Schaltschrank PC

Kompakte Industrierechner steuern Roboter in der Industriefertigung

Melden Abweichungen der Qualitätskontrolle

06.04.2010 | Autor / Redakteur: Suna Akman-Richter / Reinhard Kluger

Universelle Schaltschrank PCs, auf Automatisierungs- und Robotiktechnik zugeschnitten, setzen sich immer mehr durch. Bilder: DSM
Universelle Schaltschrank PCs, auf Automatisierungs- und Robotiktechnik zugeschnitten, setzen sich immer mehr durch. Bilder: DSM

In der Industrieautomation sind es Schaltschrankrechner, die die komplexen Aufgaben hinter der Anwendung übernehmen. Sie steuern Roboter oder CNC-Fräsmaschinen und sorgen für die intelligente Visualisierungsanwendungen in Fertigungsautomation. Und: Sie kosten immer weniger.

Bereits jede dritte in der Automatisierungstechnik eingesetzte Steuerung wird heute nicht mehr mit einer traditionellen SPS sondern durch einen Schaltschrank PC mit einer Soft-SPS realisiert. Im Vordergrund steht bei den im industriellen Umfeld eingesetzten Rechnern die Langzeit-Verfügbarkeit, da die Steuerungsanlagen in der Regel auf eine Lebensdauer von zehn Jahren und länger ausgelegt sind. Die Hersteller von IPCs müssen also ihre Hard- und Software über Jahre unverändert in ihrem Standardportfolio anbieten, aber dennoch alle technologischen Neuentwicklungen berücksichtigen.

Die neuen Roboter kommen

Der Industriecomputer, ermöglicht dem dahinter steckenden Roboter, dass er nicht nur fest programmierten Prozessen folgt, sondern seine Umwelt ähnlich wie der Mensch wahrnimmt und auf nicht vorhergesehene Ergebnisse und Umgebungsbedingungen direkt reagiert. Diese neue Generation an Robotersteuerungen hat gerade in den letzten Jahren vermehrt ihren Einzug in der herstellenden Industrie gehalten.

Eine einfache Standardprogrammierung, die bestimmte Bewegungsabläufe vorgeben, gelangt im Normalfall schnell an ihre möglichen Grenzen. Im industriellen Umfeld setzt man daher bei komplexen Steuerungsaufgaben vermehrt auf die intelligente Programmierung. Einzelne Roboter erledigen so verschiedene Abläufe selbstständig und entscheiden völlig autonom über die Abfolge des Steuerungsprozesses. Dies spart neben den Produktionskosten Zeit und Material. Hier ist es wichtig, dass die Datenübertragungsgeschwindigkeit zwischen dem Industriecomputer und der Robotersteuerung nahezu in Echtzeit funktioniert.

Gerade in der Automobilbranche finden sich diese intelligenten Robotersteuerungen wieder. Sie schweißen, kleben, Bohren, Fräsen bzw. stanzen aus den übertragenen CAD Daten die benötigten Teile oder führen diese zusammen. Diese flexiblen Industrierobotersteuerungen erledigen so mehrere Produktionsschritte und können jederzeit die Daten der CAD-Vorlagen mit den Ergebnissen abgleichen. Sollten Abweichungen entstehen wird automatisch eine Meldung an die Qualitätskontrolle gesendet.

Hier wird dann entschieden, ob der Fertigungsprozess gestoppt oder fortgefahren werden kann. So wird vermieden, dass es zu längeren Ausfallzeiten oder teuren Materialverlusten kommt.

Modulares Konzept

Fest zu jedem Robotersystem gehört die kompakte, modular aufgebaute Steuerungseinheit, wie der Galaxy Schaltschrankrechner G1-A. Wichtig ist, dass hierbei auf bereits existierenden und bewährte Baugruppen zurück gegriffen und auf teure und langwierige Neuentwicklungen verzichten werden kann. Möglich wird dies durch das von DSM einführte und mittlerweile industrieweit anerkannte modulare Konzept (modular-world).

Der Schaltschrank PC von DSM zeichnet sich durch seine besonders kompakte Bauform aus. Der Galaxy G1-A von DSM benötigt gerade einmal die Standfläche eines DIN-A Blatts und lässt sich zudem an jede beliebige Steuerungseinheit, mittels zwei Montageschinen, direkt montieren. Die Steuerungsrechner der Galaxy-Serie unterscheiden sich lediglich in der jeweiligen Leistungsstufe bzw. der damit verbundenen Nutzbarkeit der benötigten Funktionen. Sie sind extrem zuverlässig und mechanisch sehr belastbar.

Fernwartung möglich

Zahlreiche Automatisierungssysteme in der Fertigungsindustrie setzen auf die mit der PC-Technik leicht zu realisierende Ethernet-Schnittstelle, die die Kommunikation über das Internet erschließt. Damit lassen sich ohne allzu großen Aufwand Rechner aufbauen, die eine Ferndiagnose und -wartung ermöglichen.

