Sonstiges Steuerung für Dosierungsprozess Siemens vs. Beckhoff

JulianC

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Moin in die Runde,

ich habe mich gerade frisch im Forum angemeldet und möchte direkt ein Projekt vorstellen, an dem ich aktuell arbeite. Vielleicht hat ja der eine oder andere Lust, ein paar Erfahrungen oder Meinungen beizusteuern.

Ich bin Elektrotechnik-Student und beschäftige mich in letzter Zeit in meiner Freizeit vermehrt mit Automatisierungstechnik. Neben den Laborversuchen an der Uni möchte ich gerne mehr Praxiserfahrung sammeln. Da mir das Ganze auch einfach viel Spaß macht, plane ich derzeit ein eigenes Projekt, mit dem ich verschiedene Automatisierungskonzepte testen kann.

Ziel des Projekts:
Mein Ziel ist der Aufbau eines sehr kompakten und flexiblen Testsystems zur Abbildung unterschiedlicher Dosier- und Abfüllprozesse für flüssige Materialen und evtl. auch Schüttgütern, inklusive entsprechenden Folge Schritten wie z.B. Codierung und Deckelverschraubung. Auch die Visualisierung und abschließende Riskio-Analyse der Maschine möchte abhandeln.

Geplante Komponenten:

• 3–4x Nema23 Stepper (Open-Loop, mit externen Treibern)

• 1x JMC Servo (180 W, integrierter Treiber)

• 1x 24V DC-Motor

• 1x Wägezelle

• 1–2x Magnetventile

• 3–4x Näherungsschalter

• 5x Taster

• ggf. Lüfter

• 7–10” Touchpanel

Bisheriger Stand:
An der Uni arbeiten wir mit TIA Portal V16 und S7-1500-Steuerungen, ich habe dafür auch eine entsprechende Lizenz. Dem Status von Siemens in Deutschland und der bisherigen Erfahrung geschuldet, habe ich bisher folgende Kombination im Blick:

• Siemens S7-1200 G1 (1215 DC/DC/DC)

• Siwarex WP231 (für die Wägezelle)

• passende DO-Erweiterung


HMI & Visualisierung:
Da ich ein möglichst modernes HMI aufbauen möchte und das Ganze privat finanziere, spiele ich mit dem Gedanken die Visualisierung über ein Industrie-Tablet mit FUXA-Webserver, der auf einem Raspberry Pi mit OPC UA läuft.

Die Siemens KTP Basic Panels sind zwar günstig, wirken auf mich aber inzwischen etwas überholt.


Fragen & Überlegungen:
Bevor ich die Komponenten der Steuerung anschaffe, würde ich mich über eure Meinungen oder Erfahrungswerte freuen

Ein paar konkrete Punkte, bei denen ich noch unsicher bin:


Motion (PWM/PTO):
Die S7-1200 G1 unterstützt nur max. 4 schnelle PWM-Ausgänge (100–200 kHz), was knapp für meine Stepper reicht, aber keinen Puffer für Erweiterungen lässt.

Wägetechnik:
Ich tendiere zur WP231, da ich es sehr Angenehm finde, dass das Modul bereits Funktionen wie Kalibierung, Tara und Filterung abhandelt. Auch die mögliche Eichung ist natürlich interessant. Aus Erfahrung mit einer Dosierung über einen Mikrocontroller weiß ich, dass da durchaus einiges an Zeit zu investieren ist, wenn man sich um die Funktionen selber kümmert. Allerdings bin ich unsicher, ob ich zusätzlich noch SIWATOOL brauche, da im Handbuch lediglich eine Parametrierung über dieses Tool oder ein KTP Comfort Panel beschrieben ist. Dies würde auch drauf hinweisen, dass viele Vorteile die ich mir mit dem Einsatz eines Siwarex Modul zu erkaufen wünsche, durch den Einsatz eines fremd HMI‘s wieder verloren gehen. Hier bin vor kurzem auf die Weighing Libary von Beckhoff gestoßen, die evtl. eine Alternative zur Siwarex bieten würde.

