Unternehmenszentrale Schweiz
Beckhoff Automation AG
Durchgängiges Konzept für Steuerung, Antriebe und Sicherheitstechnik
Schauspielhaus Nürnberg, Deutschland
Simtec Systems GmbH, Deutschland
Für die vielfältigen Antriebstechnikaufgaben, von der Steuerung sehr einfacher Antriebsvorgänge, wie Richtungskontrolle oder Positionserfassung, bis hin zu komplexen Servoabläufen, wie sie beispielsweise zur hochsynchronen Bewegungssteuerung der Ober- und Untermaschinerie oder für animierte Figuren erforderlich sind, bietet Beckhoff exakt skalierbare Antriebstechnikkomponenten. Das Leistungsspektrum reicht von der sogenannten kleinen Antriebstechnik mit den kompakten EtherCAT-Klemmen und den Servoklemmen, die im Gehäuse einer Reihenklemme einen kompletten Servoantrieb integrieren, bis zu den hochdynamischen Servoverstärkern mit bis zu 120 kW. Damit steht für jede Anwendung hinsichtlich Bauform, Leistung und Preis eine passende Lösung zur Verfügung. Bis zu 255 Achsen können auf einem Beckhoff Industrie-PC mit TwinCAT als Automatisierungssoftware zum Ablauf gebracht werden. Durch Kombination mehrerer Controller lassen sich aber auch 1.216 Achsen hoch synchron verfahren, wie es bei der kinetischen Installation „Kinetic Rain“ am Flughafen in Singapur realisiert wurde.
Mit der durchgängigen und skalierbaren Sicherheitslösung - von den Safety-I/O-Modulen bis zu den Antrieben – ist eine integrierte Sicherheitslösung bis SIL3 für fast alle Anwendungen im Bereich bewegter Objekte verfügbar. Vielfältige Kommunikationsschnittstellen und die Unterstützung aller gängigen Feldbussysteme sorgen für die notwendige Offenheit der Steuerung, um Fremdgeräte anzuschließen. Mit einer großen Auswahl an PC-Plattformen in allen Leistungskategorien und Bauformen, den Multitouch-Panels sowie TwinCAT, der modularen Automatisierungssoftware, stehen alle Komponenten zur Realisierung verschiedenster Control-Desk-Konzepte zur Verfügung. Komplettiert wird die Steuerung durch verschiedene Datenanbindungsoptionen sowie Cloud-Connectivity.
Unsere PC-basierte Steuerungstechnik hat sich seit 1980 weltweit in den unterschiedlichsten Branchen und Anwendungen, von der Maschinensteuerung über die Automatisierung von Windkraftanlagen bis hin zur Entertainment-Industrie, bewährt. Was vor 40 Jahren als Außenseiterposition galt, entwickelte sich sehr schnell zu einem Standard in der Automatisierungsbranche. Es folgten kontinuierlich innovative Produktentwicklungen, welche unsere PC-based-Control-Philosophie 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 unserer 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 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 Entertainment-Industrie, wie bewegte Objekte, Lichttechnik, AV- und Medientechnik und Gebäudeautomation. Weltweite Referenzen aus dem Bereich der mobilen und stationären Bühnen- und Showtechnik, aus Unique Applications und Entertainment-Technik belegen, dass sich die PC-basierte Steuerungstechnik optimal für die Umsetzung technisch anspruchsvoller Bühnenshows und medialer Inszenierungen eignet.
Ihr Vorsprung mit PC-based Control:
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 Entertainment-Industrie. Mehr als 6.000 Unternehmen weltweit haben sich in der EtherCAT Technology Group (ETG), der weltweit größten industriellen Feldbusnutzerorganisation, zusammengeschlossen. Auch mehr als zwanzig der renommiertesten Unternehmen im Bereich Entertainment sind Mitglieder der ETG.
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 Entertainment-Industrie 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 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:
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 allen Beckhoff-Kunden im Entertainment-Bereich 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.
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 der Bühnen- und Showtechnik zu automatisieren. Durch die Busklemmen kann eine Vielzahl an einfachen Gebäude-Bussystemen in die Steuerung integriert werden.
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. Neben den EtherCAT-Klemmen mit E-Bus-Anschluss lassen sich auch die bewährten Standard-Busklemmen mit K-Bus-Anschluss über den EtherCAT-Buskoppler BK1120 anschließen. Damit sind Kompatibilität und Durchgängigkeit zum bestehenden System gewährleistet, bestehende und zukünftige Investitionen werden geschützt. Durch die EtherCAT-I/Os ist es möglich, DMX in die Steuerung zu integrieren. EtherCAT-Klemmen kommen in nahezu jeder Entertainment-Anwendung zum Einsatz.
