Kompakt, robust, offen
Motion Control-System auf Embedded-PC-Basis

Zusätzlich zur High-End-Lösung Simotion P350 gibt es seit kurzem von Siemens-Division Drive Technologies das auf einem Embedded-PC aufsetzende System Simotion P320 für den mittleren Leistungsbereich. Dieses Motion Control-System ist kompakt, robust und fast so performant wie sein großes Pendant.
Die Produktfamilie Simotion bestehend aus der kompakten, in das Antriebssystem Sinamics S120 integrierten Variante Simotion D, der modularen, Controller-basierten Simotion C und der offenen, auf einem Industrie-PC aufsetzenden Plattform Simotion P. Im Bereich der PC-Lösungen wurde die Reihe nun weiter diversifiziert: Zusätzlich zur High-End-Lösung Simotion P350 hat Siemens das auf einem Embedded-PC aufsetzende System Simotion P320 für den mittleren Leistungsbereich vorgestellt. Basierend auf industriebewährter, wartungsfreier Hardware, zielt das neue Motion Control-System auf alle Anwendungen, die auf geringem Raum integrierte Motion Control-, PLC-, Technologie- und PC-Funktionalität fordern. Wobei auch ein „Headless“-Betrieb ohne Visualisierung möglich ist.

Auf engstem Raum

Hardware-Basis ist die jüngste Generation Microbox-PC Simatic IPC427C. Mit seinen kompakten Einbaumaßen ist das Gerät prädestiniert für den maschinennahen Einsatz in kleineren Schaltschränken und -pulten. Auf bewegliche Bauteile wie Festplatte und Lüfter wurde verzichtet, wodurch sich eine im Vergleich zum konventionell aufgebauten System Simotion P350, höhere Schock- bzw. Vibrationsfestigkeit und damit noch höhere Robustheit ergibt. Durch den Wegfall aller drehenden Teile ist der Controller wartungsfrei. Alle verbauten Komponenten sind für einen 24-Stunden-Dauerbe­trieb ausgelegt. Bei der empfohlenen Hutschienenmontage reicht der Temperaturbereich von 0 bis +55 °C, bei anderen Einbauvarianten wie der Wand-, Buch- und Frontbuchmontage liegt die Obergrenze bei +45°C. Um evtl. spätere Ausfälle schon frühzeitig im Werk zu erkennen, durchläuft jedes Gerät einen 24-stündigen Run-In-Test. Das Ganzmetall-Gehäuse bietet einen hohen Schutz vor elektromagnetischen Einflüssen.

Hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit

Herzstück des Embedded-Systems ist Intels neuer Prozessor Core 2 Solo mit einer Taktfrequenz von 1,2GHz, einem Frontside Bus mit 800 MHz und einem Second Level Cache (SLC) von 3MByte. Als erster Industrie-PC mit DDR3-SDRAM (2 GByte) bietet das System viel schnellen Arbeitsspeicher, der zu kurzen Reaktionszeiten in der Anwendung beiträgt. Die Funktion der Festplatte übernimmt eine PC-based CompactFlash-(CF)-Karte mit einer Speicherkapazität von 4GByte. Die Speicherkarte kann ohne Spezialwerkzeug gesteckt bzw. gezogen und so notfalls auch schnell ausgetauscht werden. Für Serien-Inbetriebnahmen lässt sich mit Hilfe des Image Creators von Siemens ein vorgefertigtes Systemabbild auf die CF-Karte aufspielen und vervielfältigen. Durch diese Möglichkeit werden die Vorteile eines PCs mit den Vorteilen eines Controllers in einem Gerät zusammengeführt. Treibende Kraft auf Betriebssystemebene ist Windows Embedded Standard 2009 mit der Echtzeiterweiterung für Simotion. Bereits vorinstalliert ist darüber hinaus auch das Simotion-Runtime-System, sodass der Anwender einen einschaltfertigen Motion Controller erhält.

Einschaltfertiger Motion Controller

Der sogenannte Enhanced Write Filter (EWF) sorgt dafür, dass Daten immer erst in den Arbeitsspeicher geschrieben werden, und ein Schreiben auf die CF-Karte nur auf ausdrücklichen Befehl zulässt. Das reduziert die Zahl der Schreibzyklen und schützt zudem vor versehentlichen Änderungen z.B. bei der Inbetriebnahme, die somit keine ungewollten Auswirkungen auf das System haben. Damit wird beim Neustart des Embedded-PC immer ein funktionsfähiges System von der CF-Karte geladen.

