AMAX-5580: Der neue Industrie-PC aus der AMAX-5000-Produktlinie von Advantech

Mit dem neu vorgestellten AMAX-5580 rundet der auf Produktionsautomatisierung spezialisierte Hersteller Advantech seine AMAX-5000-Serie im oberen Leistungsbereich ab. Die Industrie-PCs der AMAX-5000-Serie sind Steuerungs-IPCs mit der Möglichkeit zur Erweiterung über modular integrierte EtherCAT-Slice-IOs. Innerhalb der Serie setzt sich der neu vorgestellte AMAX-5580 an die Spitze der technischen Leistungsfähigkeit. Mit dem AMAX-5580 führt Advantech den Trend zur Miniaturisierung fort und schöpft gleichzeitig die technischen Möglichkeiten von Industrie-PCs für vernetzte Steuerungsaufgaben aus.

Die Problematik

Spätestens mit dem Aufkommen des Begriffs Industrie 4.0, der den rasanten Wandel von Technologien, Branchen und gesellschaftlichen Mustern und Prozessen im 21. Jahrhundert durch zunehmende Vernetzung und intelligente Automatisierung, die vierte industrielle Revolution – kurz 4IR – bezeichnet, sehen sich traditionelle Fertigungsunternehmen mit großen Herausforderungen bei der digitalen Transformation ihrer Betriebe und Fabriken konfrontiert.

Mit der zunehmenden Nachfrage nach kundenindividueller Produktion verlangt der Markt heute entsprechend hochwertige Produkte, die in der konventionellen statischen Produktion nur mit vergleichsweise großem Aufwand zu erreichen sind. Der Zustand und das Potenzial der Anlagen wirkt sich sowohl auf die Effizienz der Produktion als auch auf die Qualität des Produkts aus. Die verfügbaren Produktions- und Anlagendaten bilden somit die treibende Kraft bei der digitalen Transformation und der Aufrüstung von Produktionslinien.

Herkömmliche digitale Aufrüstungslösungen erfordern das Zusammenspiel mehrerer verschiedener Systemelemente aus Hardware und Software, wie SCADA, SPS, PCs und Gateways, die alle im selben System implementiert sein müssen. Die komplexe Architektur eines solchen Systems wirkt sich über den reduzierten Performance-Level (PL) auf die funktionale Sicherheit aus. Neben den erhöhten Risiken in Bezug auf die System- und Ausfallsicherheit verursachen die vielen manuell eingebundenen Elemente im System einen erhöhten Wartungs- und Entwicklungsaufwand durch eine steigende Fehleranfälligkeit. Dies sind auch die Gründe, die den Software-Ingenieuren die Programmierung und Entwicklung erschweren, was wiederum die Kosten für die Software-Entwicklung, die Wartung vor Ort und den Austausch von Ersatzteilen in die Höhe treibt.

Lösungen für Steuerungsaufgaben in der Industrie

Generell ist der Industrie-PC (IPC) das zentrale Element für Steuerungsaufgaben im industriellen Umfeld. Im Gegensatz zu herkömmlichen digitalen Retrofit-Lösungen ist es sinnvoll, den aktuellen Technologiewandel zu nutzen und auf die Möglichkeiten des Konzepts “Internet of Things” (IoT) zurückzugreifen. Mit Hilfe von IoT-Technologien ist es möglich, Systeme aufzubauen, die über standardisierte Mikrocomputer beliebig vernetzt werden können. Durch die netzwerkorientierte Systemintegration von Hard- und Software kann die Systemarchitektur vereinfacht werden. Dadurch wird die Systemsicherheit erhöht und die Systemkosten werden minimiert. Im einfachsten Fall wird das Systemelement in eine bestehende Systemarchitektur eingesteckt und integriert sich selbständig.

Feldbus und Echtzeit-Ethernet

Vertikale Integration in der Automatisierungstechnik erfordert die technische Umsetzung der Anbindung von Feldgeräten (Sensoren, Aktoren) an ein Automatisierungsgerät über einen Feldbus, der über geeignete standardisierte Kommunikationsprotokolle verfügt. Real-Time-Ethernet (RTE) spezifiziert die industriellen Anforderungen an ein entsprechendes Feldbusprotokoll.

Feldbus und Echtzeit-Ethernet

Vertikale Integration in der Automatisierungstechnik erfordert die technische Umsetzung der Anbindung von Feldgeräten (Sensoren, Aktoren) an ein Automatisierungsgerät über einen Feldbus, der über geeignete standardisierte Kommunikationsprotokolle verfügt. Real-Time-Ethernet (RTE) spezifiziert die industriellen Anforderungen an ein entsprechendes Feldbusprotokoll.

PC-basierte Steuerung und EtherCAT

Die PC-basierte Steuerung ist heute in der industriellen Automatisierung weit verbreitet. Die Gründe dafür liegen in der grundsätzlichen Einfachheit: Das PC-Steuerungsprinzip erfordert im Prinzip nur einen IPC, einen Feldbus als Schnittstelle zu den Feldgeräten und eine echtzeitfähige Steuerungssoftware.

