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Raspberry Pi – industrietauglich gestaltet
Teil 2: Conmeleon und Rail-Pi

Der Raspberry Pi wurde mit der Absicht geschaffen, Schülern und Studenten die Möglichkeit zu bieten, erste eigene praktische Erfahrungen im Umgang mit Hard- und Software zu sammeln. Darüber hinaus hat dieser Minirechner im Bereich der Erzeugnisentwicklung breite Anwendung gefunden, das Prototyping erleichtert und die Entwicklung neuer innovativer Angebote gefördert.

Conmeleon – IO-Platine und Raspberry Pi in einem stabilen Gehäuse

Conmeleon – IO-Platine und Raspberry Pi in einem stabilen Gehäuse (Bild: Conmeleon)

Der Raspberry Pi erleichtert nicht nur die Entwicklung neuer Angebote, sondern ermuntert Hard- und Softwarespezialisten sich der Entwicklung eigener industrietauglicher Steuerungslösungen zuzuwenden. Als Gründe dafür lassen sich zunächst das überzeugende technische Konzept und der günstige Preis benennen. Viel wichtiger für den Erfolg ist aber offenbar das Open-Source-Konzept, welches bei der Umsetzung eigener Projekte gleichfalls praktiziert wird. Diese Vorgehensweise bietet einerseits völlig neue Möglichkeiten bezüglich der Einbindung von Anwendern in die Weiterentwicklung der Angebote. Andererseits bietet es dem Anwender vielfältige Möglichkeiten zur Umsetzung eigener spezialisierter Angebote. Neben freier Software kann man auch hier auf die kostenpflichtigen Angebote etablierter Hersteller zugreifen. In der Freiheit zur Kombination unterschiedlicher Vorgehensweisen ist sicher ein entscheidender Vorteil dieser – auf dem Raspberry Pi basierenden – Angebote zu suchen. Bei den nachfolgend vorgestellten Projekten sind nicht nur die Schaltpläne u. v. a. m. frei verfügbar. Die Anwender haben zudem die Möglichkeit, Probleme zu diskutieren und eigene Lösungen vorzustellen.

Conmeleon

Unter der Bezeichnung Conmeleon wird seit rund zwei Jahren eine auf dem Raspberry Pi basierende Steuerungslösung als Open-Source-Projekt entwickelt [1]. Dies wird maßgeblich von einigen Fachleuten aus dem Umfeld der Firma QMD4 [2] getragen.

Hardware

Die Gerätetechnik ist in einem stabilen 3-Druck Kunststoffgehäuse untergebracht, das bei Bedarf auf der Hutschiene befestigt werden kann (Bild 1). Im Gehäuse ist Platz für die eigentliche Ein-Ausgabe-Platine und einen Raspberry Pi. Es wird der Minirechner Raspberry Pi 3 verwendet. Beide Platinen werden über einen 40-Pin-Steckverbinder miteinander verbunden. Die Conmeleon-Platine verfügt über ein integriertes Netzteil, welches auch die Speisung des Raspberry Pi übernimmt. Das Netzteil ist für Schaltschränke mit Gleichspannungen von 12 V bis 24 V verfügbar. Die IO-Platine stellt folgende Ein-/Ausgänge bereit:

  • 4 analoge Eingänge O–1O V, 12 Bit Auflösung,
  • 4 digitale Eingänge, optisch entkoppelt,
  • 4 digitale Ausgänge, 25O V AC/2 A, max. 6O W.

Darüber hinaus verfügt die Platine über eine interne Mikrobus-Schnittstelle. Hierüber sollen – zu einem späteren Zeitpunkt – Erweiterungsboards angeschlossen werden können. Die Ein-/Ausgänge der Conmeleon-IO-Platine und die Schnittstellen des Raspberry Pi (Ethernet und USB) sind aus dem Gehäuse herausgeführt.

Software

Generell stehen alle für den Raspberry Pi möglichen Programmierwerkzeuge zur Verfügung. Für den praktischen Einsatz innerhalb von Automatisierungsprojekten ist QMD4 wegen der Unterstützung zweier spezifischer Programmierumgebungen von besonderem Interesse.

Der Hersteller bietet mit dem webbasierten Tool Q4-Logixeine vom Betriebssystem unabhängige (und für Heimanwender kostenlose) Programmiermöglichkeit. Damit können grafisch SPS-Programme erstellt werden (Funktions-Block-Diagramme gemäß IEC 61131-3). Für Visualisierungen steht mit Q4-Viz ebenfalls eine Lösung zur Verfügung. Ein SD-Karten-Image mit vorinstalliertem Laufzeitsystem Q4-PLC kann per Download bezogen werden.