Das MX-System ermöglicht erstmals vollständig schaltschranklose Automatisierungslösungen im Maschinen- und Anlagenbau. Der aus einem Baukasten entstehende Verbund aus Baseplate und Funktionsmodulen vereint alle Aufgaben und Eigenschaften eines Schaltschrankes: Energieeinspeisung, -absicherung und -verteilung, Erzeugung und Überwachung von Hilfsspannungen, Ablaufsteuerung mit den Ein- und Ausgängen, Ansteuerung von Motoren und Aktuatoren sowie die Anschlussebene für die Feldgeräte. Die vollumfängliche Systemintegration aller Maschinenfunktionalitäten erfolgt über frei wählbare IPC-, Koppler-, I/O-, Drive-, Relais- und Systemmodule, die applikationsspezifisch konfiguriert und kombiniert werden können.
Der durchgehend systemische Ansatz ganzheitlich aufeinander abgestimmter und nach internationalen Standards zertifizierter Baugruppen verringert die Aufwände für Planung, Zusammenbau, Maschineninstallation sowie Instandhaltung enorm. Da erheblich weniger Komponenten als im klassischen Schaltschrankbau zur Realisierung der gleichen Anforderungen benötigt werden, wird das gesamte MX-System im Vergleich zu bisherigen Lösungen deutlich kompakter. Der Anlagen-Footprint wird reduziert, zudem erhöhen sich Anlagenverfügbarkeit und -flexibilität. In jeder Phase des Lebenszyklus einer Steuerungsanlage bietet das MX-System deutliche Vorteile gegenüber dem klassischen Schaltschrank.
Die Vorteile des MX-Systems für die Entertainment-Industrie auf einen Blick:
Damit der Systemintegrator die Sicherheit von bühnentechnischen Anlagen gewährleisten kann, stellt Beckhoff mit TwinSAFE eine in Soft- und Hardware skalierbare, zertifizierte Sicherheitslösung zur Verfügung. Die I/O-Komponenten sind in den Formaten Busklemme, EtherCAT-Klemme, EtherCAT-Steckmodul und EtherCAT-Box-Modul verfügbar und können für Applikationen bis SIL 3 nach EN 61508:2010 und Kat 4, PL e nach DIN EN ISO 13849-1:2016-06 eingesetzt werden. Durch die Möglichkeit, die sicherheitsrelevanten Signale mit einem Standard-Bussystem zu übertragen, ergeben sich erhebliche Vorteile in den Bereichen Planung, Installation, Betrieb, Wartung, Diagnose und bei den Kosten. Die sicherheitstechnische Applikation wird in der TwinCAT-Software konfiguriert und anschließend über den Feldbus auf eine TwinSAFE-Logic-Komponente übertragen, die das Herzstück des TwinSAFE-Systems bildet und mit allen in der Anlage befindlichen Sicherheitsgeräten kommuniziert. Dank des feldbusneutralen Safety-Protokolls (TwinSAFE/Safety over EtherCAT) können TwinSAFE-Geräte in beliebige Feldbussysteme integriert werden. Dazu werden sie in bestehende Netzwerke mit K-Bus oder EtherCAT eingebunden oder können als IP67-Modul direkt in der Maschine oder Anlage eingesetzt werden. Die Safety-I/Os bilden dabei die Schnittstelle zur sicherheitsrelevanten Sensorik und Aktorik. Auch auf dem Gebiet der Antriebstechnik kann die sicherheitstechnische Funktionalität integriert werden.
Im Bereich der kompakten Antriebstechnik setzt Beckhoff auf Modularität und skalierbare Leistung: Diverse Anschaltungen im Format einer K-Bus- oder EtherCAT-Klemme (IP20) unterstützen den Anschluss von AC- und DC-Motoren sowie Schritt- und Servomotoren verschiedener Leistungsklassen. Für den schaltschranklosen Einsatz stehen die EtherCAT-Box-Module in IP67 für Schritt- und DC-Motoren zur Verfügung. Die kompakte Antriebstechnik findet insbesondere in Themenparks, beispielsweise für animierten Figuren sowie in kinetischen Applikationen Anwendung; kleinere Hilfsachsen sind in nahezu allen Entertainment-Bereichen im Einsatz.
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 Entertainment-Industrie. 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.
Unsere Antriebstechnik stellt, in Kombination mit den Motion-Control-Lösungen der Automatisierungssoftware TwinCAT, ein vollständiges Antriebssystem für Positionieraufgaben in nahezu jeder Applikation im Entertainment Bereich dar. Ein Höchstmaß an Performance und Dynamik bieten die Servoverstärker-Baureihen AX5000 und AX8000 mit leistungsfähiger EtherCAT-Systemkommunikation. Beide Antriebssysteme können mit Sicherheitstechnik bis SIL3/PL e ausgestattet werden und eignen sich zur Realisierung von bühnentechnischen Anwendungen mit Leistungen bis 120 kW. Für die Bewegungssteuerung der spektakulären Bühneneffekte im Broadway Musical „Hamilton“ sind beispielsweise die Servoverstärker der Serie AX5000 im Einsatz.
