INFORMAZIONE E APPROFONDIMENTI DEI MERCATI: ICT, AUTOMAZIONE, ELETTRONICA, ENERGIA SImpresa New MAGAZINE Anno 1 Novembre 2011 – Supplemento a www.newsimpresa.it - Diffusione Gratuita - N. 4/2011 CAD 3D Evoluzione e strategie MECCANICA MECCATRONICA Ambiente ed energia SPECIALE BIMEC La biennale della meccatronica 1 meCCAniCA, meCCATroniCA, AmbienTe ed energiA Di Valerio Alessandroni TwinCAT 3 by beCkhoff: lo sTATo dell’ArTe del sofTwAre per l’AuTomAzione Il sistema software TwinCAT di Beckhoff arriva alla terza generazione e trasforma qualsiasi PC compatibile in un controller real-time completo di sistema multi-PLC, controllo assi NC, ambiente di programmazione e stazione operativa. Una soluzione che facilita e semplifica le funzioni di automazione e controllo delle macchine e dei sistemi. S in dalla fondazione avvenuta nel 1980, Beckhoff Automation si è specializzata nella realizzazione di sistemi aperti per l’automazione con tecnologia di controllo basata su PC. Il portafoglio di offerta – a oggi – vede la presenza di una vasta gamma di prodotti che comprende: PC industriali, componenti per bus di campo e I/O, motion control e software di automazione. Per tutti i settori applicativi sono disponibili linee di prodotti utilizzabili sia come componenti singoli sia come sistemi di controllo completi. La New Automation Technology di Beckhoff si caratterizza per soluzioni di controllo e automazione universali e indipendenti dal campo d’impiego, che vengono utilizzate in tutto il mondo nelle applicazioni più svariate. Numerose funzionalità della tecnologia di automazione, immesse sul mercato proprio da Beckhoff, non solo sono di uso comune, ma sono diventate uno ‘standard de facto’. Innovazione tecnologica, sviluppo coerente della gamma di prodotti e ampliamento della presenza a livello mondiale sono i tre pilastri sui quali si basa tuttora il successo dell’azienda. Il PC è Il Controllo I sistemi di automazione con PC vengono al momento impiegati in due modalità. La prima vede PLC, calcolatore di processo o controllo NC, combinato con PC; la seconda vede il PC industriale con scheda coprocessore per operazioni PLC/NC. Nella seconda ipotesi i PC non svolgono direttamente operazioni di controllo, poiché queste vengono demandate ai processori supplementari. L’innovazione proposta da Beckhoff è costituita da una soluzione basata esclusivamente sul software, nella quale un PC elabora tutte le operazioni di automazione in modalità processore singolo. Con il TwinCAT, infatti, uno speciale sistema processore PLC/NC dedicato viene rimpiazzato dal processore PC per l’elaborazione di operazioni PLC e NC mediante funzionalità software. In tal modo, un sistema di automazione risulta composto da soli 4 componenti: il PC industriale, un sistema di bus di campo aperto per interfacciamenti I/O, un sistema operativo standard (Windows NT/2000/XP) per l’interfaccia utente (HMI) e il software di controllo TwinCAT: PLC IEC 61131-3 e NC sul PC. I vantaggi di questa soluzione sono molteplici. Innanzitutto, uno spazio in memoria praticamente illimitato per programmi 16 e dati; quindi, il continuo sviluppo di potenza per l’operazione di automazione; la piena integrazione nel sistema operativo; la ridotta quantità di componenti; e infine, l’elevata affidabilità del sistema. La potenza delle soluzioni basate su software PLC è decisamente superiore a quella del PLC hardware, e le prestazioni continuano a crescere con l’evoluzione dei processori PC, che nel tempo sono sempre più potenti, anche i limiti del sistema non rappresentano più un’area di preoccupazione. I limiti pratici della tecnologia basata su PC nel mondo a 32 bit sono molto meno restrittivi di quelli degli apparecchi PLC finora in uso. Non solo, le possibilità sono in continua espansione sia per incremento delle funzionalità presenti sia per l’aggiunta di ulteriori funzionalità. teCnologIa dI Controllo PC: PlC e nC sul PC In particolare, il software per l’automazione TwinCAT di Beckhoff trasforma ogni PC compatibile in un controllo Real Time con sistema Multi-PLC, controllo assi NC, ambiente di programmazione e stazione operativa. TwinCAT sostituisce i comuni controlli PLC e NC, nonché i dispositivi di comando, grazie