Beckhoff beágyazott PC és EtherCAT vezérli a Nürnbergi Kiállítóközpont 3A csarnokának LED alapú világítórendszerét

A 2014 őszén megrendezett nürnbergi SPS/IPC Drives elektronikus automatizálási rendszerek és alkatrészek szakvásárának 25. évfordulóján a Beckhoff egy minden eddiginél nagyobb alapterületű standdal vett részt. A kiállításon az érdeklődők a technika összes innovációs területét lefedő PC- és EtherCAT alapú automatizálási megoldás széles skáláját tekinthették meg az 1,500 m² alapterületű Beckhoff standon.

A látogatók azonban nem csak a standon csodálhatták meg a Beckhoff legújabb megoldásait, hanem a Nürnbergi Kiállítóközpont 3A csarnokának üveghomlokzatán is, mivel a 880 m hosszú, LED alapú világítórendszert is Beckhoff beágyazott PC és EtherCAT vezérli.

A lágy, egymásba fokozatosan áttűnő színváltozások, vagy a megjelenített cégemblémák csak néhány gombnyomásra vannak Wolfgang Hartmann és a Nürnbergi Kiállítóközpont új, 3A jelzéssel ellátott csarnokának LED alapú fényrendszere számára. A 16,7 millió szín megjelenítéséhez szükséges hatalmas mennyiségű adatot egy Beckhoff beágyazott PC kezeli, az adatátvitel pedig EtherCAT-en keresztül történik.

LED-Beleuchtung der Halle 3A

A Nürnbergi Kiállítóközpont új 3A Csarnokát vizuálisan kiemelik a homlokzatára szerelt LED fénysorok – a képen vörös és kék színben.

2014 tavaszán a Nürnbergi Kiállítóközpontban (Nuremberg Exhibition Centre) megnyílt egy új kiemelt létesítmény: a 3A jelzésű új, elegáns, acél és üveg szerkezetű csarnok. A lenyűgöző építészeti megoldások a londoni székhelyű, elismert Zaha Hadid Architects nevéhez fűződnek, amelynek alkotásai mérföldkövet jelentenek a technológia, az energiahatékonyság és vizuális hatások területén. A padlótól a tetőig húzódó üveghomlokzat két oldalát modern, LED alapú világítótestekkel látták el, amelyeket 2014 júniusában helyeztek üzembe. Egy CX5020 típusú beágyazott PC vezérel összesen 78 EtherCAT terminált, így biztosítva, hogy a megfelelő szín jelenik meg a megfelelő helyen a megfelelő időpontban. Ezek a terminálok milliszekundumos ciklusidővel valós időben juttatják el a vezérlőjelet a 105 600 darab LED fényforráshoz. Az RGB (vörös-zöld-kék) LED csöveket, amelyek mindegyike alig 8 cm hosszú, tizenegy, kb. 880 m hosszú sorban szerelték fel a homlokzatra.

Kihívás: Gyors adatátvitel a 880 m hosszú fénysávok számára

A Nürnberg Messe, a Nürnbergi Kiállítóközpont üzemeltetői már a kezdetektől fogva fényekkel akarták megeleveníteni a 3A csarnok sötét üveghomlokzatát. A csarnok vizuális sarokpontot képez a tőle keletre és délre elhelyezkedő épületek között. A projekt megvalósítása során a munka főleg a LED fénycsövek vezérlésének bonyolult feladatára koncentrált. A kiállításokat szervező vállalat által megfogalmazott szigorú követelmények között volt például programozható világítási jelenetek megvalósítása RGB színekben, időben változó, fokozatosan és lassan eltűnő és előtűnő színátmenetek megvalósítása, valamint az iPad segítségével történő kezelés. Ez egyszerűnek tűnik, de valójában hihetetlenül nagy követelményt jelent a technológia szempontjából. LED szegmensenként több mint 16,7 millió színkombinációt kell eljuttatni nagyjából 60 alállomásra, és 105 600 darab LED világítótesthez egy olyan adatbuszon keresztül, amelynek hossza több mint 1000 méter.

A pályázati eljárás során Lorenz Sprang, az iTectum projekttervező irodájában dolgozó szakember volt a legmeggyőzőbb a Beckhoff vezérlési elemeken alapuló megoldásával, és elnyerte a szerződést. Bár Sprang jól ismerte a Bechhoff épületautomatizálási területen alkalmazott vezérlőit, ez egy új terület volt számára és a Beckhoff számára egyaránt. „A valós idejű megoldások területén a Beckhoff inkább a gépek vezérlésében van otthon. Ebben a tekintetben ez egy különleges projekt volt számunkra” – mondta a Beckhoff nürnbergi kirendeltségén dolgozó Wolfgang Negele, aki a támogatást biztosította Sprang számára. Az ilyen nagy adatmennyiségre és sebességre vonatkozó követelmények nem megszokottak az épületautomatizálás területén, amely általában az árnyékolástechnikai rendszerek, a világítási rendszerek és a légkondicionáló berendezések vezérlésével foglalkozik. „A legnagyobb kihívást így az jelentette, hogy kitaláljuk, hogyan továbbítsunk ilyen nagy mennyiségű adatot ilyen rövid idő alatt ilyen nagy távolságra” – tette hozzá Sprang.

sps_2

A Nürnbergi Kiállítóközpont munkatársa, Wolfgang Hartmann (balra) és az iTectum szakembere, Lorenz Sprang szorosan együttműködtek a szigorú követelményeket támasztó vezérlési megoldás megvalósításában

A Beckhoff és az iTectum szorosan együttműködött ennek a projektnek a megvalósítása során. A projektet teljesen elméleti alapon számították ki, és bár megvalósíthatónak tekintették, nem állt rendelkezésre semmilyen gyakorlati referenciaérték és nem lehetett összeállítani és tesztelni egy kísérleti projektet sem. „Az iTectum meghatározta a konfigurációt, a labda pedig ezután sebesség, vezérlés és adatszétosztás tekintetében átkerült a Beckhoff térfelére” – mesélte Wolfgang Negele.