Der AX5000 ist für ein Optimum an Funktion und Wirtschaftlichkeit ausgelegt. Die integrierte, schnelle Regelungstechnik unterstützt schnelle und hochdynamische Positionieraufgaben. EtherCAT als leistungsfähige Systemkommunikation ermöglicht die ideale Anbindung an die PC-basierte Steuerungstechnik und unterstützt die Kopplung zu anderen Kommunikationssystemen. 2-Kanal-Servoverstärker mit variabler Motorleistungsaufteilung optimieren die Packungsdichte und die Kosten eines Antriebskanals.
Das auf EtherCAT basierende Multiachs-Servosystem AX8000 ermöglicht mit extrem kurzen Regelzyklen hochpräzise Positionier- und Bearbeitungsvorgänge. Seine kompakte Baugröße reduziert den Platzbedarf im Schaltschrank. Das Multiachs-Servosystem lässt sich einfach zur mehrkanalige Antriebslösungen ausbauen, indem an das zentrale Einspeisemodul die benötigte Anzahl von ein- oder zweikanaligen Achsmodulen angereiht wird. Der AX8000 unterstützt OCT, die Einkabellösung für Power und Feedback von Beckhoff und ist abgestimmt auf die Servomotoren der Serien AM8000 (Standard) und AM8500 (erhöhte Trägheit). Die Synchron Servomotoren der Serie AM8000 zeichnen sich durch hohe Dynamik und Energieeffizienz aus. Durch ihr niedriges Rotorträgheitsmoment und eine sehr hohe Überlastfähigkeit sind sie zur Realisierung hochdynamischer Applikationen geeignet. Die sieben Flanschgrößen mit bis zu vier Baulängen decken ein weites Drehmomentspektrum von 0,2 bis 129 Nm ab. Die Ausstattung mit Einkabeltechnologie reduziert die Material- und Inbetriebnahmekosten.
Die Serie AM8500 erweitert das Servomotoren-Programm um eine komplette Baureihe mit erhöhtem Rotorträgheitsmoment und deckt einen weiten Leistungsbereich mit vier Baugrößen und je drei Baulängen von 1,37 bis 41 Nm Stillstandsdrehmoment ab. Aufgrund der hohen Rotorträgheit eignet sich der AM8500 in Bereichen, in denen eine hohe externe Trägheit bewegt werden muss. Er neigt weniger schnell zum Schwingen und lässt sich wesentlich einfacher am Servoregler auf die Applikation einstellen.
Die neue 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:
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 Entertainment-Bereich 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.
Die Automatisierungssoftware TwinCAT integriert Echtzeitsteuerung mit SPS-, NC- und CNC-Funktionen in einem Paket. Die Programmierung der Beckhoff Steuerungen erfolgt einheitlich mit TwinCAT, nach den Programmierstandards der IEC 61131-3. Mit TwinCAT 3 stehen neben der IEC 61131-3 auch C/C++, MATLAB® und Simulink® als Programmiersprachen zur Verfügung.
TwinCAT-3-Highlights
Die Software TwinCAT Kinematic Transformation integriert die Robotersteuerung in die Automatisierungssoftware, so dass SPS, Motion Control und Robotik auf einem Industrie-PC zum Ablauf kommen. Die Konfiguration und die Programmierung erfolgen komplett in TwinCAT, sodass Engineeringzeit und -kosten deutlich reduziert werden können. Neben dem Kartesischen Portal, der seriellen 2-D-Kinematik, der 2-D-Parallelkinematik und der 3-D-Delta-Kinematik sind auch 6-Achs-Kinematiken einfach realisierbar. Die Auswahl und Parametrierung der jeweiligen Kinematik erfolgt komfortabel im TwinCAT System Manager. Dort werden im Kinematikkanal – neben dem Typ (z. B. Delta oder SCARA) – auch die Stablängen und Versätze parametriert. Für eine Dynamikvorsteuerung können Massen und Massenträgheiten vorgegeben werden. Zusätzlich umfasst die Softwarebibliothek auch Tracking-Funktionalitäten.
Die nahtlose Integration der Roboterkinematiken in die Steuerung macht nicht nur eine zusätzliche Roboter-CPU überflüssig, sondern sorgt auch für eine optimale Interaktion und Synchronisation mit der SPS und den bestehenden Motion-Control-Funktionen: Direkte Schnittstellen ersetzen die aufwendige Kommunikation zwischen unterschiedlichen Steuerungen und Systemen. Daraus resultieren eine hohe Performance und eine verbesserte Genauigkeit.
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 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: von der lokalen Panel-Lösung bis zu Multi-Client-, Multi-Server- und Multi-Runtime-Konzepten.
Beckhoff setzt auf IT-Standards:
PC-based Control von Beckhoff bietet Automationslösungen für die stationäre Bühnentechnik.
PC-based Control von Beckhoff integriert alle Gewerke der mobilen Show- und Konzerttechnik.
PC-based Control von Beckhoff automatisiert Installationen mit Licht, Wasser und Kinetik.
PC-based Control von Beckhoff unterstützt Entertainment-Technik – vom Freizeitpark bis zum TV-Studio.
