Fit für die Industrie

Das schnelle Datenhandling und die modulare Bauweise machen die für Telekommunikations-Anwendungen standardisierten MicroTCA-Systeme auch für industrielle Applikationen interessant – sofern sie den Anforderungen der häufig rauen Umgebung angepasst werden.

Das schnelle Datenhandling und die modulare Bauweise machen die für Telekommunikations-Anwendungen standardisierten MicroTCA-Systeme auch für industrielle Applikationen interessant – sofern sie den Anforderungen der häufig rauen Umgebung angepasst werden.

MicroTCA (MTCA, mTCA oder auch m TCA) ist die „Weiterentwicklung nach unten“ des AdvancedTCA-Standards für weniger mächtige, kostenkritische Anwendungen der Telekommunikation, bei der zwar prinzipiell die identische Technologie genutzt wird – allen voran die modularen Advanced Mezzanine Cards (AMC); bei MTCA jedoch werden sie ohne Carrier direkt in die Backplane gesteckt und lassen so auf kleinstem Raum Systeme mit hoher Leistungsfähigkeit entstehen.

Module zu standardisieren und als funktionelle Steckkarten aufzubauen, hat sich in der Industrie vielfach bewährt, da sie so interdisziplinär verwendbar werden. Für neue Applikationen kann auf eine riesige „Hardware-Bibliothek“ zugegriffen werden, ohne dass es nötig ist, alles von Grund auf neu zu entwickeln. Der VMEBus mit seinen Erweiterungen beispielsweise „lebt“ diesen Erfolgsweg seit mehr als zwanzig Jahren „vor“, hat sich dabei als Standard für Echtzeit-Lösungen etabliert und zahlreiche proprietäre beziehungsweise kundenspezifische Systeme überlebt. Sicher liegt in der durchgängigen Modularität von MTCA einer der Gründe, warum sich Anwender leistungsfähiger Industrie-Elektronik schnell für diese Technik interessierten.

Das industrielle Pflichtenheft

Für den Einsatz in der industriellen Automation sowie zur Steuerung von Maschinen oder Robotern müssen MicroTCA-Systeme allerdings den Herausforderungen dieses Umfeldes angepasst werden. Primäre Forderungen – die jedoch nicht immer in Summe erfüllt sein müssen – sind:

  • eine höhere Qualität der Steckverbinder,
  • ein erweiterter Temperaturbereich von –40 bis +85 °C,
  • der alternative Betrieb ohne Lüfter beziehungsweise Ventilatoren,
  • aktive und passive Abschirmung von Störstrahlung (EMV),
  • Beständigkeit gegen Salznebel und Pilzbefall,
  • erweiterte Stoß- und Vibrationsfestigkeit,
  • Schutz gegen das Eindringen von Staub oder Wasser (höhere IP-Klassen)
  • und bei Bedarf robuste (rugged) Ausführungen.

Für Echtzeit-Anwendungen und für deterministischen Betrieb ist zudem eine feinstufige Interrupt-Struktur unerlässlich. Die bisher definierten Komponenten sind für den Einsatz in Telekom-Anwendungen optimiert, wo solche Anforderungen kaum oder gar nicht existieren. Ergo müssen Ergänzungen oder Erweiterungen entwickelt werden. Bisher fehlen in den verabschiedeten Spezifikationen darüber hinaus digitale und analoge Ein-/Ausgabe-Module, Zähler, Unterbrechungssteuerung sowie die Schnittstellen und Funktionsmodule, die für industrielle Anwendungen nötig sind.

Mehrere AMC-Steckkarten in einem MicroTCA-Gehäuse bilden noch kein System. Vielmehr werden logisch übergeordnete Verwaltungsfunktionen benötigt, die in MicroTCA-Systemen der MicroTCA Carrier Hub (MCH) übernimmt. Die bisherigen Systeme sind für den Einsatz von ein bis zwölf AMC-Karten in Verbindung mit einem oder zwei MCHs definiert. Dazu kommen ein oder zwei Kühleinheiten (Gebläse) und bis zu vier Stromversorgungsmodule. Für kleinere industrielle Systeme oder verteilte Maschinensteuerungen werden einfachere und damit preisgünstigere MCH-Varianten bevorzugt.

Der Telekom-MCH, wie er in MTCA.0 definiert ist, ist zusätzlich als Switch für die Vermittlung von 60 Kanälen zuständig. Für die Industrie sind Varianten mit weniger Leitungsschaltern oder ohne Leitungsschalter wünschenswert. Zudem gilt es in industriellen Anwendungen, statt vieler serieller Kommunikationskanäle unter Umständen viele Sensor-/Aktorleitungen sowie Analog- und Digitalkanäle zu verwalten. Der modulare Charakter der MicroTCA-Architektur sollte den Entwicklungsaufwand für solche MCHs jedoch in Grenzen halten.