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Kleinsteuerung mit Raspberry Pi

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

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Fortsetzung des Artikels von Teil 4

Revolution Pi als SPS

Entwickler können mit Python, C oder anderen Programmiersprachen und den für Raspberry Pi bekannten Tools eigene Anwendungsprogramme schreiben und dabei Linux-Funktionen nutzen, um auf das Prozessabbild zuzugreifen. Alternativ gibt es auch eine komplett fertige Soft-SPS mit dem EN61131-3-kompatiblen Editor logi.CAD 3 für PCs von logi.cals. Dieser beinhaltet auch logi.RTS, das dazugehörige Runtime-System, das auf dem RevPi Core läuft und die mit logi.CAD 3 erstellten Steuerungsabläufe umsetzt, sowie die Visualisierungs-Software SpiderControl.

Die Zielsetzung von logi.CAD 3 ist die Unterstützung von teamübergreifendem effizientem und effektivem Programmieren von Steuerungsapplikationen. Features wie nachvollziehbare Änderungen im erzeugten Code, Integration von Qualitätssicherungs- und Aufgabenverwaltungswerkzeugen sowie ein schnelles Feedback bei Eingabe von fehlerhaftem Code sind der Schlüssel, um diese Zielsetzung zu erreichen.

Um die Arbeit mit dem Editor zu vereinfachen, werden dabei symbolische Namen verwendet. Die Zuordnung zwischen diesen Namen und den Adressen im Prozessabbild geschieht durch die oben erwähnte Konfigurationsdatei, die mit PiCtory erstellt wurde. Genau wie PiCon liest auch logi.CAD 3 diese Datei, um die notwendigen Informationen der Konfiguration des Systems daraus zu entnehmen.

SpiderControl von der Firma iniNet verwendet einen Webserver (SCADA-Server) auf dem RevPi Core, um die Prozessdaten mit einem beliebigen Browser auszutauschen und zu visualisieren. Mit dem zugehörigen Editor werden einfache Anzeigen oder auch komplexe Prozessvisualisierungen mit Alarmen und Sollwerteingaben realisiert. Webserver und Browser können die Daten über eine gesicherte Verbindung auch über das Internet austauschen.

Modulare Gateways

Um ein Revolution-Pi-System im Verbund mit anderen Steuerungen zu betreiben, werden Gateways eingesetzt. Kunbus bietet modulare Gateways für praktisch alle gängigen Feldbussysteme an, z.B. Profinet IRT, Ethernet/IP, Powerlink, Ethercat, Profibus, DeviceNet, CANopen und einige andere. Die modularen Gateways von Kunbus werden normalerweise immer paarweise eingesetzt. Dabei ist jeweils ein Gateway dafür zuständig, gegenüber dem Feldbus, für welchen es ausgelegt wurde, zyklische Prozessdaten auszugeben und entgegenzunehmen. Jedes Feldbusmodul hat zwei Pufferspeicher, die in der Regel 512 Byte groß sind. In den einen Puffer können Daten über den Feldbus geschrieben und aus dem anderen gelesen werden. Die zwei Feldbusmodule tauschen nun wiederum zyklisch über einen Brückenstecker den Inhalt der Pufferspeicher aus, d.h. die Daten, die im einen Gateway geschrieben wurden, können im anderen gelesen werden und umgekehrt. Gegenüber dem jeweiligen Feldbus können die Daten strukturiert dargestellt werden (je nach Möglichkeiten des Feldbus-Typs). Aber zwischen zwei Gateways werden die Daten immer als unstrukturierter Datenblock ausgetauscht. Es ist daher Sache der jeweiligen Feldbuskonfiguration, die Datenstrukturen passend aufeinander abzustimmen, damit die Umsetzung von einem Protokoll in ein anderes Sinn macht.