In den letzten zwei Jahren ist zu beobachten, dass sich die speziell auf die Anforderungen der Automatisierungs- und Robotiktechnik zugeschnittenen universellen Schaltschrank-PCs immer mehr durchsetzen. Da der Rechner als Ersatz einer klassischen SPS da verbaut wird, wo sonst die Steuerungseinheit sitzt – im Schaltschrank oder Steuerpult – entfällt eine aufwendige Gehäusetechnik und das ganze System wird preisgünstiger. Die Aufgaben der flexiblen IPCs reichen vom Bedienen und Programmieren über das Steuern und Regeln bis hin zum Visualisieren und Simulieren von Prozessen. Typische Einsatzgebiete sind auch dezentrale Anwendungen, wo eine räumliche Trennung von PC und Bedieneinheit erforderlich ist. Dabei ist der Industrie-PC sicher im Schaltschrank verwahrt, während das robuste Bedien-Display direkt an der Maschine entweder mit Tastatur oder als Touch angebracht ist.

Geeignet für den Dauerbetrieb

Die Industrietauglichkeit der im Dauerbetrieb 24/7 arbeitenden Schaltschrank-PCs setzt eine hohe Schwing- und Schockbelastbarkeit voraus. Im industriellen Einsatz ist auch meistens ein erweiteter Betriebstemperaturbereich gefordert. Um die Servicefreundlichkeit zu garantieren und eine ausgeprägte Diagnose zu erlauben, müssen die Bedienelemente von vorne zugänglich sein.

Die Schaltschrank-PCs aus der Galaxy Serie sind in der Regel kleiner und auch in unterschiedlichen Einbaulagen flexibler einbaubar als ein herkömmlicher 19-Zoll-Industrierechner und sie bieten im Vergleich zu Embeddedsystemen mehr Platz für kundenspezifische Einsteckkarten. Als Bedien- und Visualisierungseinheit an der Maschine vor Ort stehen dem Anwender industrietaugliche 17- bzw. 15-Zoll-TFT-Displays zur Auswahl.

In Schutzart IP 20

Das mechanisch stabile, verzinkte Stahlblechgehäuse des Galaxy G1-A entspricht der Schutzart IP 20. Die Kühlung des Gerätes und der eingebauten Erweiterungskarten übernehmen zwei drehzahlüberwachte Systemlüfter. Damit ist der zuverlässige Betrieb bei einer Umgebungstemperatur von +5 bis +45 °C sichergestellt.

Der Galaxy „G1-A“ basiert auf dem stromsparenden Intel Atom-Prozessor N270 mit einer Taktfrequenz von 1,6 GHz und dem Intel-Chipsatz 82945GSE. Der Speicher kann bis zu 2 GB DDR2 RAM, 533 MHz ausgebaut werden.

Ausgelegt für unterscheidliche Feldbusmodule

Prädestiniert für Automatisierungsanwendungen kann der Galaxy G1-A verschiedene Feldbusmodule integrieren, z.B. für Canopen, Interbus und Profibus. Der Rechner bietet zudem ausreichende Schnittstellen wie z. B. 8 x USB 2.0 Ports, davon sind sechs Anschlüsse nach außen geführt und zwei intern verfügbar. Das standardmäßig implementierte Intel 82562ET 10/100 Base-TX LAN Interface sowie die schnellere Intel 82574L 1000 Base-T LAN-Schnittstelle (PCIe). An Grafikschnittstellen sind DVI, VGA vorhanden. Die maximale Auflösung beträgt 2048 x 1536 Bildpunkte.

Zur Sicherung und Speicherung der Anwenderdaten können neben der internen 3,5“ HD bis zu zwei von vorne zugängliche 2,5“ Wechsellaufwerke im RAID-Verbund eingebaut werden. Zudem verfügt der Galaxy „G1-A“ über einen internen Compact Flash (CF)-Sockel.

Kompakter Aufbau

Der kompakte Aufbau des Gerätes von 149 mm x 260 mm x 280 mm sorgt für ein hohes Maß an Integrationsmöglichkeiten. Da sowohl die Laufwerke als auch die Anschlüsse an der Vorderseite untergebracht sind, erweist sich der Schaltschrankrechner „G1-A“ als besonders leicht zugängliches Industriesystem. Dies ist ein wesentlicher Vorteil bei der Wartung, da hierdurch ein schneller Zugriff auf die Komponenten möglich ist. Zudem verfügt das Galaxy System „G1-A“ über einen internen Mini-PCI-Express x1 Slot sowie vier freie PCI-Slots oder 3 freie PCI-Slots und eine PCI-Express x1 Slot zur Aufnahme einer breiten Auswahl an Steckkarten.

Damit ist eine Vielzahl von branchenspezifischen Zusatzkarten z.B. Feldbuskarten für Profibus oder Devicenet einsetzbar, mit denen sich individuelle Anwendungen kostengünstig realisieren lassen.

Unempfindlich gegen Vibrationen und Schock

Besonderen Wert gelegt wurde bei der Ausführung des Schaltschrank-PCs auf seine Unempfindlichkeit gegen Vibrationen, Schockbelastung und EMV-Störeinflüsse. Die Vibrationsbelastung im Betrieb ist gemäß EN 60068-2-6 spezifiziert. Die Prüfvorschrift EN 60068-2-27 regelt die im Betrieb mögliche Schockbelastung. Die Anforderungen für die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) für Geräte, die im industriellen Umfeld eingesetzt werden, legen die europäischen Normen EN 61000-6-4 für Störaussendungen und EN 61000-6-2 für die Störfestigkeit fest. Die Produktsicherheit ist durch die Prüfzeichen CE und UL dokumentiert.

Suna Akman-Richter, Marcom-Manager, DSM

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