbaren herstellerspezifischen Feldbusgeräte mit fester Ein-/ Ausgabekonfiguration und Bauform machen es erforderlich, dass oft ein ganzes Bündel von Geräten mit ähnlichen Funktionen eingesetzt werden muss. Aus dieser aufwendigen Signalerfassung resultieren hoher Material-, Installations-, Planungs- und Dokumentationsaufwand sowie hohe Kosten bei späteren Änderungen oder Erweiterungen. Lagerhaltung und Servicepersonal werden unnötig belastet. Mit den Busklemmen hat Beckhoff 1995 ein offenes und feldbusneutrales I/O-System auf den Markt gebracht, das aus elektronischen Reihenklemmen besteht. Der Kopf einer elektronischen Reihenklemme ist der Buskoppler, mit der Schnittstelle für den Feldbus; es stehen Buskoppler für alle führenden Feldbussysteme zur Verfügung.

Mit den Masterklemmen sind Feldbusfunktionalitäten auch in Form einer Standardbusklemme verfügbar. Dies ist besonders für Bussysteme von Vorteil, die als Subsystem in ein übergeordnetes System integriert werden. Damit wird nur ein System für das Subsystem und die übergeordnete Busanschaltung benötigt. Die Masterklemmen sind für folgende Gebäude-Bussysteme verfügbar: BACnet MS/TP, KNX/EIB, DALI/DALI-2, DMX, MP-Bus, M-Bus, SMI, EnOcean, Modbus und weitere.

Einfache Panel-Anbindung im Feld

CP-Link 4, die Einkabellösung zur Übertragung von Videosignal, USB 2.0 und Stromversorgung über ein handelsübliches Cat.6A-Kabel, erlaubt das Absetzen des Bedienpanels vom PC bis zu einer Entfernung von 100 Metern. Kabel- und Montagekosten werden mit der Einkabellösung reduziert. Ein weiterer Vorteil besteht im Einsatz von rein passiven Displays. Die CP-Link-4-Technologie wird von den Beckhoff Multitouch-Panel-Serien CP29xx-0010 (Einbauvariante) und CP39xx-0010 (Tragarmvariante) unterstützt und ist für viele medientechnische Anwendungen interessant.

Extrem platzsparend, flexibel erweiterbar und robust: die neue Generation der ultrakompakten Industrie-PCs

Die mit dem C6015 gestartete Serie ultrakompakter Industrie-PCs hat sich durch ihre flexiblen Einsatzmöglichkeiten äußerst erfolgreich am Markt positioniert. Als robuster Schaltschrank-IPC mit einer Intel^®-Atom™-CPU mit bis zu vier Kernen mit 1,91 GHz eignet sich der C6015 für Automatisierungs-, Visualisierungs- und Kommunikationsaufgaben. Die geringen Abmessungen von 82 x 82 x 40 mm und die flexiblen Montagemöglichkeiten machen den lüfterlosen Multi-Core-PC zur idealen Steuerung für Anwendungen mit hoher Leistungsanforderung bei minimalem Einbauraum in nahezu allen Bereichen der AV- und Medientechnik. Aufgrund der standardmäßig verfügbaren Schnittstellen zur Übertragung von elektrischen Signalen, IP-, Bild- und Tonsignalen eignet sich der C6015 beispielsweise zur kostengünstigen Ansteuerung von Media Walls.

Der nur 82 x 82 x 66 mm große Multicore-Rechner C6017 ergänzt die Familie um eine Variante mit weiteren optionalen Schnittstellen. Wegen seiner hohen Rechenleistung und des lüfterlosen Aufbaus eignet sich der C6025 besonders gut für anspruchsvolle Steuerungsanwendungen, die auch den Aspekt der Green-IT berücksichtigen. Die Grundlage dafür bildet der Prozessor Intel^® Core™ i U, der deutlich weniger Energie aufnimmt. Mit dem C6030 stehen Vorteile, wie geringer Platzbedarf, universelle Einsetzbarkeit sowie flexible Montage auch für komplexe Applikationen mit höchsten Leistungsanforderungen zur Verfügung. Der C6032 verfügt über eine weitere Platinenebene für modulare Schnittstellen- und Funktionserweiterungen. Durch die Verwendung von kompakten PCIe-Modulen lässt er sich perfekt an die jeweilige Multimedia-Anwendung und das Anforderungsprofil anpassen.

