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Raspberry Pi – industrietauglich gestaltet
Teil 3: Janz Tec – emPC-A/RPI3 und emVIEW-7/RPI3

Der Raspberry Pi hilft nicht nur Jugendlichen bei der Aneignung von IT-Kenntnissen und inspiriert Bastler zu immer neuen Ideen. Dieser Minirechner hat mittlerweile einen festen Platz in den Entwicklungslaboren etablierter Hersteller gefunden. Dabei wird der Raspberry Pi nicht nur zur Unterstützung von Entwicklungsarbeiten sondern als zentraler Bestandteil von Industriesteuerungen eingesetzt.

Embedded Computer emPC-A/RPI3

Embedded Computer emPC-A/RPI3 (Bild: Janz Tec AG)

Die in Paderborn beheimatete Janz Tec AG [1] kann auf eine mehr als 30-jährige Erfahrung als Hersteller von Embedded Computern, Industrie-PCs und elektronische Baugruppen verweisen. Die angebotenen Geräte sind auf die Anforderungen unterschiedlicher Branchen ausgerichtet. Das Unternehmen versteht sich als „Industrial Computing Architect“, das auf der Basis von Standardkomponenten Systeme für den industriellen Einsatz konzipiert, entwickelt und produziert. Wenn nötig, werden die Angebote auch an individuelle Kundenbedürfnisse angepasst. Zur Programmierung steht dem Anwender die in der Praxis weit verbreitete Software Codesys zur Verfügung. Das Tool ermöglicht die Programmierung von Anwendungen in allen in der IEC 61131-3 standardisierten Sprachen und kann gleichzeitig zur Erstellung von Visualisierungen genutzt werden. Die Mitarbeiter von Janz Tec haben mit einer Bibliothek zur Nutzung des MQTT-Protokolls einen bedeutenden Beitrag zur Weiterentwicklung dieses Werkzeuges geleistet. Damit können Anwender dieses Kommunikationsprotokoll auf einfache Art und Weise innerhalb von SPS-Programmen und unabhängig vom Zielsystem nutzen.

Gerätetechnik

Die Janz Tec AG hat seit mehr als zwei Jahren Geräte im Angebot, die den Raspberry Pi als zentrale Komponente beinhalten. Die Entwicklung begann zunächst auf der Basis eines Raspberry Pi 2 Modell B. Inzwischen wird zur Weiterentwicklung der Raspberry Pi 3 Modell B eingesetzt. Um auf der Basis dieses Minirechners industrietaugliche Steuerungstechnik anzubieten, wird der Raspberry Pi um eine Zusatzplatine ergänzt, die neben der Stromversorgung (9 V – 36 V DC), eine batteriegestützte Echtzeituhr sowie einige zusätzliche Schnittstellen bereitstellt. Der Raspberry Pi und die Zusatzplatine werden über einen 40-Pin-Steckverbinder miteinander verbunden. Die angebotene Gerätetechnik, der Embedded Computer emPC-A/RPI3 und der Panel-PC emVIEW-7/RPI3 sind für einen Betrieb bei Umgebungstemperaturen von 0 °C bis 45 °C und Transport-/Lagerbedingungen von –20 °C bis 75 °C geeignet.

Embedded Computer emPC-A/RPI3

Das eingebettete System emPC-A/RPI3 wird in einem robusten Kunststoffgehäuse mit nach außen geführten Schnittstellen geliefert (Bild 1). Das Gerät verfügt über den Schutzgrad IP20 und ist für die Montage im Schaltschrank konzipiert. Bemerkenswert ist die Ausstattung des Gerätes mit Schnittstellen (Kasten). Neben den unmittelbar am Raspberry Pi 3 vorhandenen Schnittstellen (Ethernet, USB und HDMI) verfügt der emPC-A/RPI3 über zwei, insbesondere in der Automatisierungstechnik bedeutende Interfaces: der CAN-Schnittstelle und einer wahlweise im RS232- oder im RS485-Modus nutzbaren seriellen Schnittstelle. Eine weitere serielle Schnittstelle (9-Pin D-SUB) ist zum Einspielen von Anwendungen und zur Fehlersuche vorgesehen. Für die Steuerungstechnik dürfte zudem von Bedeutung sein, dass die Geräte über jeweils 4 digitale Ein- und Ausgänge verfügen. Die Ausstattung des Gerätes erlaubt dessen Einsatz als zentraler programmierbarer Komponente einer Steuerungslösung. Der Embedded Computer emPC-A/RPI3 ist aber darüber hinaus – insbesondere wegen der Ethernet-Schnittstelle – auch als Gateway einsetzbar. Gerade damit ergeben sich vielfältige und interessante Einsatzmöglichkeiten.

