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Hutschienenmodul

Kleinsteuerung mit Raspberry Pi

18. November 2016, 11:20 Uhr | Von Andreas Müller

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Industrielle I/0-Module

Der RevPi Core ist als zentrale Steuereinheit mit den computertypischen USB- und Ethernet-Schnittstellen eines Raspberry-Pi-Systems ausgestattet. Was fehlt, sind die industriellen I/O-Schnittstellen, die die Steuersignale entgegennehmen bzw. ausgeben. Dies ergänzen die I/O-Module des Revolution Pi, die es in drei Varianten mit dem jeweils gleichen 28-poligen Steckverbinder an der Frontseite gibt:

RevPi DIO mit 14 digitalen Ein- und 14 digitalen Ausgängen,
RevPi DI mit 16 digitalen Eingängen,
RevPi DO mit 16 digitalen Ausgängen.

Die Ein- und Ausgänge sind bei allen I/O-Modulen vom Logikteil der PiBridge galvanisch getrennt (600 V effektive Isolationsspannung). Wegen der galvanischen Trennung benötigt der Logikteil, der über die PiBridge die Verbindung mit dem RevPi Core erstellt, eine eigene Stromversorgung, an dessen Stecker mit Schraubklemmkontakten ebenfalls die Funktionserde angeschlossen werden muss. Das Netzteil arbeitet mit 10,2 V bis 28,8 V Eingangsspannung und benötigt bei 24 V nur maximal 50 mA Strom für den STM32F205-Prozessor, der die Kommunikation mit dem RevPi Core steuert.

Für eine einwandfreie galvanische Trennung sollten die Ein- und Ausgänge über einen weiteren vierpoligen Stecker an eine jeweils eigene und getrennte Stromversorgung angeschlossen werden, die jeweils auch die angeschlossenen Sensoren (Schalter, Kontakte) bzw. Aktoren (Relais etc.) versorgen. Diese Stromversorgungen dürfen ebenfalls zwischen 10,2 und 28,8 V Spannung haben. Allerdings ergeben sich normkonforme Schaltschwellen der Eingänge nur bei 24-V-Versorgung. Der maximale Strombedarf für die Eingangsschaltung liegt dabei unter 10 mA. Der Strombedarf für die Ausgänge hängt natürlich von der an den Ausgängen angeschlossenen Last ab, die bis zu 500 mA Strom pro Kanal (also 8 A Gesamtstrom bei der 16DO-Variante) ziehen darf. Alle Spannungsversorgungsanschlüsse sind verpolungssicher und gegen Überspannungen und schnelle Störungspannungen bzw. Störströme gemäß EN 61131-2 geschützt.

Jeder der Ausgänge kann getrennt als High-Side Switch mit bis zu 500 mA Strombelastbarkeit oder als Push-Pull-Ausgang mit mindestens 100 mA Strombelastbarkeit konfiguriert werden. Alle Ausgänge sind unabhängig vom Betriebsmodus kurzschlussfest. Eine Watchdog-Schaltung sorgt dafür, dass die Ausgänge auf 0 (sicherer Zustand) gestellt werden, sobald der STM-Prozessor keine Daten mehr von der PiBridge (s.u.) zu den Ausgängen überträgt. Auch bei Unterspannung an der Stromversorgung für die Ausgänge oder Übertemperatur werden die Ausgänge auf 0 gestellt. Diese letzten beiden Fehlerzustände wie auch das Ansprechen der Kurzschlusssicherung pro Kanal werden über die PiBridge an den RevPi Core übermittelt.

Zusätzlich können die Ausgänge so konfiguriert werden, dass bei High-Side-Ausgangstyp auch eine „Open Load“-Erkennung (Leitungsbruch) eingeschaltet und ein entsprechender Alarm an den RevPi Core übermittelt wird. Genau wie die Eingänge sind auch die Ausgänge gegen statische Entladungen, Burst- und Surge-Impulse gemäß EN 61131-2 geschützt. Das I/O-Modul RevPi DIO besitzt zusätzlich auch PWM-Ausgänge (PWM = Pulsweitenmodulation).