Ansteuerung von DMX-Geräten über die DMX-Klemme

DMX ist das Standardprotokoll für die Ansteuerung von Geräten der professionellen Bühnen- und Veranstaltungstechnik, wie sie beispielsweise zur dynamischen Beleuchtung von Show- und Verkaufsräumen, sowie für exklusive Licht- und Farbspiele in prestigeträchtigen Gebäuden, wie Hotels und Veranstaltungszentren, eingesetzt werden. Bei DMX-Geräten in Form von statischen Lichtquellen werden Farbmischungs- und Helligkeitswerte übermittelt, bei bewegten Lichtquellen werden zusätzlich Raumkoordinaten kommuniziert. Die hohe Übertragungsrate von EtherCAT ermöglicht eine höhere Aktualisierungsrate der Lichteinstellungen und bewirkt, dass die Licht- und Farbwechsel vom Auge harmonischer wahrgenommen werden. Mit der EL6851 können DMX-Geräte mit drei Achsen, wie z. B. Scanner, Moving Heads oder Spotlights, angesteuert werden. Zusätzlich kann über die EL6851 das RDM (Remote Device Management)-Protokoll gefahren werden. RDM ist eine Erweiterung des DMX-Protokolls und ermöglicht die Adressierung und Parametrierung der Geräte. Hierzu stehen dem TwinCAT-Nutzer entsprechende Bibliotheken zur Verfügung.

Anbindung von DMX-Steuerungen

DMX ist das Standardprotokoll für die Ansteuerung von Geräten der professionellen Bühnen- und Veranstaltungstechnik, wie sie beispielsweise zur dynamischen Beleuchtung von Show- und Verkaufsräumen, sowie für exklusive Licht- und Farbspiele in prestigeträchtigen Gebäuden, wie Hotels und Veranstaltungszentren, eingesetzt werden. Neben der DMX-Masterklemme EL6851 zur Ansteuerung von DMX-Slaves, bietet Beckhoff mit der DMX-Slave Klemme EL6851-0010 eine Möglichkeit, DMX-Konsolen (oder andere DMX-Master-Formen) anzubinden. Auf diese Weise kann eine beliebige DMX-Konsole als Bedieneinheit für die Beckhoff Steuerung eingebunden werden. Die Steuerung über eine DMX-Konsole kann auch mit anderen Steuerungsformen, wie einer HMI oder Bedienpulten verbunden werden.

Über die DMX-Slaveklemme EL6851-0010 können die Eingangsdaten der DMX-Konsole durch die Beckhoff Steuerung auf beliebige andere Signale im Steuerungssystem verknüpft werden. Auch nicht DMX-fähige Geräte, wie DALI-Lampen oder Busklemmen, lassen sich über die DMX-Konsole ansprechen. Neben der DMX-Slave Klemme EL6851-0010 bietet Beckhoff auch die Integration von Lichtkonsolen per sACN, Art-Net™, PosiStageNet oder OSC an.

Einbindung von OCA-fähigen Audioanlagen in die PC-Steuerung

Der AES70-Standard wurde von der Audio Engineering Society mit Sitz in New York publiziert und definiert ein skalierbares Steuerungsprotokoll für professionelle Audiogeräte. Es beschreibt die Überwachung und Steuerung von Geräten, nicht jedoch den Transfer von Mediendaten. Mit den Funktionsbausteinen der SPS-Bibliothek TwinCAT 3 AES70 (OCA) Communication kann ein Datenaustausch zwischen einer TwinCAT SPS und einem (Audio)-Gerät, das den AES70-(OCA)-Standard unterstützt, hergestellt werden. Der Anwender kann Eigenschaften verschiedener Objekte in einem Gerät (OCA Device) abfragen bzw. setzen. Hierzu stehen Funktionsbausteine wie Gain, Mute und Switch zur Verfügung. Sie setzen beliebige OCA-Strukturen um und bilden beliebige OCA-Geräte ab. Für Geräte der Firma d&b audiotechnik bietet Beckhoff vorgefertigte Bausteine.

Mit TF8810 können OCA-fähige Audioanlagen in die PC-basierte Steuerungsplattform von Beckhoff eingebunden und mit Komponenten aus dem breiten Spektrum der Bedienpanel und I/Os kombiniert werden. TF8810 beinhaltet eine Lizenz für TF6310.

Leistungsstark, zuverlässig und flexibel erweiterbar: die Embedded-PC-Serie für Steuerungsaufgaben in der AV- und Medientechnik

Die kompakten Hutschienen-PCs der Serie CX mit direkt anreihbarer I/O-Ebene bieten eine platzsparenden Industrie-Steuerung im Schaltschrank. Das umfangreiche Produktspektrum an Embedded-Controllern von Beckhoff umfasst für jede Anwendung ein auf Budget, Leistungsklasse und Komplexität der Steuerungsaufgabe zugeschnittenes Gerät. Die einzelnen Geräte der CX-Serie unterscheiden sich, neben der CPU, in den verfügbaren Systemschnittstellen und Netzteilvarianten und lassen sich als modulares Steuerungssystem je nach Aufgabenstellung im Bereich der AV- und Mediensteuerung zusammenstecken und erweitern.

