Im Rahmen der fortschreitenden weltweiten Vernetzung, steigender Flexibilität in Fertigungsanlagen und wachsendem Daten- und Informationsaustausch stellt Weidmüller mit U-Control eine neue, flexiblere Automatisierungslösung für den Anlagen- und Maschinenbauer bereit. Sie basiert auf den offenen Web-Technologien und macht den Browser zur Applikationsplattform für die flexible Systemkonfiguration und Programmierung.
Die Hardware von U-Control
Die Steuerungs-Hardware basiert auf einem Dual-Core-ARM-A9-Prozessor mit einer Taktfrequenz von 624 MHz und einem internen Speicher von bis zu 512 MB. Der Arbeitsspeicher beträgt 64 MB. Zusätzlich können in einer externen Micro-SD-Speicherkarte mit bis zu 32 GB Daten und Informationen abgelegt werden. Die Steuerung ist mit einer batteriegepufferten Echtzeituhr ausgerüstet. Weitere Features sind die austauschbare Batterie, ein Steckplatz für die Speicherkarte, der sich, nicht sichtbar, unterhalb der Klappe der Anschlüsse für die Versorgungsspannungen der Steuerung und der U-Remote-Module befindet.
Für die Kommunikation beziehungsweise das Engineering von U-Control stehen dem Nutzer unterschiedliche Schnittstellen zu Verfügung. Über eine der beiden RJ45-Buchsen erfolgt der Start der Engineering-Software im Browser. Ist die Programmierung des Systems abgeschlossen, können über diese Ethernet-Schnittstelle Daten mit einer überlagerten Steuerung oder einem ERP System ausgetauscht werden.
Die zweite RJ45-Buchse kann der Anwender für zukünftige Erweiterungen nutzen, etwa für den Aufbau eines Feldbussystems mit Master-Slave-Funktion. Die Steuerung verfügt außerdem über einen USB-Anschluss, der sich unter der Serviceklappe befindet. Über den USB-Port kann ebenfalls programmiert werden, zudem lassen sich Diagnosedaten abrufen. Das ist von Vorteil, wenn U-Control bereits in einer Applikation eingebaut und mit anderen Systemen verbunden ist. Für die zukünftige Kommunikation mit intelligenten Komponenten ist eine CAN-Schnittstelle on Board vorhanden. Die 24V-DC-Spannungsversorgung für U-Control speist sowohl die Steuerungs-Hardware als auch – getrennt nach Ein- und Ausgängen – bis zu 32 unterschiedliche U-Remote-Module. Diese werden auf der rechten Seite von U-Control angeordnet.
Das System kann auch für sicherheitstechnische Applikationen eingesetzt werden. Dabei kommen die U-Remote-Powerfeed-Module zum Einsatz. Sie versetzen die Maschinen unabhängig von der Steuerung in einen sicheren Zustand. Die notwendigen, nicht sicheren Signale für das Applikationsprogramm werden über den U-Remote-Rückwand-Bus an U-Control übertragen und dort verarbeitet.
Sicherheit durch zwei autonome CPU-Kerne
Die Besonderheit von U-Control ist der Umstand, dass es zwei autonom arbeitende CPU-Kerne besitzt. Auf einem Prozessor läuft ein nicht echtzeitfähiges Linux-Betriebssystem mit einem Weidmüller-eigenen Engineering-Tool. Auf dem zweiten Prozessor befindet sich ein echtzeitfähiges SPS-Betriebssystem zur Ausführung des Applikationsprogramms. Beide CPU-Kerne sind gegeneinander sicherheitstechnisch abgeschottet und tauschen Daten über Trust Zones miteinander aus. Somit lassen sich getrennte Software-Updates für beide Systeme je nach Bedarf unabhängig durchführen. Um die wachsenden Security-Anforderungen zu erfüllen, ist ein TPM-Chip in das Gerät integriert. TPM steht für Trust Plattform Module und schützt gegen unautorisierte Software-Updates sowie modifizierte Software beziehungsweise Softwareerweiterungen.
Als Basis für die Entwicklung der Engineering-Software wurde auf die Anwendung offener und herstellerunabhängiger Web-Technologien (HTML5, CSS3 und JavaScript) gesetzt. Der Browser wird für den Anwender zur Applikationsplattform und erlaubt eine flexible Systemkonfiguration, Parametrierung sowie Programmierung gemäß IEC 61131-3.
Eine aufwendige Installation des Engineering-Tools ist nicht erforderlich, da diese Software bereits in der Steuerung integriert ist. Aufgrund der Web-Technologien kann die Steuerung mit unterschiedlichster Hardware sowie die Software ortsunabhängig über eine direkte Verbindung zum U-Control-Gerät oder eine indirekte Verbindung via Internet überwacht, programmiert und aktualisiert werden. Einzige Voraussetzung ist ein HTML5-fähiger Browser.
Systemabhängigkeiten vermeiden
Bei heutigen Steuerungen erfolgt das Engineering, also die Konfiguration, Parametrierung und Programmierung, meist über ein separates Software-Paket, das auf einem PC mit Windows-Betriebssystem installiert werden muss. Dieser Umstand erzeugt eine Abhängigkeit von der verwendeten Version des Betriebssystems – nicht nur bei der Entwicklung, sondern für den gesamten Lebenszyklus der Automatisierungslösung und damit der Maschine. U-Control bietet hier im Unterschied zu existierenden Systemen mehr Flexibilität auf Basis standardisierter, webbasierter Technologien. Die Engineering-Software ist dabei auf der Embedded-Hardware bereits integriert und lizenzfrei.
