Im Rahmen von Industrie 4.0 und des Internet of Things (IoT) ändern sich die Anforderungen an die Steuerungsebene. Der Bedarf an dezentralen Steuerungen steigt stark an und auch bisher nicht vernetzte Applikationen werden an übergeordnete Netzwerke angebunden. Nötig dafür sind preiswerte, skalierbare und industrietaugliche Kleinsteuerungen, die sich leicht an möglichst viele industrielle Netzwerke anbinden lassen.
Diese Steuerungen sollen allerdings nicht nur dezentral und gut vernetzbar sein, sondern zunehmend auch dem Open Source Gedanken folgen und sich als Cloud-Lösungen verwenden lassen. Wie so etwas aussehen könnte, zeigt Kunbus mit dem Revolution Pi.
Die Revolution-Pi-Familie basiert auf einem Raspberry-Pi-Compute-Module und erfüllt die Vorgaben der Norm EN61131-2. Die Hard- und Software ist Open Source und alle Schaltpläne und Quellcodes sind für jeden offen zugänglich. Das Raspberry-Pi-Compute-Module steckt in dem Rechner RevPi Core. Er stellt den Kern der Familie dar, verfügt über USB-, Ethernet- und HDMI-Anschlüsse und ist in einem Hutschienengehäuse verbaut. Durch den modularen Aufbau der Familie können an den Rechner digitale und analoge I/O-Module, sowie zertifizierte Gateways zu allen wichtigen Feldbussen angebunden werden.
Revolution Pi ist modular
Die I/O-Module gibt es in folgenden drei Versionen, die alle den gleichen 28-poligen Steckverbinder an der Frontseite besitzen:
Standardversion RevPi DIO mit 14 digitalen Ein- und Ausgängen
Spezialversion RevPi DI mit 16 digitalen Ein- und keinen Ausgängen
Spezialversion RevPi DO mit 16 digitalen Aus- und keinen Eingängen
Bei allen drei Varianten sind die Ein- beziehungsweise Ausgänge vom Logikteil galvanisch getrennt. Alle drei Versionen sind gemäß EN61131-2 gegen Störungen, Verpolung oder Überspannungen geschützt. Sie können wie auch der RevPi Core zwischen -40 und 50 °C Umgebungstemperatur und bei bis zu 80 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit betrieben werden. Ihr Netzteil arbeitet mit 10,2 bis 28,8 V Eingangsspannung und benötigt nur maximal 50 mA.
Den Ansatz, die einzelnen Netzwerkprotokolle in separaten Hutschienenmodulen unterzubringen, sorgt für eine große Flexibilität, da alle verfügbaren Protokollmodule untereinander kompatibel sind. Durch den modularen Aufbau lassen sich zum Beispiel bei technischen Änderungen im Feld die Kosten deutlich senken. Während übliche Gateways, etwa bei einem Netzwechsel, komplett ausgetauscht werden, reicht es bei dem Revolution Pi das betroffene Modul zu ersetzen.
Die einzelnen Gateway-Module werden mittels Steckbrücke miteinander verbunden. Mit diesem System lassen sich auch die I/O-Module an den RevPiCore anschließen. Die einzelnen Gateway-Module werden mit einer Betriebsspannung von 24 V versorgt. Der eingebaute Verpolungsschutz verhindert eine Zerstörung des Moduls durch Verpolung der Spannungsversorgung. Die Abmessungen pro Hutschienengehäuse betragen 22,5 mm x 101 mm x 115 mm.
Revolution Pi ist Open Source
Der Revolution Pi ist nicht nur modular aufgebaut, sondern auch als offene Plattform konzipiert. Auf dem RevPi Core kann beispielsweise angefangen vom Betriebssystem bis hin zur Applikationen alles installiert werden, was auch auf einem Raspberry Pi läuft. Standardmäßig ist als Betriebssystem Raspbian installiert, eine Debian-Variante, in der Version Wheezy mit RT-Patch des Kernels 4.1.13. Dieses Linux-System enthält bereits die passenden Treiber für die RevPi IO- und Gateway-Module.
Alle zyklisch ausgetauschten Prozessdaten stammen aus einem zentralen Prozessabbild im RevPi Core oder werden dort abgelegt. Das ist ein Bereich, in dem die Prozessdaten an vorbestimmten Adressen gespeichert werden. Die Prozessdaten lassen sich nicht nur über die PiBridge austauschen, sondern auch über USB, Ethernet oder die GPIO-Anschlüsse des Compute Moduls. Entwickler können über das einfache Aufrufen des Betriebssystems in das Prozessabbild schreiben oder von dort lesen.
Aufgrund des Open-Source-Gedankens können Nutzer aber auch eigene Software und eigene Programme verwenden. Dafür stellt Kunbus Treiber und eine Betriebssoftware zur Verfügung. Entwickler können zum Beispiel 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 von der Firma logi.cals eine fertige Soft-SPS mit dem EN61131-3 kompatiblen Editor logi.CAD 3 für PCs. Dieser beinhaltet mit logi.RTS auch das dazugehörigen Runtime-System, das auf dem RevPi Core läuft und die mit logi.CAD 3 erstellten Steuerungsabläufe umsetzt. Für SCADA-Server ist die Visualisierungssoftware Spidercontrol enthalten.
Revolution Pi mit Community
Der Revolution Pi folgt dem Open Source Gedanken. Jeder Quellcode und alle Schaltpläne der Revolution-Pi-Geräte werden offengelegt. Daher kann jeder Anwender seine eigenen Ideen und Entwicklungen abbilden und vermarkten. Daraus soll nach und nach eine starke Community entstehen. Zukünftig wird es einen offenen App-Store geben, in dem jeder nach Lösungen suchen oder selber Lösungen bereitstellen kann. Für die Vernetzung der Community stehen eine Facebook-Seite, ein Video-Channel, Foren und Blogs zur Verfügung. Mit zunehmender Verbreitung von Cloud-Diensten im Rahmen des IoT ist es außerdem zwingend notwendig, dass Steuerungen mit diesen interagieren können. Hierfür wird Kunbus in Zukunft umfangreiche Cloud Services anbieten.