S7-1200 G2:
Ich finde die neue Generation durchaus sehr interessant, da der Fokus vor allem auf den Motion-Bereich liegt und natürlich die Performance deutlich besser ist.

Aber:
• Noch kein OPC UA (soll wohl per FW nachgereicht werden)
• Nur nutzbar ab TIA V20 (ich bräuchte eine neue Lizenz und es ist zu erwarten, dass OPC UA erst und V21 kommt)
• Unklar, ob WP231 aktuell vollständig kompatibel ist

Beckhoff (TwinCAT 3):
Ich finde Beckhoff ebenfalls sehr spannend , insbesondere durch die Weighing Library und damit günstigere Alternativen für Wiegeprozesse wie die EL3361. Auch nutzt mein dualer Praxispartner viel Beckhoff allerdings mit Codesys. Ich kann mir auch vorstellen, dass das aufsetzen des HMI mittels Webserver und TwinCat interessant wäre und ich somit wieder eine Lösung hätte die unter einem „Dach“ ist.

Ich muss jedoch gestehen, das mir hier noch der Überblick über das CPU-Lineup und die entsprechenden Module fehlt. Auch das Thema Runtime-Lizenzen ist für mich noch undurchsichtig, was die finalen Kosten angeht. Gerade wenn ich zusätzliche Libarays nutzen möchte. Falls es von Beckhoff ein Äquivalent zur 1200er Steuerung gibt wäre das durchaus eine Lösung die ich in Betracht ziehen würde.

Ich freue mich über jede Rückmeldung, egal ob zu Siemens, Beckhoff, der Visualisierung oder generellen Verbesserungsvorschlägen zum Setup.

Vielen Dank vorab!

Beste Grüße

Julian
 
Du musst halt einen genaueren Blick auf die Einbindung deiner Schrittmotoren werfen.
Bei Dosieren, Verpacken oder Verschrauben kann es sein, dass du erweiterte Motion-Funktionen (Kurvenscheiben, Virtuelle Leitachse, ...) brauchst. Kann sein, dass du da bei ner 1200er schnell an die Grenzen stößt.
 
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Auch das Thema Runtime-Lizenzen ist für mich noch undurchsichtig, was die finalen Kosten angeht.
Die meisten / alle (?) lizenzpflichtigen Runtimekomponenten kannst du kostenfrei in einem voll funktionsfähigen Demo-Modus benutzen. Die entsprechenden Demolizenzen sind sieben Tage gültig und können beliebig oft verlängert werden. Anders sieht es mit manchen Engineering Lizenzen aus. Grundsätzlich ist das Engineering auch kostenfrei, es gibt aber ein paar Zusatzfunktionen, die kostenpflichtige Lizenzen erfordern. Demolizenzen gibt es im Engineering in der Regel nicht.
Du kannst auch die TwinCAT Runtime auf einem normalen Windows PC laufen lassen. Besondere Anforderungen werden lediglich an die Netzwerkkarte für den EtherCAT Bus gestellt. Dann entfällt die Beckhoff IPC Hardware und du benötigst nur noch entsprechende IOs. Dadurch kannst du die Kosten als Lernprojekt ggf. noch weiter reduzieren.
 
Du musst halt einen genaueren Blick auf die Einbindung deiner Schrittmotoren werfen.
Bei Dosieren, Verpacken oder Verschrauben kann es sein, dass du erweiterte Motion-Funktionen (Kurvenscheiben, Virtuelle Leitachse, ...) brauchst. Kann sein, dass du da bei ner 1200er schnell an die Grenzen stößt.
Vielen Dank für die Einschätzung. Möglicherweise hätte ich im Vorfeld noch weitere Informationen bereitstellen sollen:

Die drei genannten Schrittmotoren werden voraussichtlich jeweils unabhängige Achsen antreiben. Zwei dieser Achsen sollen als Linearachsen mit Kugelumlaufspindeln realisiert werden und dienen der präzisen Positionierung der Einfülldüse sowie der Deckelverschraubung. Der bewusste Verzicht auf Pneumatik soll eine Unabhängigkeit von Druckluft gewährleisten und ermöglicht es, Verfahren wie das Abfüllen unter Spiegelfüllung umzusetzen.

