Der Erfolg industrieller Produktionsunternehmen hängt wesentlich von der Qualität der hergestellten Produkte ab. Diese wird erreicht und sichergestellt durch eine möglichst vollständige Prüfung der Produkte am Ende des Herstellungsprozesses. Auch bei Asco, ein Tochterunternehmen von Emerson und Hersteller von Magnetventilen, Aktoren und Geräten für die Druckluftaufbereitung und -regelung, wird seit jeher in der Qualitätssicherung jedes einzelne Produkt von geschultem Fachpersonal einer 100%-Prüfung mit End-of-Line-Testern (EoL) unterzogen. Nur nach bestandener Prüfung verlassen die Produkte das Werk.

Altes modernisieren, Bewährtes erhalten

In der Vergangenheit wurden dazu EoL-Tester auf Basis herkömmlicher Desktop-PCs aufgebaut. Dabei waren die Testsyteme – abhängig vom zu prüfenden Produkt – mit unterschiedlichen, auf die Messaufgabe abgestimmten PCI-Messkarten ausgestattet. Softwareseitig basierte die Lösung auf LabWindows und angeschlossenen SQL-Datenbanken. Über die Jahre entstand ein flexibles Testsystem, welches die komplette Produktpalette prüfen konnte. Um den gestiegenen Anforderungen an Flexibilität und Performance gerecht zu werden, die Transparenz der Prüf-Ergebnisse deutlich zu erhöhen und auch um eine künftige Nutzung der Messdaten in Industrie4.0- beziehungsweise IoT-Anwendungen zu erreichen, setzt Asco jetzt auf eine Embedded-Lösung, bestehend aus einem echtzeitfähigen Industrie-PC und dem auf Ethernet basierenden Ethercat-Feldbus-System.

Eine Prüfvorrichtung von Asco, in deren Hintergrund die Echtzeit-Lösung von Spectra und Sybera für die Datenauswertung und -weitergabe sorgt.

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Für Asco war die Echtzeit bei der Erfassung von Messwerten in bestimmten Prüfsituationen wichtig. Wird etwa die Schaltzeit an einem Ventil gemessen, müssen verschiedene Messgrößen wie Spannung, Strom und Druck in einer bestimmten Zeit aufgezeichnet werden – immer häufiger in Bereichen kleiner 10 ms. Zudem gibt es Prüfabläufe, wo Signaländerungen im Millisekundenbereich notwendig sind.  
Im Sektor Echtzeit-Vernetzung ist Ethercat einer der führenden Feldbusse, insbesondere wenn es um schnelle Zykluszeiten bis weit unterhalb des Millisekunden-Bereichs geht. Die Popularität von Ethercat hat ihren Grund ebenso darin, dass von einer Vielzahl von Anbietern EA-Klemmen für jede erdenkliche Messaufgabe erhältlich sind. Auch das Unternehmen Spectra bietet im Rahmen seines Distributed-IO-Port-folios EA-Module für Ethercat an. 

Mit der Entscheidung von Asco, das ausgereifte und bedienfreundliche LabWindows-Anwenderprogramm in den wesentlichen Komponenten beizubehalten und quasi nur den Unterbau, also die PC-Hardware und den Feldbus, unter Beibehaltung der Echtzeit-Fähigkeit anzupassen, wurde eine offene Softwarelösung notwendig, die eben diese Integration auf einfache Art und Weise ermöglicht. Dies ist im Kern die Funktionalität der Sybera-Software, die einerseits eine Echtzeit-Erweiterung für Windows-Betriebssysteme bietet und andererseits eine leicht zu handhabende Schnittstelle Richtung Anwendungsprogramm in Form von Windows-Programmierbibliotheken.  

Ist die Auswahl des Feldbusses und der wesentlichen Software-Komponenten getroffen, stellt sich die Frage nach einer geeigneten Hardware-Plattform. 

Hardware und Software müssen ­zusammenspielen

Die Antwort auf diese Frage ist keineswegs trivial und ein naiver Ansatz der Art „wir nehmen irgendeinen PC und fertig…“ führt oft zu großen Problemen. Denn keineswegs sind Windows-Installationen, BIOS-Einstellungen, Schnittstellen-Spezifikationen und ähnliche Parameter auf allen PCs gleich. Entweder muss ein Anwender all dies mit großem Aufwand selber testen und einstellen oder er greift auf einen Anbieter zurück, der diese Kompatibilität bereits garantieren kann.  

Die Echtzeit-Lösung lässt sich mit dem Rechner-System Powerbox 100-RTE umsetzen. Eine Panel-Version befindet sich in der Testphase.

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Die SpectraSybera-Partnerschaft bietet dem Anwender genau das: Ein geprüftes Hardware-Software-Komplettsystem für Echtzeit-Automation unter Windows, auf das der Anwender nur noch seine eigene Anwendung installieren muss. Es entfallen für ihn alle Erstinstallationsaufgaben, die notwendig sind, um der ‚nackten‘ Hardware echtzeitfähige Eigenschaften beizubringen. Der Kunde erhält nicht zwei separate Produkte, getrennt nach Hard- und Software, sondern eine einzige Lösung. Dies ist für Techniker und Ingenieure aus den Bereichen Maschinenbau, Automotive, Mess- und Prüftechnik, Montage und Verpackung sehr wichtig, denn sie wollen und müssen sich auf ihre Kernkompetenzen konzentrieren und nicht selber aufwendige Echtzeit-Tests betreiben. Asco hat sich für diesen Ansatz entschieden. Als neue Hardware-Plattform kommen jetzt lüfterlose Mini-PCs aus dem Hause Spectra zum Einsatz. In Kombination mit der Sybera-Realtime-Software erhält die Powerbox-100-Serie den Zusatz RTE – für die integrierte Real Time Engine.

