Industrie 4.0

Raspberry Pi für die Industrie und Automotive-Anwendungen

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Ein 1-GHz-ARM-Prozessor aus der weitverbreiteten ARMv7-Familie mit 1 GByte RAM und 4 GByte eMMC-Speicher kann mit bis zu 32 GByte microSD-Speicher erweitert werden. Die 100-MBit-Ethernet-Schnittstelle verfügt über DHCP, IPv4 und IPv6. Es gibt verschiedene E/A-Schnittstellen für unterschiedliche Spannungen, darunter 8 x GPIO für 12/24 V DC. Die MICA-Box kann mit einer Versorgungsspannung von 12/24 V DC oder mit Power over Ethernet (PoE) betrieben werden.

Erstes „Virtual Industrial Computing“ in der Produktion

Das MICA-System ist das erste „Virtual Industrial Computing“ im Produktionsumfeld. Es besteht aus einer Kombination etablierter Linux-Technologien. Damit können Anwendungen direkt auf einem Feldgerät virtualisiert werden. Das erspart dem Entwickler den hohen Aufwand einer herkömmlichen Virtualisierung. Jede Anwendung ist für sich isoliert und gekapselt. Daher gibt es keine Inkompatibilitäten oder Paketabhängigkeiten. Die Kommunikation zwischen den Containern beruht auf IP-Techniken.

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Virtualisierung in Containern

Die Virtualisierung geschieht nicht unter einem Hypervisor mit eigenem Betriebssystem für jede virtuelle Instanz, sondern durch Container (Bild 4). Der hohe Verwaltungsaufwand für die Wartung und die benötigte hohe Rechenleistung für mehrere Betriebssysteme bei der herkömmlichen Virtualisierungstechnik werden durch die Containertechnik eingespart.

Sie ist klein, schnell und effektiv, passend für Embedded-Anwendungen. Ein Container enthält kein vollständiges Betriebssystem, sondern nur genau das, was für die jeweilige virtuelle Umgebung gebraucht wird: Prozess-Code, Runtime-Routinen, System-Werkzeuge, System-Bibliotheken und Anwendungen.

Die verschiedenen Container teilen sich einen gemeinschaftlichen Kernel. Sie sind durch Kernel-Namensräume gegeneinander isoliert. Durch diese besonders effektive Virtualisierung starten und arbeiten die Prozesse praktisch ohne Verzögerung. Durch die moderne LXC-Architektur werden die Bedienung, die Verwaltung und die Integration anderer Softwaremodule deutlich vereinfacht.

Die Containerarchitektur erlaubt es mehrere Sensoren, Feldgeräte oder Prozesse modular, transparent und simultan zu betreiben. Ändert sich eine Anwendung, ist nur der betreffende Linux-Container betroffen. Der Rest des Systems läuft problemlos weiter.

Kommunikation über virtuelle Repräsentation

Das Referenzarchitekturmodell für Industrie 4.0 (RAMI 4.0) beschreibt den Aufbau und die Arbeitsweise von Industrie-4.0-Komponenten, die mit der IT-Welt und mit ERP-Systemen kommunizieren können. Ein Klemmenblock, eine einfache Pumpe oder ein Linearmotor kommunizieren bisher im Regelfall nicht. Mit Hilfe von RFID oder anderen Identifikationstechnologien bekommt nun jede Komponente eine eindeutige ID (virtuelle Repräsentation).

Über diese virtuelle Repräsentation sind die relevanten Eigenschaften und Funktionalitäten einer Komponente festgelegt. Jede virtuelle Repräsentation (Verwaltungsschale im RAMI 4.0), wird in einem eigenen Container gekapselt und bekommt damit automatisch eine IP-Adresse. So kann jeder Sensor oder Aktor über die MICA eindeutig identifiziert und über das Netzwerk angesprochen werden. Dies ist somit unabhängig vom Alter der Anlage oder den eingesetzten Protokollen, Sensoren oder Aktoren.

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