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Raspberry Pi goes Industry – Automatisieren mit PiXtend + eIO

| Autor / Redakteur: Franz Ott * / Margit Kuther

Die Raspberry-Pi-basierende Kompakt-SPS PiXtend bekommt Zuwachs. Mittels Modbus IO-Erweiterungssystem PiXtend eIO wird PiXtend zur vollwertigen modularen Steuerung für industrielle Anwendungen.

Raspberry-Pi/PiXtend-System: Die PiXtend ePLC-SPS wird über neue eIO-Module erweitert.
Raspberry-Pi/PiXtend-System: Die PiXtend ePLC-SPS wird über neue eIO-Module erweitert.
(Bild: Qube Solutions )

Die deutschen Geräte- und Maschinenbauer sind Exportweltmeister. Ihre Geräte und Maschinen, speziell die mit geringer bis mittlerer Komplexität, konkurrieren weltweit mit ausländischen, günstigen Produkten. Vielfach werden die deutschen Produkte im Ausland aus Preisgründen von lokalen Anbietern kopiert.

Aufgrund dessen werden für die hierzulande hergestellten Produkte sehr flexible und günstige Steuerungslösungen benötigt, um nicht nur technisch, sondern auch preislich wettbewerbsfähig zu sein. Offene Lösungen mit vielfältigen (Kopier-) Schutzmechanismen für die Software sind existenziell für den IP-Schutz der Geräte- und Maschinenbauer.

Ursprünglich als preisgünstige Lehrsysteme mit industriellem Anspruch konzipiert, hat Qube Solutions die PiXtend-Produkte zur modularen industriellen Steuerung für Geräte und Maschinen weiterentwickelt. Die Offenheit und die günstige Kostenstruktur der Raspberry-Pi-Lösungen in Kombination mit vielfältigen Standardprogrammiermöglichkeiten wie Python, CODESYS, C sind hier von unschlagbarem Vorteil. Das breitgefächerte Angebot an freier Software und die kostenlosen beziehungsweise günstigen Softwareentwicklungsplattformen halten die Anfangsinvestitionen klein. Gleichzeitig dienen die vielfältigen Programmiermöglichkeiten in Kombination mit der individuellen Steuerungslösung als hochwertiger Kopierschutz.

Anwendungsvielfalt in der Industrie

Die Anwendungen für PiXtend + eIO liegen heute schwerpunktmäßig im industriellen Bereich. Die Einsatzgebiete sind weit gefächert und reichen von E-Ladesäulen, Energieproduktionssystemen, speziellen Prozessmodulen für Solarproduktionsanlagen, Ausrüstung von Arbeits- und Testplätzen für die industrielle Produktion, über Digital Signage-Anwendungen und IoT-Projekte bis hin zu verschiedenen Anwendungen im medizinischen Bereich. Sie zeigen die vielfältigen Möglichkeiten für PiXtend und Raspberry Pi und die Offenheit der Industrie für diese Lösung.

Bei den Geräte- und Maschinenbauern ist angekommen: Der Raspberry Pi ist kein Exot unter den Kleincomputern. Von den unterschiedlichen Modellen wurden seit der Erstpräsentation 2012 rund 30 Millionen Stück verkauft. „Der Raspberry Pi ist der beliebteste Minicomputer weltweit und auch in Deutschland. Nahezu jeder Zweite, der privat oder beruflich Elektronikprojekte realisiert, hat ihn bereits verwendet“, so das Resultat einer Umfrage von Reichelt Elektronik. Dem Gerätehersteller und Maschinenbauer, der sich mit dem Gedanken trägt, einen Raspberry Pi in seine Steuerung zu integrieren, geben diese Umstände die Sicherheit, dass er ein erprobtes und ständig verbessertes System vor sich hat.

Über den Einsatz in der Industrie hinaus ist der Einsatz an technischen Hochschulen und Universitäten nach wie vor ein wichtiges Anwendungsgebiet für PiXtend. Der Einsatz von Raspberry-Pi-Systemen in Lehrsystemen und der Einsatz für Versuche, Master- und Bachelorarbeiten ist an vielen Hochschulen mittlerweile Standard. Die industrielle Ausführung von PiXtend, die Programmierung mit CODESYS, Phyton und C in Kombination mit den günstigen Kosten machen PiXtend zur idealen Steuerung für Lehrzwecke.

