Beschreibung
Der Beckhoff CX5020-N031 führt hochsynchronisierte Steuerungssequenzen direkt von der DIN-Schiene aus und fungiert als robuster, lüfterloser Embedded-Controller für anspruchsvolle SPS-, Bewegungssteuerungs- und Visualisierungsaufgaben. Das modulare Gerät verfügt über einen integrierten Intel-Atom-Z530-Prozessor mit 1,6 GHz und unterstützt sowohl Hochgeschwindigkeitsverbindungen zu EtherCAT-Klemmen (E-Bus) als auch ältere Klemmenblöcke (K-Bus) mit automatischer elektrischer Buserkennung. Die Variante CX5020-N031 umfasst eine integrierte optionale RS422/RS485-Schnittstelle, über die Entwickler industrieller Systeme serielle Feldgeräte, ältere Antriebe oder spezielle Sensoren direkt anschließen können, ohne externe Gateway-Module hinzuzufügen. Die auf den Einsatz unter rauen Prozessbedingungen ausgelegte Solid-State-Konstruktion wird durch eine integrierte 1-Sekunden-USV unterstützt, die flüchtige Variablen und Systemregistrierungen direkt auf dem Compact-Flash-Speicher absichert.
Funktionen
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Intel-Atom-Z530-Architektur: Industrieller 1,6-GHz-Single-Core-Prozessor für eine energieoptimierte, deterministische Steuerungsausführung.
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Universelle I/O-Schnittstelle: Der Dual-Protokoll-Backplane-Anschluss passt sich automatisch an und ordnet sich entweder EtherCAT (E-Bus) oder Standard-Busklemmen (K-Bus) zu.
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Dedizierter RS422/RS485-Port: Die werkseitig konfigurierte optionale Schnittstelle (N031) ermöglicht serielle Punkt-zu-Punkt-Kommunikation mit bis zu 115 kbaud.
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Hochgeschwindigkeitskommunikation: Zwei unabhängige RJ45-Ports unterstützen 10/100/1000 Mbit/s-Gigabit-Ethernet-Schnittstellen zur Netzwerksegmentierung.
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Integrierte 1-Sekunden-USV: Die aktive kapazitive Pufferung bewahrt bei plötzlichen Stromausfällen bis zu 1 MB persistenter Daten auf der Compact-Flash-Karte.
Anwendungen
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EtherCAT-Masterstationen: Ansteuerung hochpräziser Mehrachs-Bewegungsregelkreise und dezentraler I/O-Cluster.
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Serielle Prozess-Gateways: Einbindung alter serieller Modbus-Geräte (RS485) in Ethernet-Topologien auf Unternehmensebene.
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Steuerung in explosionsgefährdeten Bereichen: Einsatz in flüchtigen Prozessbereichen in Kombination mit standardmäßigen Gehäuseaufrüstungen für ATEX-Zone 2.
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Ferngesteuerte Automatisierung: Steuerungsanlagen für Umspannwerke und Wasseraufbereitung, die einen lüfterlosen Betrieb und die Sicherheit der persistenten Datenspeicherung erfordern.
Technische Daten
| Parameter |
Spezifikationswert |
| Hersteller |
Beckhoff Automation |
| Modellnummer |
CX5020-N031 |
| Prozessor |
Intel Atom Z530, 1,6 GHz |
| Anzahl der Kerne |
1 (Single-Core) |
| Systemspeicher (RAM) |
512 MB DDR2-RAM (werkseitig auf 1 GB erweiterbar) |
| Speichersystem |
Compact-Flash-Steckplatz (128-MB-CF-Karte im Lieferumfang enthalten) |
| Integrierte USV |
USV für 1 Sekunde (schreibt 1 MB persistente Daten in den Flash-Speicher) |
| Netzwerkschnittstellen |
2 x RJ45 10/100/1000 Mbit/s (getrennte interne Controller) |
| Serielle Schnittstelle (N031) |
1 x RS422/RS485-D-Sub-9-poliger Steckeranschluss |
| Zusätzliche Schnittstellen |
1 x DVI-D, 4 x USB 2.0 |
| Betriebsspannung |
24 V DC (-15 % / +20 %) |
| Busversorgungsstrom |
Maximal 2 A Strom am K-Bus / E-Bus |
| Max. Leistungsaufnahme |
13 W |
| Betriebstemperatur |
-25 °C bis +60 °C |
| Lagertemperatur |
-40 °C bis +85 °C |
| Relative Luftfeuchtigkeit |
95 % nicht kondensierend |
| Explosionsschutzklasse |
II 3 G Ex nA IIC T4 Gc (ATEX-Zone 2 mit optionalem CX1900-0105) |
| TwinCAT-Plattformebene |
Performance (40) |
