Kolter Electronic Messrechner mit eigenem Betriebssystem

Ein neuer Automatisierungsrechner für raue Industrieumgebungen verwendet für MSR-Applikationen im Host-Betrieb neben dem BIOS ein kleines Betriebssystem mit Debugger und einen Monitor für Maschinensprache sowie einen textbasierten Advanced-BASIC-Interpreter.

Mit »SEPIA« (Secure Embedded Platform for Industrial Automation) hat Kolter Electronic eine autarke, skalierbare PAC-Host-/Remote-I/O-Plattform (Programmable Automation Controller) für vielfältige Mess- und Automatisierungsanwendungen vorgestellt. Dazu hat das Unternehmen die Kompaktsteuerung speziell für den harten Industrieeinsatz (Ruggedized Design) als Front-End-MSR- und -Automatisierungssystem entwickelt.

Es basiert auf mehreren Prozessoren und ist mit einem speziellen Advanced-BASIC-Interpreter ausgerüstet. Da es zudem modular aufgebaut ist, lassen sich unterschiedliche, prozessnahe Systemschnittstellen zuordnen und in eigene MSR-Applikationen integrieren. Durch den sukzessiven Ausbau mit Erweiterungskarten (Europaformat) soll das System äußerst flexibel einsetzbar sein.

Mit nur wenigen Handgriffen lässt es sich für verschiedene Anwendungen einrichten. Dabei lässt sich SEPIA sowohl eigenständig als Host-Rechner als auch je nach Zuweisung als Endgerät betreiben. Einer der Schwerpunkte liegt daher in der Verwendung als leicht programmierbarer Feldbus-Slave über eine serielle oder Ethernet-Remote-I/O-Anbindung.

Da im Gegensatz zu anderen IPC-, SPS-, PAC- und Remote-I/O-Systemen keine spezielle Automatisierungssoftware oder fremde Betriebssysteme benötigt werden, kann der Anwender über sämtliche Funktionen frei verfügen. Somit unterliegt die Programmgestaltung nicht länger der Begrenzung von produktspezifischen Bausteinen oder einzubindenden Funktionsbibliotheken.

Die Kompaktsteuerung unterstützt als eigenständiger Industrierechner ebenso die autarke Feld-I/O-Kommunikation. Eine offene Busstruktur bietet die Gelegenheit, etliche Vorteile aus verschiedenen »Technikwelten« zu kombinieren oder in vorhandene Systeme einzubinden. Unter diesem Aspekt entsteht ein transparentes Rechnerkonzept. Dabei werden möglichst viele Industrieschnittstellen mit moderner Technik gekoppelt und in ein PAC-System integriert, das Kolter auf Robustheit, maximale Sicherheit und Kompaktheit, sowie für permanenten Dauerbetrieb ausgelegt hat. Der erweiterte Temperaturbereich ermöglicht zudem Einsätze in der Industrie bei widrigsten Bedingungen.

Zwei unterschiedliche Betriebszustände

SEPIA arbeitet grundsätzlich in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen: im Host- oder im Remote-I/O-Modus. In Ersterem lassen sich zusätzliche Erweiterungen wie IDE, Ethernet, VGA, PS/2, MEM sowie RTC mit Watchdog oder weitere COM-Schnittstellen ergänzen. Im Remote-I/O-Betrieb sind diese Erweiterungen nicht zwingend notwendig, da ein externer IPC-Rechner alle Steuerbefehle über die COM-Schnittstelle kommuniziert.

Die Kommandos erfolgen dazu in Klartext mittels Text-Strings oder aus Hochsprachen heraus, sodass andere Laboranwendungen leicht auf das System zugreifen können. Alle Befehle sind als BASIC-Direktbefehl anwendbar. Für eigenständige MSR-Applikationen verwendet das SEPIA im Host-Betrieb neben dem BIOS ein kleines Betriebssystem mit Debugger und einen Monitor für Maschinensprache sowie einen textbasierten Advanced-BASIC-Interpreter speziell für die Automatisierung.

Die Unterscheidung über Host- oder Remote-I/O-Betrieb trifft der Anwender in der Startmenü-Abfrage. Im Host-Modus erkennt ein Suchmodus automatisch, ob eine CF-Karte (Datenträger an der Medienschnittstelle) eingeschoben ist, die eine AUTOBAS-Start-Datei enthält. So können gleich nach dem Booten die Komponenten initialisiert oder Programme nachgeladen werden.

Durch die High-Level-Programmierung mit Advanced-BASIC soll es nun möglich sein, Steuerungen leicht zu programmieren. Zudem bietet SEPIA eine klare, transparente Struktur (durchgängiges Konzept mit Fail- und Front-End-Controls) und nicht zuletzt dank Single-Task-Betrieb eine stabile, hohe Performance bei Echtzeitprozessen. Daher eignet sich der Rechner insbesondere für kritische Anwendungen (z.B. MSR-Datenvorverdichtung an Maschinen).