Ein geeignetes Feldbussystem auf Basis der PC-basierten Steuerung ist EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology). EtherCAT, entwickelt von der deutschen Firma Beckhoff Automation, ist ein Feldbussystem für die Automatisierungstechnik, das Echtzeitanforderungen erfüllt. Dieses Ethernet-basierte Protokoll ist nach IEC 61158 genormt. Die Echtzeitfähigkeit des Protokolls wird dadurch erreicht, dass die EtherCAT-Slave-Geräte nur die an sie adressierten Prozessdaten einlesen, während die übrigen Daten unbearbeitet durchgereicht werden.

Die EtherCAT-Steuerungssysteme der neuen Produktfamilie AMAX-5000 von Advantech

Als Industrie 4.0-Anbieter und Player im Bereich IoT verfügt Advantech über Expertise als IoT-Partner. Die Produktpalette des Herstellers aus Taipeh umfasst daher ein reichhaltiges Angebot für die Maschinenautomatisierung über EtherCAT-Steuerungen. Neu eingeführt wurde die Produktfamilie AMAX-5000.

High-Speed-Processing mit dem AMAX-5580

Der Anbieter bewirbt seine 5000er-Serie als die kleinste und schnellste offene Plattform der Branche. Hierbei bildet der Industrie-PC AMAX-5580 das Herzstück des Systems von Advantech. Mit einer Bauhöhe von 10 cm und den auf Standard-DIN-Schienen montierten Slice-I/O-Modulen ist die Kompaktsteuerung für den Schaltschrankeinbau bei beengten Platzverhältnissen vorbereitet.

Im lüfterlosen Design beherbergt das 1,3 kg schwere Aluminiumgehäuse als Herzstück einen Intel® Core™ Prozessor der 6. Generation. Ein Skylake i5 oder i7 mit Taktraten von bis zu 2,6 GHz ist für die Leistung der CPU verantwortlich, die mit 4 GB oder 8 GB DDR4-Speicher für die Prozessdatenverarbeitung ausgestattet ist.

Der AMAX-5580 bietet ein breites Spektrum an Schnittstellen. Zwei Gigabit-Ethernet-fähige Anschlüsse (Intel i210 GbE) sorgen für die Einbindung in das EtherCAT-Netzwerk. LAN-Redundanz und mehrere EtherCAT-Master werden unterstützt. Vier USB-3.0-Ports und zwei RS-232/422/485-Ports schließen die Peripherie über serielle Datenübertragung an. Je ein VGA- und HDMI-Port für audiovisuelle Komponenten runden das Schnittstellenangebot ab. Drahtlose mPCIe-Module für 3G/LTE/Wifi/GPS werden unterstützt.

Der AMAX-5580 ist an den Gehäuseseiten mit einer Standard-PCI-Express-Highspeed-Schnittstelle sowie einem EtherCAT-Kommunikationsprotokoll ausgestattet, das eine Übertragungsgeschwindigkeit von bis zu 100 Mbit/s ermöglicht.

Die Leistungsaufnahme liegt bei 15 W (typisch) beziehungsweise 42 W (maximal). Als Betriebssystem dient Microsoft® Windows 7 32/64 Bit oder Windows 10 64 Bit.

Modulare Erweiterungen des AMAX-5580

Linksseitig kann der AMAX-5580 mit bis zu vier Module der AMAX-54XX-Serie erweitert werden. Mit dem AMAX-5400E-Modul können auch PCIe-Mini-Karten (SIM-, 4G-, WIFI- oder AI-Karten) verwendet werden.

Rechts am AMAX-5580 finden sich mit dem AMAX-5001 Möglichkeiten zur Anbindung eines Smart-Power-Input-Moduls für EtherCAT-Slice-I/O. Hier kann der AMAX-5580-Embedded-Controller bedarfsgerecht zudem mit den Modulen AMAX-5000-Slice-EtherCAT-I/O oder den Erweiterungsmodul AMAX-5079-EtherCAT ausgerüstet werden.

Anwendungsszenarien für die AMAX-5580-gestützte intelligente Fertigung

Der AMAX-5580 als Herzstück von Smart-Manufacturing ermöglicht die Fokussierung auf Algorithmen und Smart-Manufacturing-Anwendungen wie die Automatisierung oder Überwachung von Produktionsanlagen. So können Anlagen hier über eingebettete modulare Lösungen in die Automatisierung einbezogen werden. Der Aufbau einer flexiblen automatisierten Fertigungslinie über High-Speed-Kommunikation ist geeignet, die Produktivität zu steigern. Die Unterstützung von IEC 61131-3 als Standardprogrammierverfahren bildet die Grundlage für komplexe Logik- oder Bewegungssteuerungen. Advantech bietet hierfür auch die hauseigene Lösungssoftware CODESYS an.