Entscheidend für die Auswahl dieses Produkts waren die umfangreichen Schnittstellen – neben Ethernet und seriellen Ports auch On-board DIO – und die kompakte Bauform, die einen Einbau in die bestehende Prüfbox möglich machte. Gerade die Kompaktheit ohne Verzicht auf hohe Leistung ist ein Merkmal moderner industrieller PC-Systeme, die diese immer näher an die Maschinen und Geräte heranführt. Darüber hinaus bietet die PowerBox 100-RTE standardmäßig viele weitere industrielle Eigenschaften wie zum Beispiel einen 9-V(DC)- bis 48-V(DC)-Weitbereichsspannungseingang, DIN-Schienen-, VESA- oder Seitenwand-Montage und einen Betriebstemperaturbereich zwischen –20 und +60 °C.  
 

Echtzeit nur mit Software

Für die Echtzeit sind auf dem Rechner-System zwei unterschiedliche Software-Ansätze möglich. X-Go Logic Control bietet als Komplettlösung alle Funktionen einer Soft-SPS, inklusive Programmierung der Steuer-Logik mittels adaptiver SPS-Sprache und einer einfachen Erstellung von Bedien- und Anzeige-Elementen. Damit ist die Software sowohl für IO-Geräte als auch für Drive-Controller einsetzbar und eignet sich insbesondere für Service, Inbetriebnahme, Diagnose und Anlagensteuerungen. Alternativ zur Standardanwendung X-Go Logic stehen den Entwicklern eigener Programme umfangreiche Bibliotheken für Ethercat-Master, Profinet-Master und weitere Realtime-Protokolle zur Einbindung in die eigene Anwendung zur Ver­fügung.   

Prinzipskizze zum Aufbau der Echtzeit-Software: Sowohl das Anwendungsprogramm X-GO Logic als auch die Feldbus-Master-Programmierbibliotheken basieren auf der X-Realtime-Echtzeit-Erweiterung für Windows.

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Sowohl X-Go Logic als auch die Feldbus-Master-Bibliotheken basieren auf der asynchronen XRealtime-Technologie. Die X-Realtime-Engine arbeitet ohne zusätzliche Hardware unter Windows, ermöglicht Echtzeit-Multitasking bis weit unter 1 ms bei geringstem Jitter-Verhalten und kann vielseitig für Applikations- und Treiberprojekte eingesetzt werden. Der Entwickler kann innerhalb seiner gewohnten Entwicklungsumgebung arbeiten. Die Programmierung von Echtzeit-Tasks, die Ansteuerung von Hardware-Komponenten und die Programmierung von Windows-Routinen erfolgen als eine Anwendung innerhalb derselben Entwicklungsumgebung, zum Beispiel Visual Studio. Der Datenaustausch zwischen dem Echtzeit-System und der Windows-Applikation kann über gemeinsame, synchronisierte Speicherbereiche durchgeführt werden.

Die Lösung der Partnerschaft mit dem komplett vorinstallierten, einschaltbereiten IPC bringt dem Anwender einige ­Vorteile. Eine geprüfte Funktionalität, die eigene Test- und Installationsarbeiten überflüssig macht. Einen modularen Aufbau, der das System einfach erweiterbar macht. Und – für Neueinsteiger oder Umsteiger wie Asco ebenfalls sehr wichtig – ein Schulungsangebot sowie ein ­qualifizierter und intensiver technischer Support der Partnerfirmen Spectra und Sybera.

Neue Entwicklungen

Aktuell befinden sich bei Asco die ersten Systeme im Testbetrieb und konnten schon ihre Leistungsfähigkeit unter Beweis stellen. In den nächsten Schritten werden die Visualisierungen auf Browser-Darstellung umgestellt und die Integration der Prüfdaten in das Firmennetzwerk vorangetrieben.

Und auch bei den Lösungsanbietern – Spectra und Sybera – bleibt die Entwicklung nicht stehen. Auf dem gemeinsamen Plan steht die Echtzeit-Zertifizierung weiterer Hardware-Plattformen wie etwa der Powertwin-Panel-PC mit modularem Display-Prozessor-Konzept oder ein leistungsstarker, Intel7-basierender IPC für höchste Performance-Ansprüche. Darüber hinaus unterliegen die Echtzeit-Eigenschaften, die wesentlich durch Software-Parameter bestimmt sind, einer ständigen Optimierung. So gelang Sybera mit der jüngsten Entwicklung des ‚Realtime Silent Mode‘ auf der Powerbox erstmals eine Jitter-Reduktion bis unter 5 µsec. Damit rücken neue Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Robotik und Antriebstechnik ins Blickfeld.

Autor: 
Uwe Hollarek  ist Produktmanager Automation bei Spectra.