Beckhoff. Обзор продуктов для автоматизации.

Beckhoff - немецкий производитель средств автоматизации. В данной статье я постараюсь сделать краткий, но полезный для выбора средств автоматизации обзор продуктов данной фирмы. Это первый производитель, со средствами автоматизации которого я познакомился, и на мой взгляд - предоставляет интересные решения с точки зрения архитектуры построения.

Итак, Beckhoff в своем арсенале имеет широкий спектр оборудования: промышленные компьютеры, встраиваемые компьютеры, исполнительные модули, модули расширения, сервоприводы, модули управления шаговыми двигателями, средства автоматизации с повышенной защищенностью, промышленные touch-панели со встроенным компьютером (panel PC), промышленные компактные материнские платы, платы расширения PCI для персональных компьютеров для реализации промышленных интерфейсов передачи данных, ethernet свитчи, платы формата PC104 и многое другое.

Особенности модулей Beckhoff - компактность и возможность расширения. Большинство модулей Beckhoff предназначены для монтажа на Din рейку. Стоит отметить творческое начало производителя, так как с модулями Beckhoff можно проводить автоматизацию, имея лишь на руках исполнительные модули и обычный персональный компьютер. Платы расширения позволят вам организовать даже специфические протоколы обмена данными, такие как CAN, ProfiBus. То есть, они подходят для создания так называемых систем "Умного дома", причем даже своими руками.

Среда разработки на данный момент - это TwinCat версии 2.хх. Beckhoff - динамичная компания и недавно произвела обзор нового продукта версии 3. Так как до сих пор повсеместно для программирования промышленных контроллеров применяются языки стандарта МЭК61-131, то версия 3 отличается внушительной инновационностью:

- Единая среда разработки и настройки
- Интеграция в Microsoft Visual StudioВ?
- Отход от стандарта МЭК61131 в пользу других языков
- Сохранение поддержки МЭК61131
- С\С++ в качестве языков программирования real-time приложений
- Использование продуктов совместно с MatlabВ?/SimulinkВ? (вот это уже интересно, особенно для студентов, инженеров и ученых)
- поддержка 64 битных систем и многоядерных платформ
- поддержка снизу TwinCat 2

В связи с этим очевидна следующая тенденция в сфере автоматизации. По сути теперь любой программист С, С++, даже не имеющий опыта в области автоматизации может при правильной постановке задачи написать управляющее ПО. Ранее работа программиста в сфере автоматизации кардинально отличалась из-за необходимости писать ПО на языках стандарта МЭК61131. Нынешняя тенденция позволит программистам попробовать свои силы в сфере автоматизации без необходимости изучения нового языка. Кроме того, С++ существенно увеличит удобство создания крупных проектов из-за возможности создать архитектуру программной части системы. Выход TwinCat 3 намечен на конце 2011 года.

Рассмотрим каждый из продуктов подробнее:

1. Промышленные компьютеры.



Это серии С51, С61, С62, С63, С64, С65, С66, С69. В эту же категорию можно отнести и такие аксессуары как DVI сплиттеры и прочее. Модели отличаются производительностью, степенью защиты, областью применения: от цехов до офисов и соответствующим внешним видом, а также, что является визитной карточкой производителя - размерами. Здесь можно встретить изделия размеров с плату PC104 по 2 измерениям и производительностью на уровне 2х ядерного компьютера или Pentium M.

2. Компьютер-панели или touch-панели с интегрированным компьютером.

Устройства этого класса очень популярны в промышленности. Они, как правило, очень дорогие ( стоимость в несколько раз превышает встраиваемые компьютеры), но при этом имеют пассивное охлаждение, герметичны и представляют формат all-in-one.

3. Встраиваемые компьютеры (embedded)

Это один из обязательных элементов автоматизации. Компактные модули монтируются прямо да din рейку и поддерживают соединения с любым уровнем управления от других компьютеров в сети до Bus Coupler. о которых позже. Beckhoff предлагает различные варианты по стоимости и производительности.

Модульность построения предусматривает необходимость устанавливать отдельно модули питания и ввода/вывода, модули связи, базовый вычислительный модуль ( собственно компьютер), а также прочие модули расширения при необходимости.

Отсюда видно, что Beckhoff обладает даже бюджетными решениями, модели CX8000, CX9000, что довольно актуально, так как позволяет использовать их для автоматизации дома, малого предприятия или отдельного продукта. Beckhoff уделяет особое внимание системам умного дома и в будущем анонсирует решения именно в этой отрасли в виде сравнительно бюджетных или упрощенных моделей встраиваемых компьютеров.

4. Промышленные материнские платы

Также интересным продуктом Beckhoff являются промышленные материнские платы. При этом доступны различные форматы устройств: PC104, ATX, 3.5 inch, slot исполнение.

Стоит отметить следующее: доступны платы как на основе архитектуры Х86, так и ARM платформы. Встроенные сетевые карты полностью поддерживают новый промышленный протокол EtherCAT. Платы имеют встроенное питание и на входе требуют 24 вольта. Вся электроника Beckhoff на данный момент производится в Германии.

