»An die Grenzen der Physik«

Interview

Anton Meindl – Als einen großen Sprung in der Entwicklung bezeichnet der Business Manager Controls bei B&R die neue Reaction Technology, mit der Reaktionszeiten von einer Mikrosekunde keine Illusion mehr sind.

10. Dezember 2013

Es gibt eine Vielzahl von Anwendungen, die in einer spezifischen Funktion extrem schnell sein müssen. Durch die neue Stufe der Geschwindigkeit ergeben sich mit Reaction Technology ganz neue Möglichkeiten. Mit den neuen Produkten bieten wir die derzeit schnellste Automatisierung auf dem Markt, denn bis jetzt gab es so gut wie keine Lösung, die weniger als 100 Mikrosekunden schafft.

Lohnt sich der Entwicklungsaufwand?

Selbstverständlich. Es gibt bereits heute Anwendungen, die diese extrem kurzen Reaktionszeiten benötigen. Das sind zum Beispiel Abfüllanlagen oder Spritzgießmaschinen. Da Reaction Technologie plattformunabhängig ist, können wir sie auf unser komplettes Produktportfolio ausdehnen und das bringt eine Fülle von neuen Möglichkeiten für den Anwender und darum wird sich der Aufwand auszahlen.

Also ist die Geschwindigkeit das absolute Highlight der neu vorgestellten Reaction Technology?

Genau. Im Vordergrund steht eindeutig die extrem schnelle Reaktionszeit im Bereich von einer Mikrosekunde, die für beliebige Applikationen große Reserven bereithält. An dieser Stelle kommen wir fast an die Grenzen der Physik.

Das klingt nach hohem Programmierungsaufwand…

Nein, überhaupt nicht. Die Nutzung dieser schnellen Datenübertragung ist sehr einfach, denn der Anwender kann ihm bekannte Editoren verwenden und damit auch diagnostizieren und simulieren. Er programmiert damit bestimmte Funktionsblöcke, so wie er es auf einer Steuerung auch tun würde und definiert nur das Ziel über einen einzigen Knopfdruck. Erstellte Programme werden direkt in den I/O-Modulen unserer Serien X20 und X67 ausgeführt. Dadurch entfällt die interne Datenübertragung und die Zykluszeiten sinken.

Reaction Technology ist als dezentrales Single-Tasking aufgebaut. Durch dynamisches Nachladen lassen sich Bibliotheken von Funktionsblöcken hinterlegen. Wie der Befehlssatz eines Mikrocontrollers stehen diese Bibliotheken zur lokalen Ausführung im I/O-Modul bereit. Für zeitkritische Teil aufgaben genügt darum Standard-Hardware, Netzwerk und Steuerung werden entlastet. Der Anwender programmiert die Blöcke, wie er es auf der Steuerung auch tun würde. Über einen einzigen Knopfdruck definiert er das Ziel, wohin die Daten laufen sollen. Der Datenaustausch zwischen dezentralen Single-Tasks und CPU erfolgt über Standardprozesse. Es gibt keine Umstellung, keine Änderung des Denkens, es wird nur viel schneller.

Die Bibliothek der Funktionsblöcke wird mit der Zeit immer weiter wachsen. Ziel ist ein umfangreicher Pool, aus dem der Anwender jeweils das optimale Modul für seine Applikation auswählen kann. Die Bedienung der Blöcke und damit die Programmierung der Software sind sehr einfach, der Zugang erfolgt direkt auf der Steuerung. B&R bietet hier also ein zentrales Programm- und Parametermanagement.

Und die anderen Komponenten?

Durch die Verarbeitung direkt in den Modulen ist weder ein überdimensioniertes Netzwerk vonnöten noch eine leistungsstarke CPU, um die berühmte Mikrosekunde zu erreichen. Beide Alternativen erfordern einen hohen Aufwand und damit höhere Kosten, denn der Anwender benötigt eine sehr kräftige Rechenmaschine. Bei der Reaction Technology von B&R reichen kleine und damit kostengünstige Lösungen aus. Unsere Grundlage ist Standardtechnologie.

Wie erfolgt dabei die technische Umsetzung?