Konkret liegt der Schlüssel zur Geräteunabhängigkeit in der Verlagerung des Engineering-Tools in die Webumgebung. Der Zugriff auf die Engineering-Software kann direkt, über ein Netzwerk oder über einen Server in der Cloud erfolgen. Auch die Programmierung ohne angeschlossene Hardware ist eine Option. Durch das webbasierte Engineering ist der Kunde sowohl standortunabhängig (Fabrik oder Büro), plattformunabhängig (Linux, Windows und so weiter) als auch browserunabhängig (Internet Explorer, Firefox oder Chrome).
Intuitive Bedienung per Drag & Drop
Das in der Steuerung integrierte Engineering-Tool ist so ausgelegt, dass die Programmierung auf der weltweit gültigen Norm IEC 61131-3 für speicherprogrammierbare Steuerungen basiert. Die Befehle und Strukturen sind Programmierern in der Automatisierungstechnik bekannt. Dank Drag & Drop ist die Bedienung leicht zu erlernen und nach einer kurzen Eingewöhnung können die ersten Projekte mit dem webbasierenden Engineering-Tool sofort umgesetzt werden. Hierzu stehen zu Anfang zwei Programmiersprachen zur Verfügung: Funktionsbausteine (FBS) und Strukturierter Text (ST). Der Befehlsumfang entspricht der PLCopen-Befehlsbibliothek. Für unterschiedliche Anforderungen und für das Verständnis des Steuerungsprogrammes lassen sich ST-Programmteile auch in Funktionsblöcke transformieren.
Das Engineering-Tool wird sich künftig dank responsivem Design automatisch an unterschiedliche Ausgabegeräte anpassen und ermöglicht so eine optimale Bedienung der webbasierten Oberfläche.
Sicherer Zugriff und Verschlüsselungsfunktionen
Auch das Themenfeld Security liegt im Fokus. U-Control wurde unter Berücksichtigung neuester Sicherheitsnormen wie IEC 62443 entwickelt. Der sichere Zugriff erfolgt unter Verwendung des HTTPS-Protokolls oder über eine VPN-Verbindung. Zusätzliche Software-Komponenten erhöhen den Schutz der eigenen Applikations-Software vor unerlaubtem Zugriff. Die Verschlüsselung einzelner Software-Funktionen als auch die Verschlüsslung des gesamten Applikationsprogramms ist möglich. Auch die Daten auf dem externen Speicher können verschlüsselt abgelegt werden.
Weitere Pluspunkte der Weidmüller-Lösung sind die kompakte Bauform und die direkte Ankopplung unterschiedlicher U-Remote-Module. Ein breites Produktportfolio von einfachen digitalen oder analogen Ein- und Ausgangsmodulen bis hin zu komplexen Funktionsmodulen wie IO-Link, RS 232/422/485 und SSI erlauben einen universellen Lösungsansatz für unterschiedlichste Maschinen und Anlagen.
Ein wichtiges Produktmerkmal von U-Control ist die nachträgliche Installation von Industrie-Software-Applikationen zur Funktionserweiterung. Damit kann die Steuerung individuell auf die Bedürfnisse der Kundenapplikation zugeschnitten werden. In Zukunft wird aus der Stand-alone-Lösung U-Control eine Automatisierungslösung – einschließlich Feldmaster wie EtherCAT oder Profinet für die Anbindung dezentraler U-Remote-E/A-Stationen. Mit Hilfe von OPC UA können außerdem eine Vielzahl von U-Control-Steuerungen semantische Informationen austauschen und eine Applikation zentral oder verteilt steuern sowie regeln. Die Erstellung von grafischen Bedien- und Beobachtungselementen für HMIs über das Tool U-View wird ebenso als optionales Software-Paket für Maschinenbauer verfügbar sein. Alle diese Software-Apps können auf der U-Control-Hardware installiert werden – ein Alleinstellungsmerkmal am Markt.
Vereinfachte M2M-Kommunikation
Die Steuerungslösung U-Control eignet sich sowohl für Neuanlagen als auch für den Einsatz in bereits bestehende Maschinen und Anlagen als Retrofit. Als Teil des Weidmüller-Automatisierungsbaukasten U-Mation ist sie gleichermaßen für Maschinen- und Anlagenbetreiber interessant, die die Vorteile neuer Web-Technologien nutzen wollen. U-Control punktet durch die Plattform- und Browserunabhängigkeit auf Basis herstellerunabhängiger Technologien und offener Standards. Dies macht die neue Automatisierungslösung für einen breiten Kundenkreis interessant.
Die Zielapplikationen befinden sich in erster Linie bei den weltweit tätigen Schlüsselkunden, für die Weidmüller sich als Lösungsanbieter positionieren will. Aus diesem Grund ist U-Control ein Erfolgsfaktor im Projektgeschäft und adressiert mit seiner technischen Leistungsfähigkeit den Maschinen- und Anlagenbau und dort beispielsweise Verpackungsmaschinen sowie Handlings-Systeme. Der Schwerpunkt liegt auf Assistenz-Maschinen und -Systemen, die einen festen Bestandteil im Maschinenbau darstellen. Über solche Maschinen- und Maschinenteile definiert sich schließlich der Automatisierungsgrad von Produktionsanlagen.