Это единственная известная мне компания, которая вернула производство из Китая обратно на место разработки, так как китайские производители не соблюдали сроки изготовления и, видимо, не удовлетворяли требованиям качества. Как вы наверно заметили, Beckhoff предлагает решения с мобильными процессорами, это связано с охлаждением системы, так как производитель делает ставку на платы без активного охлаждения с низким энергопотреблением. Также немаловажным является тот факт , что готовые встраиваемые компьютеры могут уже иметь ОС и TwinCat, что дает существенную экономию по сравнению со случаем раздельного приобретения компьютера и ПО.

5. Bus Terminal

Это и есть классические программируемые логические контроллеры. Осуществляют сбор и обработку данных с модулей расширения, с которыми соединяются при помощи шины K-Bus или E-Bus. Контакты шины располагаются на правой части модуля, таким образом, при правильной установке получается единый управляющий блок.

Внимание, BK отличаются от BC тем, что не могут выступать в роли классического ПЛК, а предназначены лишь для управления ресурсами модулей расширения, сбора информации с модулей расширения и пересылки их в ПЛК BC. То есть BK не могут производить вычислительные операции (нет, конечно на уровне своего микроконтроллера или ПЛИС на борту BK производятся вычисления, но этот уровень пользователю недоступен).

Модули расширения с различными шинами также могут быть использованы совместно, для этого используется шинный преобразователь в виде отдельного модуля. Модули расширения представляются в виде устройств.

1. Цифрового ввода. Это модели KL1xxx | KS1xxx. Количество каналов - от 2 до 64. Имеют встроенный фильтр, а также различные уровни входного напряжения от 5 вольт до 120 вольт постоянного напряжения. Есть модули для переменного напряжения, а также счетчики и блоки контроля линий связи (датчики Namur).

2. Цифрового вывода. Это модели KL2xxx | KS2xxx. Также отличаются уровнями выходного напряжения. Кроме того, доступны модули аппаратного:

- PWM

- Pulse Train или формирователи частоты. Задается 16 битным числом

- Stepper motor. Модели KL2531 | KS2531 Imax = 1.5 A. KL2541 | KS2541 Imax = 5 A
Это блоки управления шаговыми двигателями. Имеют 4 вывода и пригодны для 4,6,8 выводных шаговых двигателей с током фазы до 5 А. Таким образом, ими можно управлять любыми ШД с размером фланца вплоть до 86, где токи на фазу уже начинают превышать 5 А. Кроме того, модули имеют вход для инкрементальных энкодеров.

- DC Motor. Блоки управления двигателями постоянного тока. Не путать с сервоприводами, так как тут речь идет об управлении без обратной связи двигателями с номинальным током до 2 А. Представлены моделями

KL2532 | KS2532|KL2284 | KS2284. По сути речь идет о блоках управления, на борту которых находятся H-мосты для максимум 4 двигателей.

- AC Motor. Это модули управления 1 фазными двигателями переменного тока до 1 А. Модели KL2791 | KS2791.

3. Модули ввода аналогового сигнала. Это модели KL3xxx, KS3xxx, KM3xxx. Я не буду подробно останавливаться на этом. Отмечу лишь, что тут также есть выбор по диапазону входного напряжения от 0 до 10 вольт. Но основная задача здесь - снятие данных с датчиков с аналоговым выходом (термопары, терморезисторы, резисторные мосты). Каждый модуль рассчитан для своего датчика и это необходимо смотреть в документации. В свойствах модуля просто необходимо будет выбрать соответствующий датчик, что делает удобным их использование.

4. Модули вывода аналоговых сигналов (ЦАП). Модели KL4xxx, KS4xxx, KM4xxx. Здесь пояснения не нужны. Вы преобразуете код в напряжение. Модули также выбираются из расчета максимального и минимального выходного напряжения или тока.

5. Блоки измерения перемещений. KL5xxx | KS5xxx. Эти модули замыкают обратные связи через инкрементальные энкодеры.

6. Модули связи. Это модели KL6xxx | KS6xxx | KM6xxx. Реализует различные интерфейсы передачи данных для внешних устройств. Rs-232, RS-485, модули для беспроводных пультов EnOcean, LON ( этот протокол используется в беспроводных выключателях) и многие другие.

Также у Beckhoff есть модули безопасности, силового питания, диодных сборок и прочего. Я не буду на этом останавливаться. При желании это можно посмотреть в документации.

7. Разъемы с повышенной защитой.

8. Оптоволоконные системы связи.

9. PCI, mini-PCI модули. Предоставляют промышленные интерфейсы передачи данных для персональных компьютеров.

10. Motor control. Итак, наконец-то мы добрались до сервоприводов.

Блоки управления сервоприводами это модели п??AX20хх, AX25хх, а также новая модель AX50хх с интерфейсом EtherCAT. Все они отличаются мощностью (номинальным током), интерфейсами связи.

Beckhoff как и многие другие производители использует безколлекторные двигатели постоянного тока ( сервоприводы на базе шаговых представлены только одной позицией и в скором времени исчезнут совсем). Это связано с хорошей динамикой и надежностью данного типа двигателей.

На данный момент Bekchoff располагает следующими приводами: AM2000, AM3000, AM3500, AL2000, AL3800(линейный привод), AS1000 (шаговый) и планетарные редукторы AG2200, AG1000(для шаговых двигателей).

Вот на этом, наверно, в кратком обзоре стоит сделать остановку. Можно, конечно, было рассмотреть среду разработки TwinCAT, но это уже другая тема и, надеюсь, будет освещена позже.