Bei der Verwendung eines modularen Gateway als RevPi Gate findet nun der Austausch der oben erwähnten Datenblöcke zu den beiden Speicherbereichen eines Gateway über die Ethernet-Kanäle der PiBridge mit dem zentralen Prozessabbild des RevPi Core statt. Dadurch gelangen die ursprünglich auf dem jeweiligen Feldbus strukturiert angelegten Daten als Block in das RevPi-Prozessabbild oder werden von dort als Block am Feldbus bereitgestellt. Über den Konfigurator PiCtory können aber diese Daten auch im RevPi Core als strukturierte Daten weiterverarbeitet werden (z.B. von der Soft-SPS logi.RTS). Der Datentransfer zwischen RevPi Gate und RevPi Core läuft asynchron zu allen anderen Prozessen (auch der zyklischen RevPi-DIO-Kommunikation). Die Zykluszeit zwischen dem RevPi Core und einem RevPi Gate wurde aktuell mittels Treiber auf 5 ms eingestellt. Die RevPi-Gate-Module könnten zwar Zykluszeiten von unter 2 ms erreichen, jedoch würde das die Systemlast des RevPi Core unverhältnismäßig heraufsetzen. Denn je kleiner die Zykluszeiten im Treiber eingestellt werden, umso stärker ist die Systemlast, die für diesen Prozess aufgewendet werden muss.

An einem RevPi Core können derzeit maximal zwei RevPi-Gate-Module angeschlossen werden, die jeweils links und rechts vom Core-Modul als letzte Module in der Einbaureihenfolge eingebaut sein müssen.

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Revolution Pi und die Cloud
Mit zunehmender Verbreitung des Internets der Dinge müssen Steuerungen auch mit Cloud-Diensten interagieren können. Hierzu bietet Kunbus umfangreiche Cloud Services an. Eigener DynDNS-Server zur Lösung des Problems wechselnder IP-Adressen der RevPi-Geräte. Datensicherheit durch eingebaute Crypto-Chips, die umfangreiche Zertifikate verwalten und und die Daten verschlüsselt über das Internet ausgetauschen. Bereitstellung eines SMS- und Text-To-Speech-Gateways, um z.B. Systemalarme zu versenden. Hosting von MQTT-Brokern und Bereitstellung einer nicht abhörbaren Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen mehreren RevPi Cores. Bereitstellung eines Bi-Data Gateway, z.B. zu AWS und anderen Diensten. Bereitstellung einer Asset-Verwaltung für Kunden mit vielen RevPi-Core-Geräten als Webserver-Lösung, erreichbar über Browser.

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Mit zunehmender Verbreitung des Internets der Dinge müssen Steuerungen auch mit Cloud-Diensten interagieren können. Hierzu bietet Kunbus umfangreiche Cloud Services an.

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Datensicherheit durch eingebaute Crypto-Chips, die umfangreiche Zertifikate verwalten und und die Daten verschlüsselt über das Internet ausgetauschen.
Bereitstellung eines SMS- und Text-To-Speech-Gateways, um z.B. Systemalarme zu versenden.
Hosting von MQTT-Brokern und Bereitstellung einer nicht abhörbaren Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen mehreren RevPi Cores.
Bereitstellung eines Bi-Data Gateway, z.B. zu AWS und anderen Diensten.
Bereitstellung einer Asset-Verwaltung für Kunden mit vielen RevPi-Core-Geräten als Webserver-Lösung, erreichbar über Browser.

Baustein für die vierte industrielle Revolution

Das Revolution-Pi-System folgt dem Open-Source-Gedanken. Daher werden Quellcode und alle Schaltpläne der Revolution-Pi-Geräte offengelegt. So kann jeder Anwender seine eigenen Ideen und Lösungen ergänzen und vermarkten. Daraus entsteht nach und nach eine starke Community. Die Werkzeuge für eine solche Vernetzung werden über Video-Channel, Foren und Blogs zur Verfügung gestellt. Zukünftig wird es einen offenen App Store geben, in dem jeder nach Lösungen suchen oder selber Lösungen bereitstellen kann. Revolution Pi ist zum einen die Idee, eine günstige industrietaugliche Version des Raspberry Pi unter Open-Source-Bedingungen bereitzustellen und daraus ein „Community-based Project“ zu machen. So soll der Revolution Pi die vierte Industrielle Revolution maßgeblich vorantreiben.

Der Autor:

Dipl.-Ing. (FH) Andreas Müller
studierte Feinwerktechnik an der FH in Esslingen am Neckar. Anschließend war er bei Bosch, Alcatel und Connect Systems tätig, bis er schließlich zur Kunbus GmbH kam. Dort ist er heute Vertriebs- und Marketingleiter für Industrielle Kommunikation.

a.mueller@kunbus.de