Beckhoff Applicaties:

Vernieuwd Carré volledig geautomatiseerd met Beckhoff


De theaterwereld is een markt die enorm leeft. Nieuwe wetgevingen en normen vragen veel van de leveranciers van theatertechniek. Stakebrand Technische Toneelinstallaties weet daar alles van. Anderhalf jaar geleden werd besloten om qua besturingstechniek helemaal opnieuw te beginnen. Carré in Amsterdam en de Twentse Schouwburg in Enschede zijn inmiddels door Stakebrand voorzien van dit nieuwe besturingsplatform.

Stakebrand heeft een lange geschiedenis binnen de theatertechniek. Al in 1902 leverde de overgrootvader van Han Stakebrand, de huidige directeur, theatertechniek aan Carré. De laatste verbouwing in 2004 was alweer de vierde verbouwing die Stakebrand in Carré uitvoerde. Met de laatste verbouwing moest echter rekening gehouden worden met diverse nieuwe wetgevingen (Arbo-wet) en normen (BGVC-1 en IEC 61508 SIL-3). Er werd samen met hun vaste system integrator JB Systems een volledig redundant besturingsconcept ontwikkeld. "De Twentse Schouwburg en Carré waren eigenlijk de pilotprojecten voor ons nieuwe besturingsconcept," legt ing. Thomas Nagels, Coördinator van de afdeling besturingen bij Stakebrand, uit. "Maar we durfden dit wel aan, gezien ons vertrouwen in de techniek. Daarom hebben we ook gekozen voor betrouwbare aandrijf- en besturingscomponenten van onder andere Beckhoff." Stakebrand heeft in Carré onder meer de trekkenwand, diverse takels en het complete besturingsconcept ontworpen, gebouwd en geïnstalleerd. De trekkenwand is het systeem waarin alle verschillende doeken en decors hangen. Daarnaast kunnen ook de takels in het theater diverse zaken omlaag of omhoog laten bewegen. De motoren en takels worden vanuit een centrale besturing aangestuurd.



Besturing
Binnen Carré loopt een grote glasvezel-ethernetring met een capaciteit van 1 Gb (zie schema). In deze ring bevinden zich drie intelligente switches (ethernet verdeelpunten). Er is gekozen voor drie switches in verband met redundantie; als één van de lijnen wegvalt, dan neemt de ander dat over. Aan één switch zijn drie servers verbonden (Beckhoff C5102) middels een dubbele ethernetverbinding. Twee van deze servers zorgen voor de besturing en de derde zorgt voor een extra controle over het gehele systeem. Nagels: "De aansturing van alle CX1000 controllers die de motoren van de trekkenwand aansturen en die de takels bedienen vindt realtime plaats. Maar tegelijkertijd moet er ook veel data uit een database worden gehaald waarin alle motor- en positiecombinaties zijn opgeslagen. In de database staat eigenlijk de hele show beschreven. Het systeem van Beckhoff laat ons toe al deze gegevens over één netwerk te versturen."

Bediening
In Carré zijn vijf bedieningspunten die elk bestaan uit een aantal bedieningshendels, beeldschermen, een Beckhoff industriële computer type C6320 en een BK9000 kopstation met I/O busklemmen. De BK9000 vertaalt de ethernet signalen naar I/O-signalen en verzorgt het realtime gedeelte zoals het inlezen van de bedieningshendels en het aansturen van de I/O op de bedieningsunit zelf. De Beckhoff PC stuurt de beeldschermen aan waarop de hele grafische weergave van de besturing te zien is. "Desondanks moet je alles met de hand vrijgeven, want je hebt te maken met veel onberekenbare factoren in een theater," legt Thomas Nagels uit. "In het programma zit een reeks van bewegingen, waarvan de uitvoering gestart wordt door de hendel naar voren te bewegen. De bewegingen worden automatisch doorlopen, maar gaat een aandrijving bijvoorbeeld te snel, dan kun je dit met de hand bijsturen. In een noodgeval kun je ook het doek of decor weer handmatig omhoog halen, bijvoorbeeld als er nog iemand onder staat. Daarnaast functioneren de bedieningshendels als een soort dodemansknop. Er wordt continue ingelezen welke motor aangestuurd zou moeten worden. Het veiligheidssysteem ziet dat die motor gaat lopen (volgens SIL-3) en kan stilstand, maximale snelheid en het bewegingsbereik controleren, om er maar zeker van te zijn dat er nooit een ongewenste beweging plaatsvindt. Wordt een bedieninghendel losgelaten dan staat die aandrijving gegarandeerd veilig stil."

