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Raspberry Pi als Steuerknecht, Kleinrechner, Gateway

18. August 2016, 9:56 Uhr |

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Robuste Hardware für den SPS-Einsatz

Die meisten Steuerungsanwendungen kommen kaum ohne Hardware-Erweiterungen aus, denn mit den vier USB-Schnittstellen und der GPIO-Leiste sind die Einsatzmöglichkeiten des Raspberry Pi als Steuerung äußerst begrenzt. Im großen Angebot der Zubehörhersteller finden sich allerdings viele Fundstücke – sowohl mit professionellem Erscheinungsbild als auch für den fliegenden Aufbau auf dem Labortisch. Zu letzterem zählen die Module von PiFace, mit denen man Zeilen-Display, eine Klemmenleiste für digitale I/Os, Platine mit vier Relais und eine SPI-Bus-Leiterplatte mit vier Steckplätzen an den Pi anschließen kann.

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Ziemlich professionell sieht dagegen das Erweiterungs-Board PiXtend aus, wobei die Frage ist, wer hier wen erweitert (Bild 6). Der Raspberry Pi wird aufgesteckt und wirkt fast etwas verloren. Die Liste der Anschlüsse ist umfangreich: digitale und analoge Ein- und Ausgänge, PWM-/Servoausgänge, Relais, serielle Schnittstellen einschließlich CAN, Echtzeituhr, Anschluss für Temperatursensor, 433-MHz-Funkmodul und integriertes Schaltnetzteil. Alle Ein-/Ausgänge sind kurzschlussfest. Ein Kunststoffgehäuse für die Hutschiene und eine Edelstahlhaube sind als Zubehör erhältlich.

Ebenfalls professionell sind die Boards von Horter & Kalb. Der Hersteller hat sich auf Komponenten für (Simatic-)Steuerungen und den I2C-Bus spezialisiert und bietet dieses Zubehör teilweise auch für den Raspberry Pi an. Auf die GPIO-Leiste des Raspi wird ein I2C-Modul gesteckt. Von hier aus sind die Erweiterungsmodule per Kabel angeschlossen. Hierzu zählen analoge und digitale Ein-/Ausgangsmodule (jeweils 8 bit) sowie Karten mit fünf analogen Eingängen oder vier analogen Ausgängen (Auflösung jeweils 10 bit).

Ethernet Powerlink

Ebenfalls in die Kategorie Steuerungstechnik fällt Ethernet Powerlink. Dieses Echtzeit-Ethernet-Protokoll hat die Firma Kalycito auf dem Raspberry Pi 2 implementiert. Die Software besteht aus einem openPowerlink Master und -Slave mit Linux. Kalycito hat eine Demoanwendung entwickelt, die zeigt, dass Powerlink auf dem Raspberry Pi 2 in Kombination mit Steuerungen und dezentralen I/O-Systemen eine interessante Plattform für die vernetzte Industrie- und Heimautomatisierung sein kann. Die Demo wurde mit dem unmodifizierten Open-Source-Paket erstellt. Eine Kurzanleitung und vorgefertigte Demo-Binärdateien können für den Einstieg verwendet werden, bevor die C-Programme für das Senden und Empfangen von Daten über die I/O-Pins weiter modifiziert werden. Weitere Informationen zur Demo-Anwendung gibt es im Internet unter www.ethernet-powerlink.org/de/raspberrypi2.

Einsatz als CAN Gateway

Die Firma Janz Tec hat mit dem emPC-A/RPI ein industrielles Gehäuse für den Raspberry Pi entwickelt (Bild 7). Dieser Pi ist allerdings auf einer von Janz Tec entwickelten Basisplatine montiert, die ein 24-Volt-Netzteil enthält sowie CAN Interface, Echtzeituhr, serielle Schnittstelle und einige digitale Ein-/Ausgänge zum System hinzufügt. Im robusten Metallgehäuse kann dieses System z.B. als kostengünstiges und flexibles Gateway eingesetzt werden. Dazu hat Janz Tec ein Bündel geschnürt, dessen Software von emtas stammt. Das CiA 309 Gateway erlaubt den Zugriff auf CANopen-Netzwerke über eine Netzwerkverbindung. Das Gateway kann dabei auch als CANopen Master agieren und neben den Standard-Diensten wie SDO und PDO auch NMT-Kommandos senden. Die Knotennummer ist bei Programmstart einstellbar. Das Gateway stellt einen TCP-Server auf einem konfigurierbaren Port bereit, mit dem sich TCP Clients verbinden können. Die Kommunikation erfolgt über ASCII-Zeichen. Die Software wird in einer kostenlosen Demoversion auf jedem Gerät mit ausgeliefert. Sie enthält alle Features der Vollversion und ist lediglich in der Laufzeit beschränkt.

Vorcompilierte Beispiele zur Evaluation von CANopen-Anwendungen sind ebenfalls im Lieferumfang des emPC-A/RPI integriert. Die Beispiele implementieren das Profil CiA 401 für generische I/O-Module. Sie ermöglichen auf einfache Art Test und Implementierung von SDO, Node Guarding, Heartbeat, PDO und EMCY-Diensten. Die Beispiele nutzen dabei die SocketCAN-Schnittstelle des emPC A/RPI.

Schließlich gehört zu dem Paket noch das Open-Source Tool „horch“, das CAN-Layer-2-Nachrichten in Textform wandelt. So lassen sich CAN-Nachrichten auf dem Raspberry Pi aufzeichnen und anzeigen. Darüber hinaus kann horch auch als Server arbeiten, der über TCP/IP CAN-Layer-2-Nachrichten an einen Client transportiert. Mit horch lässt sich der Raspberry Pi somit sehr einfach als Datenlogger, zur Fehlersuche oder als CAN-Gateway nutzen.