a un hardware PC aperto e compatibile; a un ambiente di programmazione del software PLC e NC IEC 61131-3 in Windows NT/2000/XP, NT/ XP Embedded, CE; al sistema di programmazione e tempo di esecuzione a scelta su un PC o separati; al collegamento a tutti i più comuni bus di campo e interfacce PC per segnali I/O; alla comunicazione dati con interfacce utente e con altri programmi grazie a standard aperti (OPC, OCX, DLL, ecc.). TwinCAT, giunto alla versione 3, rappresenta un passaggio davvero epocale: mentre TwinCAT 2 era in un certo senso l’automazione messa di fianco all’Information Technology, con TwinCAT 3 l’automazione è inserita nella suite di Visual Studio 2010 di Microsoft. Ciò consente una più facile integrazione in un’unica soluzione dei software esterni già disponibili o che verranno sviluppati dai costruttori OEM e dai system integrator, così come delle diverse componenti hardware, a partire dalle nuove piattaforme multicore. In particolare, è da sottolineare che la suite TwinCAT 3 rimane totalmente compatibile verso il basso. Quindi, tutti i progetti sviluppati in TwinCAT 2 mantengono la propria operatività senza problemi in TwinCAT 3. Con TwinCAT 3 diventa possibile implementare applicazioni beckhoff software scritte ad esempio in C++ o altri linguaggi orientati all’automazione. Inoltre, va ricordato che il bus industriale EtherCAT aveva già risolto diverse problematiche degli OEM che, avendo bisogno di prestazioni molto elevate, in relazione alle loro tecnologie, erano stati costretti a sviluppare controlli proprietari. Questo in quanto le apparecchiature commerciali e la comunicazione basata su bus di campo tradizionali non consentivano sistemi sufficientemente veloci. Con TwinCAT 3 si amplifica tale concetto, raccogliendo ed integrando in un unico ambiente anche l’intelligenza sviluppata dal cliente. Se sono stati usati linguaggi come il C++ non occorre riscrivere nulla, ma è sufficiente un lavoro di integrazione e riassemblaggio. Il vantaggio è enorme: si ottiene infatti un’intelligenza integrata, che comunica con le prestazioni di TwinCAT 3 verso il mondo dei bus industriali, sia esso basato su EtherCAT che sugli eventuali altri sistemi fieldbus che si sono sviluppati negli anni. eXtended automatIon teChnology TwinCAT 3 ci introduce nel mondo dell’eXtended Automation Technology (XAT), dove con l’IEC 61131-3 aumentano le estensioni orientate agli oggetti, con C e C++ sono disponibili anche i linguaggi del mondo IT; e, con l’integrazione di Matlab/Simulink, entriamo nel mondo scientifico. I diversi moduli possono sfruttare diversi linguaggi ma l’eseguibile è unico; il vantaggio è l’aumento del riutilizzo di moduli software già scritti e testati. L’eseguibile opera in condizioni real-time, sfruttando tecnologia multicore e il supporto di sistemi operativi a 32 o 64 bit. L’eXtended Automation Architecture (XAA) utilizza tutte le funzioni di TwinCAT, supporta i bus di campo più diffusi e, a livello di Motion Control, può spaziare dal point-to-point al CNC. Come motore, l’eXtended Automation Engineering (XAE) utilizza Microsoft Visual Studio. Oltre ai linguaggi C/C++, Beckhoff ha integrato anche la possibilità di programmare in IEC 61131-3, per cui al mondo dell’automazione vengono resi disponibili i vantaggi del framework IT. Anche i sistemi operativi a 64 bit sono supportati da TwinCAT 3 con interfacce TcCOM adattate per la tecnologia di automazione. I moduli vengono richiamati tramite interfacce e possono a loro volta richiamarsi a vicenda, indipendentemente dal linguaggio di programmazione. Al livello più basso con questa definizione di modulo possono essere realizzati anche Automation Device Driver (ADD), come ad esempio driver per nuovi bus di campo che, una volta sviluppati, sono disponibili per tutto l’ambiente applicativo sviluppato. Anche il TwinCAT System Manager, strumento di configurazione per I/O e Motion, è stato integrato nello stesso ambiente di sviluppo. Il vantaggio è dato dalla possibilità di integrare in modo semplice ulteriori linguaggi di programmazione o di sfruttare altri strumenti, ad esempio per la gestione del codice sorgente. Un altro ‘quantum leap’ che rafforza la leadership di Beckhoff Automation. 17