Széles spektrumú színátmenetek

A Nürnbergi Kiállítóközpont nemcsak a nagyszámú lehetséges jeleneteknek örült nagyon, hanem az egyszerű kezelhetőségnek is. Wolfgang Hartmann, a Nürnberg Messe műszaki projektmenedzsere iPadjével betárcsázhat a vezérlő számítógépbe, és kimehet a 3A csarnok homlokzata elé úgy, hogy közben vezérelheti a világítótesteket. „A Nürnberg Messe a jövőben piacra akarja vinni a homlokzati megvilágítást, hogy a fényjeleneteket a vevőkkel közösen dolgozhassuk ki úgy, hogy azok illeszkedjenek az adott eseményekhez vagy szakkiállításokhoz.”

A kezelés valójában nagyon egyszerű: a színválasztó minden sorához ki lehet választani a megfelelő RGB értékeket, és meg lehet adni az RGB színértéket. A rendszer a vörös, zöld és kék színeknek összesen 16,7 millió kombinációját használja a szivárvány összes színének megjelenítésére. A be- és kikapcsolási időpontok sorrendje egy konfigurációs mátrixban kerül tárolásra. Ez lehetővé teszi a kezelő számára, hogy előre megtervezze és kidolgozza a jeleneteket a szakmai kiállítások vagy más események számára.

sps_3

A LED alapú fényrendszer vezérlőszekrénye a CX5020 típusú beágyazott PC-vel (alul) és a hozzá kapcsolódó EtherCAT terminálokkal.

A meghatározott színeket egy fénytervező program állítja elő és küldi el a Beckhoff CX5020 típusú beágyazott PC-jére 12 DMX vonalon keresztül, amelyek mindegyike 512 csatornából áll. „A DMX azonban viszonylag lassú, a 9 600 Baud-os adatátviteli sebesség csak maximálisan 170 RGB csatorna vezérlését teszi lehetővé az egyes DMX vonalakon. Az adatokat tehát átkonvertálják a sokkal gyorsabb EtherCAT ipari Ethernet rendszerbe adatátvitel céljából, majd később pedig visszakonvertálják azokat DMX jelekké. Ez a jelentősen alacsonyabb huzalozási költségek és a nagyobb rugalmasság mellett további előnyöket jelent a karbantarthatóság, hibaelhárítás és bővíthetőség területén is” – nyilatkozta Lorenz Sprang.

Az EtherCAT lehetővé teszi a maximális rendszersebesség elérését

A PC vezérlő minden DMX ciklusban új adatokat továbbít, így a fényerősség vagy színárnyalat-szkennelés eredményadatainak mennyisége viszonylag kicsi lehet. A ciklusidő 13 ms, amely alatt egy 512 byte-os DMX protokoll kerül ciklikusan továbbításra. Ha a vezérlő nem tudja az új adatok kiszámítását elvégezni ez alatt az idő alatt, azokat csak a következő ciklusban, azaz 26 ms múlva küldheti el. „Kívülről ez észrevehető, amikor a fény gyengül, mert ilyenkor a LED rendszer fénye szaggatottá válik” – magyarázta Lorenz Sprang. „Ebben a projektben tehát az jelentette a kihívást, hogy biztosítsuk a LED csövek nagyon gyors vezérlését és a hatalmas mennyiségű adat átvitelét.”

Pontosan ez az a helyzet, ahol a rövid adatátviteli időt biztosító EtherCAT megmutathatja erősségeit. A CX5020 típusú beágyazott PC adja azokat a vezérlőjeleket, amelyeket a csillag alakú CU1128 típusú EtherCAT elosztó valós időben továbbít az üveghomlokzaton levő 50 darab fő DMX blokk számára (EL6851 típusú EtherCAT terminálok). Ezek újra visszaalakítják a DMX információt, és elküldik azt a 11 különálló LED sorhoz. „Képesek vagyunk arra, hogy 4-6 milliszekundum alatt átvegyük a 12 x 512 bitet, belül elvégezzük a számításokat és elküldjük az eredményeket a több mint 500 m-re levő 50 alállomáshoz átalakítás céljára, majd azokat ismét kiadjuk DMX jelek formájában.  Ez az automatizálás világában rendkívül nagy adatmennyiséget jelent” – hangsúlyozta Wolfgang Negele. „Emiatt az EtherCAT terepi buszként való használata bizonyult a legfontosabb előnynek, mivel ezzel sikerült elérni azt a nagy általános sebességet, amelyre szükségünk volt” – tette hozzá Lorenz Sprang.

Forrás Beckhoff

További információ:

A Beckhoff hivatalos oldalán.