| Abmessungen (B x H x T) |
106 mm x 100 mm x 92 mm |
| Nettogewicht des Geräts |
575 g |
| Versandgewicht (berechnet) |
2,0 kg |
Anschlüsse und Schnittstellen
| Schnittstellenbezeichnung |
Physischer Typ |
Funktionale Zuordnung / Verdrahtungszweck |
| X001 / X002 |
2 x geschirmte RJ45 |
Unabhängige Gigabit-Ethernet-Ports; unterstützen TwinCAT Echtzeit-Ethernet oder TCP/IP. |
| X100 |
DVI-D-Buchse |
Direkter digitaler Videoausgang für Diagnosemonitore oder industrielle Anzeigetafeln. |
| X200 - X203 |
4 x USB Typ A |
USB-2.0-Peripherieanschlüsse (Tastatur, Maus, Speichermedien, Lizenzschlüssel). |
| X300 / X301 |
D-Sub, 9-poliger Stecker |
Physischer RS422-/RS485-Kommunikationsanschluss (Hardwareoption N031). |
| Stromversorgungsanschluss |
Federkraftklemme |
Pin 1: 24 V DC (+), Pin 2: 0 V (GND), Pin 3: PE (Schutzerdung). |
Empirische technische Erkenntnisse
Alternative Modelle und Kompatibilität
Die CX5020-Steuerungsserie verwendet dedizierte physische Hardware-Suffixcodes „N-xxx“, die nicht per Softwarekonfiguration geändert werden können. Der CX5020-N031 verfügt über werkseitig installierte interne RS422/RS485-Schaltkreise und unterscheidet sich dadurch direkt vom CX5020-N030 (RS232-Schnittstelle). Wenn Ihre Anwendung Fieldbus-Karten (z. B. EtherCAT-Master, PROFIBUS-Slave) erfordert, stellen Sie sicher, dass die TwinCAT-Lizenzierungsplattformebene mit Performance (40) übereinstimmt, um Fehler bei der Laufzeitinitialisierung der Lizenz zu vermeiden (z. B. Fehlercode 0x705 in TwinCAT 3).
Typische Anwendungsfehler und technische Hinweise
Die passive, lüfterlose Kühlstruktur des CX5020 ist vollständig auf vertikale Konvektionsluftströme angewiesen. Wenn dieser Controller horizontal oder in geschlossenen Gehäusen mit weniger als 30 mm Freiraum oberhalb und unterhalb der Kühlrippen montiert wird, nimmt die Wärmeabfuhr erheblich ab. Bei hoher CPU-Last taktet der Intel-Atom-Z530-Prozessor seine Frequenz automatisch von 1,6 GHz herunter, um den Chip zu schützen. Dies kann sich als plötzlicher TwinCAT-Echtzeit-Jitter oder als Spitzen bei Zykluszeitüberschreitungen (Überlauf der RTime-Aufgabe) bemerkbar machen.
Tipps für Inbetriebnahme und Verdrahtung
Vergessen Sie bei der Konfiguration der seriellen RS485-Option (N031) nicht, die internen Abschlusswiderstände zu aktivieren, wenn sich der Controller am physikalischen Anfang oder Ende des seriellen Netzwerks befindet. Außerdem erfordert das automatische Identifikationsprotokoll von E-Bus und K-Bus eine störungsfreie 24-V-DC-Versorgung. Stellen Sie sicher, dass die PE-Erdungsklemme am 24-V-Versorgungsstecker über ein niederohmiges Kupferband mit der rückseitigen DIN-Schiene verbunden ist, um zu verhindern, dass hochfrequente EMV-Störungen den Takt des E-Bus-Datenbusses unterbrechen.
Installationsrichtlinien
KRITISCHER SICHERHEITSHINWEIS FÜR DEN EINSATZ VOR ORT
Schalten Sie vor der Montage oder Verdrahtung des Systems die zentrale 24-V-DC-Versorgung des Schaltschranks vollständig spannungsfrei. Hochspannungsentladungen oder das Anschließen aktiver E/A-Module im laufenden Betrieb an die E-Bus-/K-Bus-Schnittstelle können dauerhafte Schäden an der CX5020-Backplane-Schaltung verursachen und auf der Compact-Flash-Karte gespeicherte Dateien beschädigen.
1
Montieren Sie den CX5020-N031 auf einer standardmäßigen 35-mm-DIN-Schiene (EN 60715), indem Sie die obere Aussparung über die Schiene hängen und das Gerät hineindrücken, bis es sicher einrastet.
2
Stecken Sie die 128-MB-Compact-Flash-Karte mit dem passenden Abbild des Betriebssystems Windows CE 6 oder WES 2009 in den dafür vorgesehenen, nach vorn gerichteten CF-Steckplatz.
3
Verbinden Sie ein niederohmiges Erdungsband mit der PE-Klemme und verdrahten Sie die Eingänge der 24-V-DC-Stromversorgung unter Beachtung der korrekten Verpolung.
4
Stellen Sie die Kommunikationsverkabelung über RJ45-Schnittstellen (für die Verbindung mit dem TwinCAT-Entwicklungs-PC) her und schließen Sie die seriellen RS422-/RS485-Leitungen an die D-Sub-Schnittstelle an.