Die dritte Achse übernimmt die Positionierung der Flaschen, vermutlich über ein riemengetriebenes Bett – ähnlich dem Aufbau eines 3D-Druckers.

Der Servomotor ist als Antrieb für verschiedene Pumpenköpfe vorgesehen, die je nach Anforderung flexibel ausgetauscht werden können (z. B. Peristaltik-, Zahnrad- oder Impellerpumpe). Für die Abfüllung von Schüttgütern ist zusätzlich der Einsatz einer Förderschnecke geplant. Die Verwiegung soll dabei über eine integrierte Waage erfolgen.


Die meisten / alle (?) lizenzpflichtigen Runtimekomponenten kannst du kostenfrei in einem voll funktionsfähigen Demo-Modus benutzen. Die entsprechenden Demolizenzen sind sieben Tage gültig und können beliebig oft verlängert werden. Anders sieht es mit manchen Engineering Lizenzen aus. Grundsätzlich ist das Engineering auch kostenfrei, es gibt aber ein paar Zusatzfunktionen, die kostenpflichtige Lizenzen erfordern. Demolizenzen gibt es im Engineering in der Regel nicht.
Du kannst auch die TwinCAT Runtime auf einem normalen Windows PC laufen lassen. Besondere Anforderungen werden lediglich an die Netzwerkkarte für den EtherCAT Bus gestellt. Dann entfällt die Beckhoff IPC Hardware und du benötigst nur noch entsprechende IOs. Dadurch kannst du die Kosten als Lernprojekt ggf. noch weiter reduzieren.

Danke! Über so eine Lösung hatte ich auch schon einmal nachgedacht. Ich bin jedoch davon abgekommen, da ich gelesen hatte, dass eine Intel CPU vorliegen muss. Hab das aber tatsächlich nicht tiefer recherchiert. Mein grundsätzlicher Wunsch wäre schon, dass nach abgeschlossener Entwicklung die Maschine theoretisch in den unabhängigen Betrieb übergehen könnte. Es wäre jedoch eine sehr attraktive Lösung vorerst das Ganze auf dem PC laufen zu lassen und wenn sich das Projekt dem Ende neigt und entsprechend klar ist, welchen Umfang die Maschine erreicht, dann die nötige CPU auszuwählen. So könnte ich mich erstmal voll auf IO konzentrieren. Die kostenlosen 7 tägigen Demolizenzen würden das natürlich unterstützen.
 
dass eine Intel CPU vorliegen muss
die CPU ist mittlerweile nicht mehr ganz so wichtig. Es gibt auch Beckhoff IPCs mit Ryzen CPUs. Aber eine Intel Netzwerkkarte benötigst du. Kompatible Netzwerkkarten sind hier aufgelistet: https://infosys.beckhoff.com/index....erview/9309844363.html&id=1968205970134866536

Das Projekt kannst du später problemlos auf reale Beckhoff IPC Hardware portieren. Das ist kein Problem. Der Wechsel von einer S7-1200 auf eine S7-1500 bei Siemens ist mit mehr Aufwand verbunden.
 
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Danke! Über so eine Lösung hatte ich auch schon einmal nachgedacht. Ich bin jedoch davon abgekommen, da ich gelesen hatte, dass eine Intel CPU vorliegen muss.
Richtige Firma, falsche Komponente.
Die Entwicklungsumgebung (XAE) und die Runtime (XAR) laufen auf CPUs von unterschidlichen Herstellern, wichtig bei der XAE ist nur, dass es Windows als OS sein muss.
Bei der Runtime ist entweder Windows oder BSD erforderlich.
Details findest Du hier.
Was Du über Intel gelesen hast, bezog sich auf den Netzwerk-Controller, dieser muss von Intel sein, damit der Beckhoff RT-Treiber eingesetzt werden kann. Details gibt es hier.
Nachtrag: Argh, @roboticBeet war schneller.
 
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