Die CX-Familie umfasst mehrere CPU-Grundmodule mit unterschiedlichen Prozessoren zur leistungsgerechten Anpassung an die jeweilige Steuerungsaufgabe. Dadurch lassen sich auf gleicher Hardware unterschiedliche Anwendungen realisieren, beispielsweise ein SPS- und Motion-Control-System mit DVI/USB-Interface oder ein Multimediasystem mit Audio-Interface.

Die leistungsfähigsten Geräte der CX-Serie sind die CX20x2, ausgestattet mit Intel^®-Xeon^®-Prozessoren und separater Grafikeinheit. Mit ihnen lassen sich sogar anspruchsvolle Visualisierungen realisieren.

Größte Flexibilität für bewährte und neue Bedienkonzepte mit Multitouch

Die Beckhoff Panel-Generation mit industrietauglichem Multitouch-Display bietet die passende Lösung für jede Anwendung. Auch für Singletouch-Anwender ist die neue Panel-Generation, aufgrund ihres optimierten Preis-Leistungsverhältnisses, eine elegante Alternative.

Highlights:

• Displaygrößen von 7 bis 24 Zoll (16:9, 5:4, 4:3)
• Landscape- und Portrait-Modus
• multitouch (PCT): z. B. für 5-Finger- oder 2-Hand-Touch
• hohe Touchpunktdichte zur sicheren Bedienung
• hochwertiges Aluminiumgehäuse, aus dem Vollen gefräst
• umlaufender Metallschutz für die Displayfront
• Einbau- oder Tragarmgeräte
• Control Panel mit CP-Link 4 oder DVI-/USB-Extended-Technology
• Panel-PCs mit CPUs von Intel^® Atom™ bis Core™ i7
• optionale elektromechanische Tastererweiterung

Optimierte Grafikfunktionalität mit dem DisplayPort

Der DisplayPort überträgt gleichzeitig Bild-und Tonsignale und ist dafür geeignet, Panels oder Monitore an den Embedded-PC anzuschließen. Die Embedded-PC-Geräte CX5130, CX5140 und CX20x0 sind mit Display-Port verfügbar und erlauben den Anschluss eines Monitors mit einer Auflösung von bis zu 2560 x 1600 bei 60 Hz. Über die DVI-Schnittstelle kann jeweils ein zweiter Monitor angesteuert werden. Dies ermöglicht vielfälltigen Einsatz in medientechnischen Anwendungen.

Schnell zur individuellen Bedienoberfläche

TwinCAT HMI setzt konsequent auf weitverbreitete IT-Standards wie HTML5, Java Script und CSS. Durch die Integration eines vollgrafischen Editors mit einer umfangreichen Toolbox in die gewohnte TwinCAT-Engineering-Umgebung ist die Erstellung umfangreicher Visualisierungsseiten für Multimedia-Anwendungen mit wenig Aufwand möglich. Kundenspezifische Funktionen, die nicht Bestandteil der Visualisierungstoolbox sind, können über oben genannte IT-Standards oder auch höhere Programmiersprachen umgesetzt werden. Die erstellten Visualisierungen sind clientseitig plattformunabhängig und responsive. Die leistungsfähige Basisarchitektur ermöglicht zahlreiche Anwendungsszenarien im medientechnischen Bereich: von der lokalen Panel-Lösung bis zu Multi-Client-, Multi-Server- und Multi-Runtime-Konzepten für Digital-Signage-Anwendungen, Bedienoberflächen für medientechnische Anwendungen, Raumbedieneinheiten oder sonstige HMI.

Beckhoff setzt auf bewährte IT-Standards:

• Visual Studio^® für das Engineering
• HTML5 für das Design
• TLS für die sichere Kommunikation
• Ausführung der Bedienoberfläche auf jedem HTML-fähigen Browser, unabhängig von Betriebssystem, Auflösung, Display

TF6310 bildet die Grundlage zur Unterstützung von sACN, Art-Net™, PosiStageNet, QSC und PJLink

TwinCAT TCP/IP TF6310 dient der Implementierung und Realisierung eines oder mehrerer TCP/IP-Server und/oder TCP/IP-Clients in der TwinCAT-3-PLC. Für den Kommunikationsauf- und -abbau sowie für den reinen Datenaustausch (Send und Receive) existieren entsprechende Bausteine. Hierbei unterstützen die Funktionsbausteine auch die Verwendung von Multicast-Adressen. Viele der Kommunikationsschnittstellen im Bereich der AV- und Medientechnik basieren auf TCP/IP, weshalb TF6310 in nahezu allen Multimedia-Projekten mit Beckhoff Steuerungstechnik eingesetzt wird. TF6310 bildet die Grundlage zur Unterstützung von sACN, Art-Net™, PosiStageNet, QSC und PJLink.