lo stato dell`Arte del software per l`Automazione

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Anno 1 Novembre 2011 – Supplemento a www.newsimpresa.it - Diffusione Gratuita - N. 4/2011
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Evoluzione e strategie
MECCANICA
MECCATRONICA
Ambiente ed energia
SPECIALE BIMEC
La biennale della meccatronica
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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
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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.
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