Trekkenwand
De signalen vanaf het centrale glasvezelnetwerk naar de trekkenwand gaan via een intelligente switch naar een Beckhoff CX1000 embedded controller. "De CX1000 is eigenlijk een kleine PC," legt Jurjen Verhoeff uit. Verhoeff is support engineer bij IAL, de Nederlandse vertegenwoordiging van Beckhoff producten. "Met de CX1000 kun je PC-functies laten uitvoeren via Windows CE of Windows XP embedded. Voor PLC-taken draait er ook een soft-PLC op de CX1000 en kan het apparaat zorgen voor diverse motion taken." Er wordt een CX1000 per aangedreven motor met frequentieregelaar gebruikt. Deze heeft een aantal I/O klemmen om onder meer de status van de trek op te vragen. De CX1000 communiceert met de frequentieregelaar, die de motor rechtstreeks aanstuurt. De frequentieregelaar krijgt, net als de besturing, terugkoppeling van de positie van het doek. "Hierdoor kan, meer dan vroeger, nog nauwkeuriger gepositioneerd worden," legt Nagels uit. "Gezien de hoogte van sommige theaters tot wel 25 meter, vinden wij 1 millimeter vrij nauwkeurig. Eigenlijk is de rek in de staalkabels al meer dan dat." Volgens Nagels hebben de Beckhoff componenten diverse voordelen die ervoor hebben gezorgd dat Stakebrand voor deze fabrikant koos. "Ten eerste maakt het bij Beckhoff niet uit welke veldbus wordt gebruikt. Op dit moment gebruiken wij Interbus, ProfiBus en ethernet en in de toekomst komt daar waarschijnlijk nog CAN bij. Daarnaast maakt het in principe niet uit of wij nu één computer per motor hebben staan of één centrale computer die alles regelt. Op die manier kunnen wij heel flexibel omgaan met het bouwen van besturingssystemen. Elk theater is immers weer anders. Ook de keuzemogelijkheden in het aantal I/O modules is een plus. Vroeger hadden we aparte modules voor lastmetingen, nu steken we er één klemmetje bij, sluiten onze weerstandsbrug aan en we hebben een lastmeting voor ons systeem. Deze koppelen we dan weer aan de besturing die daar dan rekening mee houdt. Een trek waar veel gewicht aan hangt, zal dan ook langzamer lopen."

Takels
Net als de trekkenwand worden ook 58 takels aangestuurd vanuit het centrale netwerk. De takelaansturing is gegroepeerd in vier schakelkasten. Per kast wordt een Beckhoff CX1000 gebruikt, echter in een eenvoudigere vorm dan bij de trekkenwand. Verhoeff: "Alleen de PLC-functionaliteit wordt gebruikt zoals het aansturen en terugmelden van de takelsignalen. Per takel zijn er drie busklemmen gegroepeerd. De eerste klem levert de nieuwe spanningsgroep, de tweede klem heeft een digitale uitgang voor de aansturing van de takel en de derde klem heeft een digitale ingang voor de terugmelding of de takel wel of niet werkt." Volgens Nagels kunnen er in de toekomst eenvoudig één of meerdere takels bij geplaatst worden. "Als we er een takel bijplaatsen, moeten er drie I/O klemmen bij komen en moeten er een aantal parameters ingevoerd worden. De door JB Systems ontwikkelde software detecteert automatisch of er een takel aanwezig is of niet. Daardoor kunnen onze monteurs een volledig systeem in bedrijf nemen en volledig parametreren. Daar is geen programmeur meer voor nodig."

