Embedded-Retrofit-Elektroniken

Signaldatenverarbeitungs-Systeme smart sanieren

14. März 2022, 10:36 Uhr | Andreas Knoll
hema electronic
Für die schnelle und kostengünstige Entwicklung von Embedded-Retrofits hat hema electronic einen modularen Baukasten entwickelt.
© hema electronic

Wenn analoge Systeme zur Verarbeitung von Kamera- und Sensordaten durch digitale ersetzt werden sollen, sind Kosten und Aufwand oft hoch. Abhilfe schaffen modulare Embedded-Retrofits, die analoge Systeme erweitern und aufbessern, ohne dass die komplette Infrastruktur ausgetauscht werden muss.

Vor allem in großen Infrastruktureinrichtungen wie Bahnanlagen, zur Überwachung von Tunnels oder für die Zufahrtskontrolle von Betriebsgeländen kommen nach wie vor häufig ältere Kamerasysteme und Sensoren zum Einsatz, die analoge Daten erzeugen und weiterleiten, etwa an einen Bildschirm. Auch wenn die Anlagen zuverlässig funktionieren, ist ihr Funktionsumfang jedoch wegen ihres Alters und des technischen Fortschritts seit der Einführung meist sehr eingeschränkt. Zudem sind bei einem Defekt abgekündigte Baugruppen nicht oder nur mit erheblichem Aufwand neu zu beschaffen.

Analog und Digital gemeinsam nutzen

Natürlich haben direkt erfasste digitale Daten viele Vorteile, und oft ist es sinnvoll, analoge Kameras oder Sensoren auszutauschen. In großen Anlagen ist das aber mit erheblichem Aufwand und hohen Kosten verbunden. »Eine Lösung zur kostengünstigen Modernisierung solcher Anlagen sind deshalb Embedded-Retrofit-Elektroniken, die bestehende analoge Systeme mit den Möglichkeiten der digitalen Datenverarbeitung erweitern und aufbessern«, erläutert Oliver Helzle, Geschäftsführer von hema electronic. »Sie ermöglichen Betreibern, ihre Anlagen Schritt für Schritt zu modernisieren, indem sie alle Signaldaten sammeln, aufbereiten und weitergeben. So lassen sich analoge Kameras oder Sensoren nach und nach – etwa bei Defekt – durch digitale austauschen. Es ist nicht notwendig, sofort alle Kameras oder Sensoren zu ersetzen, etwa weil eine neue Elektronik nur noch digitale Sensordaten verarbeiten kann.« Dieses Modell der »schleichenden Modernisierung« spare Kosten und Aufwand.

Helzle_Oliver
Oliver Helzle, hema electronic: »Mit Embedded-Retrofit-Elektroniken lassen sich Anlagen kostengünstig modernisieren.«
© hema electronic

Konkret werden in solchen Retrofit-Elektroniken die analogen Signaldaten digitalisiert und mit modernen FPGAs oder Arm-Prozessoren verarbeitet. Durch verschiedene Signal-Ein- und -Ausgänge lassen sich analoge und digitale Daten kombinieren und je nach gewünschter Weiterverarbeitung als analoge Daten auf einem Display anzeigen oder digital ausgeben. So profitieren auch bislang analoge Systeme von den flexibleren Verarbeitungsmöglichkeiten, der schnelleren Datenübertragung ohne Qualitätseinbußen und der unbegrenzten Nutzungs- und Speicherdauer. Gleichzeitig werden alle Schnittstellen des bestehenden Systems unterstützt, sodass sich die Elektronik leicht in bestehende Anlagen integrieren lässt. »Anwender können so defekte Baugruppen mit wenig Aufwand durch aktuellere Komponenten austauschen und die Infrastruktur kontinuierlich modernisieren«, führt Oliver Helzle aus. »Eine kompletter Systemwechsel, der mit hohem Aufwand, Kosten und Risiken verbunden wäre, ist nicht notwendig.«