In der klassischen Reaktionskette wird ein Ereignis zum I/O-Modul übertragen, bearbeitet und dann über das Netzwerk zur CPU geleitet. Dort wird es im Programm verarbeitet, und die Antwort geht zurück über das Netzwerk. Die Reaktionszeit erstreckt sich vom Eingangs- zum Ausgangssignal und ist dabei abhängig von der Netzwerkperformance. Einfluss hat auch die Datenlast der Netzwerke. Das schnellste Netzwerk wird durch eine hohe Datenlast wieder langsam.

B&R nutzt die Fähigkeit seiner Engineering-Umgebung Automation Studio 4 zur modulweisen Aufteilung der Software auf verteilte Hardware und Kapazitätsreserven der Logikbausteine in den Modulen. Durch eine kleine Änderung im I/O-Modul ermöglichen wir eine dezentrale Datenverarbeitung. Wichtig ist den Kunden eine zentrale Softwarehaltung und diese bleibt vollständig erhalten. Auch wenn sich in Netzwerk und CPU etwas tut, ist es in der Applikation nicht zu merken, da die Ausführung dezentral ist. Das ganze System ist vollkommen integriert, aber die Technologie ist offen, spezielle Programmierung oder besonderes Know-how sind nicht notwendig.

Wie äußert sich das in konkreten Produkten?

Die Reaction Technology ist über FPGAs zunächst in den Modulen der Serien X67 oder X20 verbaut. Das X67-Modul bietet digitale Ein- und Ausgänge mit der beschriebenen Geschwindigkeit und zusätzlich schnelle analoge Ausgänge. Wir haben zudem zwei X20-Module mit der neuen Technologie in der Pipeline, ein digitales Modul mit Ein- und Ausgängen und ein ergänzendes mit zusätzlich analogen Eingängen. In der zweiten Leistungsklasse haben wir die neuen Kompaktsteuerungen zwecks höherer Performance auch mit der Reaction Technology ausgestattet. Durch die Funktionsblöcke spielt es keine Rolle, ob die X20-Scheiben oder X67-Module dabei mit einem PC, einer kleinen CPU oder einem Power-Panel kooperieren.

Hat die Reaction Technology Auswirkungen auf die Enerige-Effizienz von Maschinen?

Applikationsabhängig kann sich die Effizienz erhöhen – wenn ein Prozess schneller abläuft, ist er letztendlich auch effizienter. Durch den Einsatz kleinerer PCs oder Steuerungen mit entsprechend geringeren Werten bei Verlustleistung und Energieverbrauch wird indirekt auch Energie eingespart. Ganz direkt ist der Einfluss, weil das gesamte Steuerungsgebilde kleiner wird. Außerdem ergibt sich eine signifikante Reduktion der CPU-Last, die mehr Wirtschaftlichkeit ermöglicht durch kleiner dimensionierte Steuerungen.

Energieeffizienz ist für B&R grundsätzlich ein zentrales Thema, weil es auch für unsere Kunden essentiell ist. Unsere komplette Antriebspalette ist zum Beispiel mit aktiver Netzrückspeisung ausgestattet. Insofern passt die neue Reaction Technology sehr gut zum Unternehmen.

Wie ordnet sich die Steuerungswelt inklusive Reaction Technology in Ihr neues Programm Scalability+ ein?

Perfekt. Scalability+ ist ein Solution-Programm, durch das wir ganz bewusst bestimmte Rahmenbedingungen schaffen. Wir bieten dem Kunden die Flexibilität, seine Maschinen beliebig zu skalieren. Unsere Kunden sollen frei entscheiden können, wie sie ihre Maschinen und Anlagen ausstatten wollen. Dabei können sie dank des Programms Scalability+ ihre Engineering-Aufwände so gering wie möglich halten.

Reaction Technology unterstützt diesen Ansatz zusätzlich. Der Kunde hat die Möglichkeit der dezentralen schnellen Reaktionszeit und ist somit im Design der Maschine oder Anlage zusätzlich flexibel.

Im Servicefall lässt sich das Modul problemlos austauschen, denn die entsprechende Programmierung wird automatisch von der CPU nachgeladen. Das ist Standard bei Bernecker & Rainer.

Sind die schnellen Module bereits verfügbar?

Auf der SPS IPC Drives sind erste Module zu sehen gewesen, auch in Aktion. Im Laufe des nächsten Jahres wird dann die Produktpalette weiter wachsen.

Erschienen in Ausgabe: 09/2013