Autorisatie
Voor de bedieningsunits van Stakebrand wordt in Carré gebruik gemaakt van een autorisatiesysteem met 'tags'. Hiermee kunnen in het gehele systeem gebruikers aangeven worden. Een gebruiker kan met zijn 'tag' het systeem bedienen, echter binnen de grenzen die aan hem opgelegd zijn. Dat geldt voor alle aandrijvingen in het theater die aan het netwerk verbonden zitten. Nagels: "We hebben vier kasten met een CX1000 met I/O klemmen om de takels aan te sturen. Twee daarvan lijken bij de trekkenwand te horen, want die zijn ook aan te sturen vanaf de bedieningsunits voor de trekkenwand. Bij de twee andere kasten lijkt het een apart systeem te zijn. Softwarematig zijn deze gescheiden door middel van de rechten, wat gecontroleerd wordt met de 'tags'. Een bediener die de takels boven het toneel mag bedienen, krijgt bijvoorbeeld geen rechten om de takels boven het publiek te bedienen. Er zijn rechten per bedieningspunt (omdat een bediener niet overal zicht op heeft) en er zijn rechten per gebruiker."

Software
De Twincat besturingssoftware van Beckhoff is gebruikt als basis voor het besturingsgedeelte. Twincat heeft een realtime besturingslaag met eigen PLC functionaliteit en motion control. Daarboven zit de bedieningssoftware van Stakebrand zelf. Nagels: "De PLC-taken die in Twincat lopen zijn door JB Systems zelf ontwikkeld, maar er wordt wel gebruik gemaakt van veel standaard functieblokken, zoals bijvoorbeeld voor motion control. De Stalogic visualisatielaag en de bedieningen zijn door JB Systems ontwikkeld voor Stakebrand. Het nieuwe besturingsplatform zoals het nu bij Carré draait heet Stalogic Centurion."
De integratie met computers is voor Stakebrand van belang. De visualisatiesoftware is gebaseerd op standaard platformen zoals Windows XP. Daarom was de takelbesturing van Carré heel snel ontwikkeld. "Binnen anderhalve maand was het systeem operationeel," legt Nagels uit. "We kunnen nu de trekken overal in het ethernet netwerk pluggen waar we ze nodig hebben, zonder overal besturingskabels te moeten gaan leggen."






Veiligheid
Bij theaters speelt veiligheid een grote rol. Dat maakt de besturing allemaal wat complexer dan bij normale besturingen. Nagels: "Om aan de verschillende normen te kunnen voldoen ligt over het besturingssysteem een soort veiligheidsschil. Die is van een ander fabrikaat" Volgens Verhoeff hoeft dat binnenkort niet meer. "Beckhoff komt met speciale gele veiligheidsklemmen, met dubbele in- en uitgangen die elkaar controleren en ook allebei aangesloten moeten worden. Via een veiligheidsprotocol wordt dit dan doorgegeven aan bijvoorbeeld de centrale besturing. Nu is dat nog een apart systeem, maar de nieuwe klemmen van Beckhoff kunnen in de schakelkast opgenomen worden. Hiermee wordt dan ook aan de machinerichtlijn voldaan." Volgens Verhoeff lopen er nog een aantal pilotprojecten op dit gebied. "De planning is dat Beckhoff halverwege 2005 met de veiligheidsklemmen op de markt gaat komen."

Toekomst
Naast de nieuwe wetten en normen heeft een bedrijf als Stakebrand ook te maken met een hevige concurrentie. Het bedrijf kwam als eerste in Nederland op de markt met een computergestuurde trekkenwand. Nagels: "Op den duur kom je als bedrijf op een punt waarop de technologie waarop alles is gebaseerd, het alsmaar uitbreiden niet meer aankan. Daarom heeft de directie anderhalf jaar geleden besloten om helemaal opnieuw te beginnen. Vanaf nul zijn wij weer de systemen gaan opbouwen. Er is geen enkele regel code die nog oud is. Wij zijn al 100 jaar met theaters bezig en er zijn natuurlijk heel wat bedrijven die daar de afgelopen jaren ingesprongen zijn. Het is de kunst om je concurrent voor te blijven om mee te kunnen spelen in deze hectische en bewegende markt. Met Stalogic Centurion en de besturingscomponenten van Beckhoff staan we weer vooraan."

Stakebrand BV, Heeze
JB Systems, Vlaardingen