Aus dem Facharchiv: Elektropraxis
Portenta Machine Control
Die Arduino-Plattform entstand vor fast zwei Jahrzehnten mit dem Ziel eine Lehr- und Lernhilfe für den Einstieg in die Programmierung eingebetteter Systeme zu schaffen. Schnell waren die Platinen bei Bastlern (neudeutsch Maker) beliebt. Wenig später entdeckten auch professionelle Erzeugnisentwickler deren Vorzüge.
Arduino – eine Erfolgsgeschichte
Automatisierungsgeräte mit einer Arduino-Platine als zentraler Komponente werden gegenwärtig von einer Vielzahl von Unternehmen angeboten und es kommen laufend weitere hinzu [1]. Das in Norditalien ansässige Unternehmen gleichen Namens hat diese Entwicklung durch einen beständigen Strom an Innovationen, trotz mancher Probleme [2], nachhaltig unterstützt. Die wirtschaftlichen Aktivitäten sind dabei nicht nur auf die Entwicklung und den Vertrieb der verschiedenen Arduino-Platinen beschränkt. Es existieren diverse Zusatzplatinen und für unterschiedlichste Bildungsbedürfnisse gibt es Start- und Einsteigerpakete. Arduino-Platinen und Software zu deren Programmierung sind inzwischen ein fester Bestandteil der Ausbildung im IT-Bereich (insbesondere bei der Programmierung eingebetteter Systeme). Mit der Entwicklung der Maschinensteuerung Portenta Machine Control (Bild 1) bietet Arduino bereits seit einiger Zeit ein eigenes – für den Einsatz im Schaltschrank geeignetes – Automatisierungsgerät an. Durch Bereitstellung der Arduino PLC IDE, einer IEC 61131-3 konformen Programmierumgebung, wird der Einsatz dieses Gerätes für Praktiker noch interessanter, bietet dieses Werkzeug doch die Möglichkeit der Programmierung mit den vertrauten grafischen Programmiersprachen.
Gerätetechnik
Schon ein erster Blick auf das 170 mm – also etwa 10 Teilungseinheiten – breite Gerät lässt deutlich werden, hier handelt es sich nicht um eine der vielen Arduino-basierten Kleinsteuerungen, sondern um eine Kompaktsteuerung. Dieses Bauteil ist unübersehbar zur Realisierung qualitativ und quantitativ höherer Anforderungen konzipiert. Dieser Eindruck wird auch durch die große Anzahl der sichtbaren Klemmen noch einmal deutlich bestätigt. Die zum System verfügbaren Unterlagen unterstreichen diese Feststellung. Das Steuergerät ist für den Einbau im Schaltschrank (IP20) konzipiert und wird mit 24 V DC versorgt.
Ein-/Ausgänge
Zum Anschluss von Prozesskomponenten stehen folgende Eingänge zur Verfügung:
- 8 digitale Eingänge 24 V DC,
- 2 Kanäle für Drehgeber-Messwerte,
- 3 analoge Eingänge für PT100/PT1000-Temperaturfühler,
- 3 analoge Eingänge, wahlweise konfigurierbar für die Standardsignale 4–20 mA, 0–10 V oder NTC 10K.
Für die Ansteuerung von Verbrauchern verfügt das Gerät über
- 8 digitale Ausgänge 24 V DC bis zu 0,5 A belastbar und
- 4 analoge Ausgänge mit dem Standardsignal 0–10 V.
Darüber hinaus gibt es 12 Digitalports, die je nach Bedarf, als Ein- oder Ausgang konfiguriert werden können. Weitere Anschlussmöglichkeiten, insbesondere für Sensorik, bietet ein I2C-Port als Groove-Buchse.
Schnittstellen
Die Steuerung kann über eine RJ45-Ethernetbuchse in ein kabelbasiertes lokales Netz (LAN) eingebunden werden. Eine Funkanbindungen ist sowohl per Wi-Fi (WLAN) als auch per Bluetooth (BLE) möglich. Für die Programmierung gibt es einen USB-Anschluss. Zur Anbindung weiterer Komponenten (z. B. zusätzliche I/Os) stehen der CAN-Bus und serielle Schnittstellen (RS 232, RS 422 und RS 485) zur Verfügung.
Zentrale Komponente
Die Platine Arduino Portenta H7 ist die zentrale Komponente des Steuergerätes (Bild 2). Der darauf befindliche Mikrocontroller STM32H747XI verfügt über zwei Kerne, jeweils einen Cortex-M7 und einen Cortex-M4. Als Speicher sind 16 MB Onboard-Flash und 8 MB SD-RAM installiert. Für die Sicherheit bei der Kommunikation über das Netz sorgt der Cryptochip NXP SE0502. Die Platine ist mit einer Echtzeituhr (RTC) ausgerüstet. Allein diese Leistungsmerkmale lassen deutlich werden, dass hiermit nicht nur die Funktionen einer Kompaktsteuerung, sondern weit darüber hinausgehende Aufgabenstellungen realisiert werden können.
Autor: Dr.-Ing. Horst Möbus