Panel-PC emVIEW-7/RPI3

Der emVIEW-7/RPI3 basiert auf der Elektronik des emPC-A/RPI3 und kombiniert diese mit einem 7"-Display in einem stabilen Metallgehäuse (Bild 2). Das Gerät kann wahlweise auf der Hutschiene oder in der Schranktür (Vesa-Bohrungen) befestigt werden. Eine Montage als Panel ist ebenfalls möglich. Der Touchscreen verfügt über eine Glasoberfläche und bietet eine Auflösung von 800 × 480 Pixeln. Das Gerät ist multitouchfähig und zur Einrichtung von Bedienstellen und kleineren Visualisierungen geeignet.

Software

Die Software basiert auf einer speziell auf das Gerät und dessen vorgesehenen Einsatzzweck konfigurierten Linux-Version und einem optionalen Codesys-Laufzeitsystem.

Raspian Jessie lite

Bei Raspian Jessie handelt es sich um eine speziell für den Raspberry Pi angepasste Version der bekannten Linux-Distribution Debian. Die auf dem emPC-A/RPI3 verwendete Variante Raspian Jessie lite ist dabei eine optimierte Version, die ohne die für den Heimgebrauch vorinstallierten Programmpakete ausgeliefert wird. Raspian Jessie lite ist damit deutlich schlanker als das „normale“ Jessie und somit unter dem Gesichtspunkt der Arbeitsleistung besser für den Einsatz im industriellen Umfeld geeignet. Zur Programmierung von Anwendungen stehen neben der frei verfügbaren Sprache Python diverse andere für den Raspberry Pi geeignete freie Tools zur Verfügung.

Codesys-Laufzeitsystem

Die Installation des Laufzeitsystems ist Voraussetzung für die Anwendung des Codesys-Programmiertools. Damit können Steuerungsprogramme mit allen in der IEC 61131-3 vereinbarten Standardsprachen (darunter auch KOP und FBD) erstellt werden. Da Codesys für viele andere Systeme verfügbar ist, kann ein Umstieg auf andere Hardware vergleichsweise problemlos erfolgen. Das Codesys-Programmiertool ermöglicht zudem die Realisierung von Visualisierungen (Bild 3).

Ergänzende Software

Der Einsatz von CAN-Komponenten wird durch einen CANopen-Protokollstapel und einem TCP/IP-CANopen-Gateway der Firma Emtas erleichtert. Mit Oracle Embedded Java SE steht zudem eine weitere leistungsfähige und weit verbreitete Programmiersprache zur Verfügung.

Fazit

Aus der Sicht industrieller Anbieter stellen Geräte wie der Embedded Computer emPC-A/RPI3 und der Panel-PC emVIEW-7/RPI3 zunächst einmal eine Komplettierung ihres Angebotes insbesondere im unteren Preissegment dar. Aber das ist nur ein Aspekt und mit Sicherheit nicht der entscheidende. Für den Einsatz dieser Technik sprechen vor allem die damit gegebenen Möglichkeiten (z. B. als TCP/IP-CANopen-Gateway) bezüglich der Umsetzung völlig neuer Lösungsansätze (Internet der Dinge, Industrie 4.0) und die Nutzung von Erfahrungen aus der Open-Source-Szene. Jüngere Fachkollegen haben zudem in der Ausbildung erste Erfahrungen im Umgang mit dem Raspberry Pi gesammelt.

Autor: H. Möbus

Literatur:

[1] Präsentation der Janz Tec AG auf www.janztec.com

Der Artikel ist in unserem Facharchiv nachzulesen.

(1) Embedded Computer emPC-A/RPI3
(1) Embedded Computer emPC-A/RPI3 (Bild: Janz Tec AG)
(2) a) Panel-PC emVIEW-7/RPI3 a) Vorderseite;
(2) a) Panel-PC emVIEW-7/RPI3 a) Vorderseite; (Bild: Janz Tec AG)
(2) b) Panel-PC emVIEW-7/RPI3 b) Rückseite
(2) b) Panel-PC emVIEW-7/RPI3 b) Rückseite (Bild: Janz Tec AG)
(3) SPS-Programmierung mit Codesys
(3) SPS-Programmierung mit Codesys (Bild: Janz Tec AG)

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