Aufwertung durch Low Latency und Bildverarbeitung

Sind die Daten der analogen Sensoren einmal digitalisiert, lassen sich alle Vorteile digitaler Weiterverarbeitung nutzen, allen voran die Low-Latency-Verarbeitung mit Reaktionszeiten unter 35 ms. Außerdem stehen damit neue Bildverarbeitungsfunktionen zur Verfügung, etwa farbige Grafik-Overlays, Bild-in-Bild-Darstellungen oder Video-Multiplexing, bei dem mehrere farbige Kamerabilder in einen einzigen Daten-Stream zusammengefasst werden. Für die Kommandosteuerung der Funktionen kommen FPGA-Module oder Arm-Prozessoren zum Einsatz. Beide Technologien lassen sich auch kombinieren und verbinden hohe Rechenleistung und schnelle Datenverarbeitung mit geringen Serienkosten für die Elektronik.

hema electronic
Die neue »Embedded Vision Plattform« von hema für KRIA-K26-SoMs von Xilinx eignet sich für rechenintensive Anwendungen mit verschiedenen Signaldaten.
© hema electronic

Modularer Aufbau senkt Aufwand und Kosten

Für die kostengünstige Entwicklung von Elektroniken zum Sammeln, Verarbeiten und Ausgeben analoger und digitaler Signaldaten hat hema electronic einen modularen Baukasten entwickelt, die »hema Embedded Vision Plattform«. Sie umfasst Hardware und Middleware ebenso wie ein Softwaregerüst, sodass Anwender in kurzer Zeit eine einsatzfähige Lösung bekommen. Für den Start in die Entwicklung wählen sie die benötigten Schnittstellen und Funktionen; momentan stehen dafür über 45 Bausteine in einer Bibliothek fertiger Schaltungsteile zur Auswahl, die ständig ergänzt wird. »Entgegen einer kompletten Neuentwicklung können Kunden somit auf in der Industrie bewährte Schaltungsteile zurückgreifen, was ihnen einen Zeit- und Kostenvorteil bei der Entwicklung gibt und ihr Design-Risiko verringert«, sagt Oliver Helzle. »Neue Funktionen oder kundenspezifische Schaltungsteile lassen sich dennoch unkompliziert integrieren.«

SoMs liefern skalierbare Rechenleistung

Die benötigte Rechenleistung der Data Distribution Units stellen SoMs bereit. Sie sind mit FPGAs und Arm-Prozessoren oder einer Kombination beider Technologien erhältlich und umfassen obendrein den Speicher und weitere EMV-kritische Komponenten. »Das modulare Design verringert die Komplexität bei der Entwicklung der Elektronik – Zeit und Kosten werden so auch hier eingespart«, betont Oliver Helzle. »Das Interface der Module ist standardisiert, sodass Upgrades oder verschiedene Produktvarianten häufig ohne ein komplettes Neudesign der Hardware möglich sind.« hema arbeitet dafür in zahlreichen Kundenprojekten und seit vielen Jahren mit SoMs von Xilinx und Enclustra. Erst kürzlich hat hema eine neue Version der Embedded-Vision-Plattform vorgestellt. »Sie bildet die Basis für die weltweit ersten industrietauglichen Mainboards mit den neuen KRIA-K26-SoMs von Xilinx, die hohe Rechenleistung und KI-Fähigkeiten mit robustem Design verbinden«, hebt Oliver Helzle hervor.

In sechs Wochen zum Retrofit

Mit der Embedded-Vision-Plattform lassen sich Retrofit-Elektroniken für bestehende Anwendungen innerhalb von sechs Wochen entwickeln – vom Auftrag bis zum seriennahen Prototyp. »Dabei berücksichtigt hema bereits im Design Verfügbarkeit und Lebenszyklus der vorgesehenen Bauteile und begleitet seine Kunden auch in allen weiteren Entwicklungsschritten bis zur Serienqualifizierung inklusive Zertifizierung und Zulassung«, betont Oliver Helzle. »Auf Wunsch übernimmt das Unternehmen auch das Lifecycle Management und sorgt frühzeitig für Ersatz nur schwer oder nicht mehr lieferbarer Bauteile.« 


Verwandte Artikel

hema electronic GmbH