Kurzzeitige Netzausfälle bis zu 5µs werden überbrückt

Zur Datensicherheit trägt zudem das interne Netzteil bei, indem es kurzzeitige Netzausfälle bis zu 5µs überbrückt. Im batteriegepufferten SRAM werden Prozessdaten wie z.B. Achspositionen auch bei einem plötzlichen Spannungsabfall sicher abgespeichert. Für dauerhaft hohe Betriebssicherheit sind Überwachungsfunktionen für Batterie, Temperatur und Programmablauf integriert und frontseitige LEDs visualisieren wichtige Betriebszustände für eine einfache Eigendiagnose.

Offenheit in Hard- und Software

Stand der Technik sind vier USB2.0-Ports (High Current) zum Anschluss gängiger PC-Peripherie wie Tastatur/Maus, USB-Festplatten, USB-Sticks, Drucker oder ähnlichem. Eine serielle COM1-Schnittstelle bindet im Automatisierungsumfeld verbreitete Komponenten an. Die Einbindung von HMI-Geräten anderer Anbieter ist über die gewohnten Standard-Mechanismen von PLC­open möglich. Zu den Kernaufgaben eines Motion Controllers zählt hoch dynamische Kommunikation speziell auch in verteilten Antriebslösungen. Simotion P320 ist dazu mit einem integrierten 3-Port-Switch auf Basis des Profinet-Asics Ertec400 ausgerüstet. Dadurch lassen sich ohne zusätzliche externe Switches individueller Netzwerk-Topologien (Linie, Stern oder Baum) aufbauen. Den Profinet-Spezifikationen entsprechend ist das Embedded-System ein Profinet-IO-Controller und bietet folgende Funktionen:
–
Kommunikation als Profinet-IO Controller

oder als sogenannter I-Device (Controller

und Device gleichzeitig)
–
Full-Duplex-Kommunikation mit 100 Mbit/s mit Unterstützung der Echtzeitklassen IRT (Isochronous

Real-Time) mit Taktraten von bis zu 250 µs RT (Real-Time)
–
Anbindung dezentraler Peripheriebau-

gruppen wie Simatic ET200 als Profinet-

O-Devices
–
Anbindung von Antrieben als Profinet-IO-Devices über PROFIdrive gemäß Spezifikation V4, zum

Beispiel der Baureihe Sinamics S120
–
Standard-Ethernet-Kommunikation, z.B.

mit dem Engineeringsystem Simotion

Scout zum Anschluss von HMI-Systemen

oder zu beliebigen anderen Geräten

über TCP/IP bzw. UDP
Über die Profinet-Ports hinaus gibt es eine separate Ethernet-Schnittstelle (10/100/1000 Mbit/s), die sich alternativ für die Anbindung diverser PC-Systeme anbietet. Auch drahtlose Kommunikation per Industrial Wireless LAN ist darüber möglich. Das ist überall dort gefordert, wo der Motion Controller weiter entfernt von einer Bedienstelle oder an unzugänglichen Orten installiert ist, etwa auf der Steuerkanzel einer Windkraftanlage.

Inbetriebnahme und Diagnose

Wie alle Simotion-Controller hat auch das neue Embedded-System einen Webserver „im Bauch“, und zwar im Runtime-System, der bei der Inbetriebnahme und zur Diagnose genutzt werden kann. In Simotion sind vordefinierte Standard-Webseiten mit vielfältigen Informationen zum Gerät und dessen Zuständen hinterlegt, die sich durch eine (autorisierte) HTTP-Abfrage mit jedem Webbrowser aufrufen und auf dem zugreifenden Rechner anzeigen lassen. Eine Erweiterung um kundenspezifische Seiten zum Beispiel für eine Serieninbetriebnahme lässt sich einfach realisieren. Das Engineeringsystem Simotion Scout wird dazu nicht benötigt.

Mit oder ohne Visualisierung nutzbar

Das Motion Control-System auf Embedded-PC ist eine wirtschaftliche Lösung für anspruchsvolle Anwendungen auf engstem Raum, die nicht zwingend eine lokale Visualisierung erfordern (‚Headless-Betrieb‘). Wobei die Möglichkeit dazu wahlweise über die integrierte DVI-Schnittstelle (ggf. mit VGA-Adapter für analoge Monitore) oder für bis zu 30m abgesetzte Simotion-P-Panelfronten mit integriertem USB-Port über ein Simatic Panel PC Remote Kit grundsätzlich gegeben ist. Aufgrund dieser vielfältigen Möglichkeiten gibt es kein abgegrenztes Anwendungsspektrum für den neuen Motion Controller auf Embedded-PC. Seine Feuertaufen hat das neue System unter anderem bei Pilotprojekten in der Verpackungsindustrie, der Nahrungs- und Genussmittelbranche, bei Windkraftanlagen und in der Herstellung von Solarzellen bereits bestanden.

Autor: Dipl.-Kauffrau Mirjam Bauer, Marketing Vertriebsmanagerin, Motion Control Systems, Drives Technologies Division, Siemens AG, Erlangen.