Da das PAC-System ca. 80% bis 90% weniger Energie verbraucht als ein herkömmlicher PC, hat Kolter auf eine aktive Belüftung im normal-klimatischen Umfeld verzichtet. Die Kompaktsteuerung ist in der Economy-Industrial-Version für 0 °C bis +70 °C oder -25 °C bis +70 °C spezifiziert, die Heavy-Industrial-Version hingegen für -25 °C beziehungsweise -40 °C bis +85 °C. Alle Erweiterungen kann der Anwender individuell zu einer Kompaktsteuerung kombinieren oder später nachrüsten.

Intern verwendet SEPIA dazu einen parallelen Bus mit 64-poligen Steckplätzen für 3-HE-Europakarten. Ein Grundsystem besteht aus Baugruppenträger (42 TE oder 63 TE oder Tischgehäuse), CPU, Bus-Rückwand, PWx (DC-Stromversorgung) und CLK-Karte. Vielfältige, zum Teil CPU-unabhängige Diagnosefunktionen zeigen zusätzlich den Betriebsstatus mittels LEDs an.

Die Versorgung mit Strom kann je nach Anwendungsfall über verschiedene DC/DC-Wandler erfolgen. Durch die Kombination Remote-Betrieb plus Ethernet (mit Windows redirect COM-Treiber) lassen sich mehrere SEPIA-Rechner in ein Netzwerk einbinden. Da unter Windows 7 insgesamt 255 COM-Ports vergeben werden können, erhöht sich (je PC) dementsprechend die Kanalzahl auf bis zu 81 600 Digital-I/Os, oder 36 720 analoge Messkanäle. Mit dieser Ausbaumöglichkeit lassen sich ebenso dezentrale Gruppensteuerungen über weit entfernte Netzwerke realisieren, beispielsweise in der Gebäudeautomatisierung.

Ins Netzwerk eingebunden

Neben Einzelkomponenten wird die Grundversion in mehreren Aufbaustufen angeboten: als Tischgerät mit 3 HE und 63 TE beziehungsweise 42 TE (Bild 1) und als Baugruppenträger ohne Gehäuseschale zur Montage als 19 Zoll-Rack-Einschub für Europakarten-Trägersysteme (Bild 2). Die Trägersysteme können zudem wahlweise mit oder ohne Montagewinkel für Schaltschrank- und Wandmontage geliefert werden.

Damit ist SEPIA sowohl portabel als auch zur ortsfesten Installation geeignet. Die mit 14 Steckplätzen bestückte Platine nutzt eine Breite von 31,5 cm. Dieser Bus wird gleichermaßen für 84-TE- und 63-TE-Systeme verwendet. Die Aufteilung der Teil-Frontplatten ist wie folgt festgelegt: 11x 4 TE + 1x 4/6 TE + 1x 12 TE sowie 1x Expander-Steckplatz, falls weitere Steckplätze über einen Zusatzbus benötigt werden.

Der kleine Bus bietet hingegen acht Steckplätze und ist zur Montage in 42-TE-Baugruppenträgern vorgesehen. Beide Baugruppenträger sind sowohl in der Standard- als auch in der HEMV-Version (Heavy EMV) lieferbar. Erstere kann bei Schränken Einsatz finden, die bereits EMV-geschirmt sind. Alle Erweiterungskarten können ebenso in der HEMV-Version gefertigt werden. Dazu sind die Alu-Frontplatten mit seitlichen Schirmkontakten (auf beiden Seiten) versehen.

Die breite 19-Zoll-Variante lässt sich zusätzlich mit einem TFT/LCD-Farb-Display im Frontbereich ausstatten, um Programmierungen und/oder Eingaben vor Ort zu tätigen oder Messergebnisse zu visualisieren. In besonderen Fällen können Baugruppenträger schock- und schwinggeprüft werden. Diese entsprechen dann den Normen IEC 60297-3-101 sowie IEEE 1101.1. Ebenso sind spezielle Baugruppenträger mit extrem hohem EMV-Schutz (Option HEMV) für die Schwerindustrie, Schiff- oder Bahnanwendungen gemäß EN 50155 lieferbar. SEPIA erfüllt die EMV-Norm für Industriesteuerungen. Weitere Zertifikate (z.B. MIL, VG, etc.) sind gegen Aufpreis bei Übernahme der jeweiligen Prüfungskosten möglich.

Über den Autor:

Heinrich Kolter ist geschäftsführender Gesellschafter von Kolter Electronic.