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Aus dem Facharchiv: Elektropraxis
Raspberry Pi – 
industrietauglich gestaltet: Signalvorverarbeitung und Steuerung mit Andino

Der Einplatinen-Mikrocontroller Arduino und der Einplatinen-Computer Raspberry Pi haben weit über die ursprünglich angedachte Anwendung in der Bastlerszene und im Bildungsbereich Verbreitung erlangt. Insbesondere die Entwicklung im Bereich der Steuerungs- und Automatisierungstechnik wird durch diese Angebote nachhaltig beeinflusst und führt zu immer neuen und kreativen Produkten.

Einsatzszenario – Erfassung von Nutzungs- und Ausfallzeiten von Maschinen einschließlich einer Aufbereitung der anfallenden Daten (Quelle: Clear Systems)

Die im Großraum Nürnberg beheimatete Clear Systems GmbH beschäftigt sich vor allem mit der Maschinen- und Betriebsdatenerfassung sowie der Kennzahlenermittlung von Produktionsanlagen. Dabei setzt das Unternehmen konsequent auf Eigenentwicklungen sowohl bei der Software als auch bei der Hardware, wobei vorzugsweise Standardtechnologien und Open-Source-Angebote genutzt werden. Daher ist der Einsatz des Einplatinen-Computers Raspberry Pi [1] und des Einplatinen-Mikrocontrollers Arduino [2] sowie die Nutzung von Linux als Betriebssystem im Rahmen ihrer Projekte geradezu folgerichtig. Mit dem offerierten Andino wird vor allem eine prozessnahe Signalvorverarbeitung ermöglicht. Von ähnlich gelagerten Angeboten unterscheidet sich dieses schon auf den ersten Blick durch die Tatsache, dass sowohl ein Raspberry Pi als auch ein Arduino in einem Gerät zum Einsatz kommen.

Gerätetechnik

Das aktuell verfügbare Angebot besteht aus den als Andino X1 und X2 bezeichneten Geräten sowie einigen Erweiterungsplatinen zur Ankoppelung an verschiedene, in der Industrie gebräuchliche Schnittstellen und Bussysteme. Die Baugruppen werden in einem zur Montage im Schaltschrank geeigneten Gehäuse geliefert. Die für den praktischen Betrieb wichtigen Anschlüsse sind herausgeführt.

Andino X1 und X2

Die als Andino X1 und X2 bezeichneten Geräte unterscheiden sich lediglich bezüglich der Integration des Netzteiles, der Anzahl der verfügbaren digitalen Ein-/Ausgänge und der vorhandenen Ethernet-Schnittstellen. In beiden Geräten sind als zentrale Komponenten jeweils eine Arduino- und eine Raspberry-Pi-Platine1) verbaut. Dabei ist der Arduino vor allem Schnittstelle zum technologischen Prozess. Über die digitalen Eingänge können binäre Signale unmittelbar aus dem technologischen Prozessen heraus erfasst werden, wobei bereits hier prozessbedingte Besonderheiten wie etwa das Prellen von Kontakten Berücksichtigung finden können. Über die Relaisausgänge kann unmittelbar auf den technologischen Prozess zugegriffen werden. Mit diesen Ausgängen kann aber auch eine Signalisierung von Prozesszuständen erfolgen. Der Raspberry Pi wiederum bietet alle Werkzeuge und Schnittstellen eines Computers. Hier kann eine Erfassung von Betriebszuständen in Datenbanken und deren Auswertung bis hin zur Erstellung von Grafiken erfolgen. Über die Ethernet-Schnittstelle/n kann eine unmittelbare Einbindung in IT-Netzwerke erfolgen. Beide Platinen sind mit einem Steckplatz für Erweiterungsplatinen verbunden.

Erweiterungsplatinen

Diese Platinen stellen die Verbindung zu den prozessnahen Bussystemen und Schnittstellen her. Hiermit erfolgt die geräteseitige Anpassung an den jeweiligen Einsatzfall. Die Erweiterungsplatinen können über „Jumper“ wahlweise mit dem Arduino oder mit dem Raspberry Pi verbunden werden. Aktuell sind folgende Platinen verfügbar:

  • RS485/RS422-Erweiterung,
  • RS232-Erweiterung,
  • 2 Relais-Ausgänge und 1 digitaler Eingang,
  • 3 digitale Eingänge.

Weitere Platinen sind in Vorbereitung. Bei Bedarf kann der Anwender mit dem Steckbrett eigene Entwicklungen testen.

Zubehör

Neben einem Netzteil für den X1 gibt es als Zubehör eine USV und eine Echtzeituhr. Die USV ist dazu gedacht, den Andino gegen kurzeitige Unterbrechungen der Stromversorgung zu schützen und bei längeren Unterbrechungen ein ordnungsgemäßes Herunterfahren zu garantieren. Die Echtzeituhr wird dort gebraucht, wo das Gerät nicht in ein IT-Netz eingebunden ist und damit kein Zugriff auf einen NTP-Server besteht.

Software und 
Einsatzszenarien

Für die Programmierung von Arduino und Raspberry Pi steht eine breite Palette frei verfügbarer Entwicklungsumgebungen und textueller und grafischer Programmiersprachen zur Verfügung. Das Spektrum reicht dabei von der Arduino IDE bis hin zu Node-RED. Wer sich für diese Geräte interessiert, sollte zudem ein auf der Webseite des Unternehmens ausführlich vorgestelltes Anwendungsbeispiel studieren. Anhand der Erfassung der Nutzungs- und Ausfallszeiten einer Maschine und deren Gründe wird deutlich, wofür der Andino sinnvoll eingesetzt werden kann (Bild). Aufgrund von Ereignissen in der Produktion können direkt – ohne jeden Umweg und menschliches Zutun – Informationen für das Management generiert werden. Dieses Beispiel kann durchaus als Anregung genutzt werden, um eigene Einsatzszenarien zu entwickeln.

Fazit

Der Andino ist ein kreatives Angebot. Das gilt sowohl für die Gestaltung der Hardware als auch für mögliche Einsatzszenarien. Insbesondere wegen der denkbaren Einsatzmöglichkeiten entzieht sich dieses Gerät der Einordnung in üblicherweise verwendete Kategorien der Automatisierungstechnik. Mit dem Gerät werden vor allem junge Mitarbeiter, die während ihrer Ausbildung erste Erfahrungen im Umgang mit dem Arduino und dem Raspberry Pi sowie den dazu verfügbaren Entwicklungswerkzeugen sammeln konnten, schnell zu vorzeigbaren Ergebnissen gelangen.

Autor: H. Möbus

Dieser Artikel wurde unserem Facharchiv entnommen.

Literatur:

[1] Möbus, H.: Raspberry-Pi – Computerkenntnisse vertiefen. Elektropraktiker Berlin 69(2015)3, LERNEN & KÖNNEN S. 6–7.

[2] Möbus, H.: Arduino, Genuino und mehr. Elektropraktiker Berlin 70(2016)4, LERNEN & KÖNNEN S. 10–11.

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