PiXtend eIO – Sensordaten über Modbus erfassen

Um unterschiedlichste Sensor- und Aktorkonfigurationen der zu steuernden Geräte und Anlagen abbilden zu können, hat Qube Solutions als Ergänzung zur speicherprogrammierbaren Steuerung PiXtend das PiXtend-eIO-System entwickelt. Es bietet die Möglichkeit, die notwendigen digitalen und analogen Sensoren über Modbus RTU kostengünstig zu erfassen und der PiXtend-Steuerung für die Verarbeitung zur Verfügung zu stellen. Digitale und analoge Sensoren und Steuerelemente können damit in genügender Zahl angeschlossen werden. Das PiXtend-eIO-Erweiterungssystem ist unabhängig von PiXtend. Es eignet sich damit für alle, die auf der Suche nach preiswerten, Allzweck-Ein- und -Ausgängen sind – digital und analog.

Digital- und Analogvariante: Die PiXtend-eIO-Geräte beherrschen zwei Protokolle: Modbus RTU (“solide”) und das Protokoll PiXtend eIO ASCII (“einfach”).
Digital- und Analogvariante: Die PiXtend-eIO-Geräte beherrschen zwei Protokolle: Modbus RTU (“solide”) und das Protokoll PiXtend eIO ASCII (“einfach”).
(Bild: Qube Solutions )

Die Datenanbindung erfolgt über den robusten RS485-Bus. Falls nicht vorhanden, kann dieser an jedem Computersystem nachgerüstet werden. Durch die Modbus-RTU-Kommunikation fügen sich eIO-Geräte in vorhandene PiXtend- oder andere Systeme ein. Das Protokoll ist sicher und jahrzehntelang industrieerprobt.

Zusätzlich lassen sich die eIO-Geräte auch mit dem besonders einfachen und schlanken „PiXtend eIO Protokoll“ ansprechen, welches die Daten in Klartext übermittelt (ASCII). Open-Source-Beispielprogramme für C, C#, Python, CODESYS (61131-3), Java und NodeRED werden kostenfrei mitgeliefert. Die Einbindung in eigene Applikationen ist problemlos. Die eIO-Module und deren Ein- und Ausgänge entsprechen der Industrienorm IEC 61131-2 und sind damit für den rauen Arbeitseinsatz in Laboren, Industrie- und Gewerbebetrieben vorgesehen.

Funktionen wie die besonders schnelle digitale „Hyper Logic“, bringen zusätzlichen Mehrwert. Einfache logische Verknüpfungen zwischen Ein- und Ausgängen können damit von den Modulen selbst ausgeführt werden, ohne dass eine Datenübertragung über den Bus notwendig ist. Digitale Eingänge können außerdem zum Zählen von Ereignissen genutzt werden. Ein Watchdog-Timer überwacht die per CRC-Prüfsumme gesicherte Datenübertragung und versetzt die Ausgänge bei Bedarf in einen einstellbaren, sicheren Zustand. Die Grundeinstellungen lassen sich direkt und unkompliziert am Gerät durchführen – ohne Software und ohne Vorkenntnisse des Personals vor Ort.

PiXtend eIO Analog One Basic: Analog One verfügt über 8 analoge Eingänge und 6 analoge Ausgänge in Industriequalität.
PiXtend eIO Analog One Basic: Analog One verfügt über 8 analoge Eingänge und 6 analoge Ausgänge in Industriequalität.
(Bild: Qube Solutions )

Folgende Baugruppen sind lieferbar

PiXtend eIO Digital One:

  • 8 x digitale Eingänge, 3,3 / 5 / 12 / 24 V
  • 8 x digitale Ausgänge, 5 / 12 / 24 V; 0,5 A

PiXtend eIO Analog One:

  • 4 x Analogeingänge, 0..5 V / 0..10 V, 10 Bit
  • 4 x Analogeingänge, 0..20 mA / 4..20 mA, 10 Bit
  • 4 x Analogausgänge, 0..10 V, 12 Bit
  • 2 x Analogausgänge, 0..20 mA / 4..20 mA, 12 Bit

Dieser Beitrag ist erschienen im Sonderheft Embedded Systems Development und Internet of Things I der ELEKTRONIKPRAXIS (Download PDF)

* Franz Ott ist Vertriebsleiter bei Qube Solutions

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