Eine weitere Möglichkeit bietet das zum Eclipse-Projekt gehörende freie Programmiertool 4DIAC-IDE mit dem dazugehörigen Laufzeitsystem Forte. Das Kürzel DIAC steht für Distributed Industrial Automation and Control. 4DIAC bietet ebenfalls eine grafische Programmiermöglichkeit und ist am Standard für verteilte Automatisierungssysteme IEC 61499 orientiert. Eine Beispielanwendung zur Heimautomation unter Nutzung eines Open-HAB-Servers und des MQTT-Protokolls wird in [3] vorgestellt.

Rail-Pi

Das von der Hagedorn Software Engineering GmbH [4] entwickelte Steuerungsgerät Rail-Pi [5] verwendet – wie bereits die zuvor besprochene Lösung – einen Raspberry Pi 3. Neben dem industriellen Einsatz ist diese Steuerung vor allem zur mobilen Verwendung in der Landwirtschaft konzipiert.

Hardware

Der Rail-Pi verfügt als Reiheneinbaugerät über ein stabiles Gehäuse und wird grundsätzlich auf einer Hutschiene montiert (Bild 2). Im Gehäuse sind der Raspberry Pi und die Rail-Pi-Platine über einen 40-poligen Steckverbinder miteinander verbunden. Die Rail-Pi-Platine verfügt über ein integriertes Netzteil, welches auch die Versorgung des Raspberry Pi übernimmt. Das Netzteil ist für die – 
typischerweise in Fahrzeugen und Schaltschränken verfügbaren – Gleichspannungen von 9 V bis 36 V geeignet. Eine konstruktiv interessante Lösung wurde im Hinblick auf der Zugänglichkeit zur SD-Karte gefunden (ohne das Gehäuse zu öffnen). Die Rail-Pi-Platine stellt folgenden Ein-/Ausgänge zur Verfügung:

  • 2 digitale Eingänge, optisch entkoppelt, S0-Standard und
  • 4 Digitalausgänge, kurzschlussfest und PWM-geeignet.

Der Anschluss erfolgt über Durchsteckverbinder, die mit einer PC-104-Federleiste verbunden werden. An der Vorderseite sind zudem die vom Rasperry Pi bereitgestellten USB-Anschlüsse und der Ethernetanschluss herausgeführt. Ebenfalls frontseitig wird über die Rail-Pi-Platine eine 1-Wire-Schnittstelle herausgeführt. Eine serielle RS-485-Schnittstelle ist seitlich über Schraubverbindungen zugänglich. Die serielle Schnittstelle eröffnet vielfältige Möglichkeiten zur Einbindung in industrielle Steuerungen und über 1-Wire kann ein breites Sortiment an Sensorik (Temperatur, Feuchte, Helligkeit, usw.) und gegebenenfalls auch Aktorik angeschlossen werden. Rückseitig ist der I2C-Bus herausgeführt. Über diesen Weg lassen sich ebenfalls Erweiterungen anschließen.

Software

Die Steuerung kann mit allen für den Raspberry Pi frei verfügbaren Werkzeugen (wie etwa Python oder C++) programmiert werden. Seitens des Herstellers wird zudem auf die Verwendung des ebenfalls frei verfügbaren grafischen Programmiertools Node-Red verwiesen. Für eine Programmierung nach IEC 61131-3 kann das kostenpflichtige und weit verbreitete Programmiersystem Codesys mit dem zugehörigen Laufzeitsystem genutzt werden.

Fazit

Die zwei vorgestellten Geräte zeigen beispielhaft die vielfältigen Möglichkeiten, die der Raspberry Pi bei der Entwicklung von Steuerungslösungen bietet. Conmeleon und Rail-Pi sind Projekte, die sich – nach wie vor – in der Entwicklung befinden. Sie fordern den Anwender geradewegs zu eigenen Aktivitäten auf. Es sind aber zugleich Offerten, die dem Anwender viele Chancen zur Umsetzung eigener, kreativer Ideen bieten.

Autor: H. Möbus

Literatur:

[1] Informationen zum Conmeleon-Projekt auf www.conmeleon.org.

[2] Internetseite der Firma QMD4 auf www.qmd4.com.

[3] Eichler, H.: Kostengünstige Heimautomatisierung auf Raspberry-Pi-Basis. Beitrag auf www.myembedded.de.

[4] Internetseite der Firma Hagedorn Software www.hagedorn-software.de.

[5] Informationen zum Rail-Pi-Projekt auf www.railpi.de.

Der Artikel ist in unserem Facharchiv nachzulesen.

Conmeleon – IO-Platine und Raspberry Pi in einem stabilen Gehäuse
Conmeleon – IO-Platine und Raspberry Pi in einem stabilen Gehäuse (Bild: Conmeleon)
Rail-Pi – Reiheneinbaugerät mit vielfältigen Erweiterungsmöglichkeiten
Rail-Pi – Reiheneinbaugerät mit vielfältigen Erweiterungsmöglichkeiten (Bild: Hagedorn Software)

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