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Open Source für die Automatisierung

01  Das Modul Revolution Pi basiert auf Raspberry Pi

01  Das Modul Revolution Pi basiert auf Raspberry Pi

02  Industrietaugliche Version des Raspberry Pi unter  Open-Source-Bedingungen

02  Industrietaugliche Version des Raspberry Pi unter Open-Source-Bedingungen

In der Automatisierungstechnik wird viel von Offenheit gesprochen. Richtig offen sind viele marktführende Steuerungssysteme allerdings nicht. Vielmehr handelt es sich nicht selten um geschlossene Plattformen, die als Branchenstandards im Markt durchgesetzt werden. Mit einer industrietauglichen Version eines auf dem Raspberry Pi basierenden Moduls soll dies nun anders werden.

Open Source – was in der IT-Branche schon gang und gäbe ist, wird in der Automatisierungsbranche noch immer distanziert behandelt. Die großen Hersteller in der Automatisierungsbranche bieten zum Beispiel ihre Steuerungen seit Jahrzehnten als in sich geschlossene Plattformen an und versuchen diese mehr oder weniger als Branchenstandards durchzusetzen. Das Resultat ist eine Landschaft verschiedener proprietärer Automatisierungssysteme, die nicht oder nur sehr begrenzt miteinander kompatibel sind.
Für die Hersteller dieser Systeme bietet ein geschlossenes Ökosystem eine Vielzahl von Vorteilen. Auch wenn von Herstellerseite nicht gerne drauf hingewiesen wird, ist der wohl größte Vorteil proprietärer Systeme finanzieller Natur. Üblicherweise bindet sich ein Kunde, nachdem er sich für ein System entschieden hat, längerfristig an dieses System und sorgt idealerweise für wiederkehrenden Umsatz, zum Beispiel durch den Kauf von passenden Erweiterungsmodulen. Was den Hersteller freut, ist für den Kunden oftmals ein Nachteil. Ändern sich die Anforderungen an sein bestehendes System, muss der Kunde hoffen, dass der Hersteller für diese neuen Anforderungen Lösungen bereithält.
Für den viel beschworenen Ausbau von Industrie 4.0 und „IoT“ ist eine barrierefreie Konnektivität Grundvoraussetzung, insbesondere ins Internet. Die starke Verbreitung von proprietären Systemen stellt daher ein großes Problem dar. Neue Ideen und Lösungsansätze, die bestehende Systeme bzw. Steuerungen erweitern könnten, um sie „IoT“-tauglich zu machen, können meistens nur schwer und mit hohem finanziellem Aufwand umgesetzt werden. Kleine und mittlere Technologiefirmen, die nicht gleichzeitig als Hersteller eines marktrelevanten Systems gelten, sind bei der Entwicklung neuer Automatisierungslösungen zudem immer auf die Schnittstellenfähigkeit und Offenheit der bestehenden Hauptsysteme angewiesen.

Open-Source-Technologie statt proprietäter Systeme
Viele Hersteller befürchten, dass bei offenen Systemen ihre Entwicklungsarbeit nicht ausreichend geschützt ist. Diese Angst ist verständlich und keinesfalls unbegründet. Jedoch wird häufig übersehen, dass Industrie 4.0 und „IoT“ eine ganze Reihe neuer Chancen generieren. Die Wertschöpfung entsteht nicht mehr nur wie früher durch den Verkauf der Hardware, sondern mit passenden Dienstleistungen für die Systeme, wie Cloud Services. Diese Verlagerung der Wertschöpfungskette macht die Hardware nur noch zum „Trägermaterial“. Statt einer gezielt hohen Einnahme beim Verkauf der Hardware erhält der Hersteller einen wiederkehrenden Cashflow durch das Bereitstellen von Dienstleistungen.
Der günstige Einplatinencomputer Raspberry Pi zeigt eindrucksvoll, dass trotz Open-Source-Technologie ein System eine marktbeherrschende Rolle einnehmen kann. Obwohl erst seit einigen Jahren auf dem Markt, wurde dieser bereits mehr als zehn Millionen Mal verkauft. Trotz dutzender Klone, die zum Teil sogar günstiger und leistungsstärker als das Original sind, hat es der Raspberry Pi geschafft in seiner Kategorie die unangefochtene Nummer 1 zu bleiben. Durch sein offenes, auf Linux basierendes Betriebssystem und einer umfassenden Internetplattform mit diversen Tools können Anwender den Raspberry Pi für die unterschiedlichen Anwendungen programmieren. Diese Offenheit und Vielschichtigkeit ließ eine große und internationale Community von Raspberry-Pi-Anwendern entstehen. In der Community werden Probleme und Aufgaben miteinander gelöst und es entstehen innovative Ideen. Der Raspberry Pi bietet also in puncto Entwicklungsgeschwindigkeit und Lösungsmöglichkeit ein Riesenpotenzial.

Industrietauglichkeit für Raspberry Pi
Eines bietet der Raspberry Pi bis dato jedoch nicht und das ist eine Industrietauglichkeit. Daher wird der Raspberry Pi in der Industrie höchstens in Laboren, Testumgebungen und Entwicklungszentren eingesetzt.
Dieses Manko der fehlenden Industrietauglichkeit löst nun Revolution Pi (Bild 1). Auf Basis des Raspberry Pi Compute Module entwickelte Kunbus einen offenen, modularen und kostengünstigen Industrie-PC, welcher der Norm IEC 61131-2 entspricht [1]. Das Basismodul „RevPi Core“ kann je nach Anforderungsprofil von digitalen und analogen IO-Modulen sowie passenden Feldbus-Gateways ergänzt werden. Untergebracht in einem Hutschienengehäuse verfügt der „RevPi Core“ über USB-, Ethernet- und HDMI-Anschlüsse. Eine aufwendige Schutzbeschaltung garantiert die unbeeinträchtigte Funktion selbst bei massiven Störungen auf der Stromversorgungsleitung. Blitzeinschläge oder benachbarte Schweißanlagen wurden in einem zertifizierten Prüflabor simuliert und konnten den „RevPi Core“ nicht beeindrucken. Bei Verwendung der Gateway-Module lässt sich Revolution Pi ohne großen Aufwand in die gängigsten industriellen Netzwerke, wie Profinet oder Ethercat, einbinden.
Softwareseitig ist das vom Raspberry Pi bekannte Betriebssystem Raspbian samt Treibern für die Erweiterungsmodule vorinstalliert. Quasi jede Software oder Applikation, die auf einem Raspberry Pi läuft, funktioniert auch auf dem Revolution Pi. Somit steht dem Programmieren eigener Software nichts im Weg.
Mit Logi.CAD3 von Logi.cals steht eine kostengünstige und leistungsfähige Steuerungsplattform zur Verfügung. Zusätzlich gibt es das HMI Spidercontrol von Ininet. Dadurch wird Revolution Pi zu einer voll industrietauglichen modularen Kleinsteuerung.
Der Open-Source-Gedanke spielt bei diesem Projekt eine zentrale Rolle. Dies spiegelt sich in der Offenlegung der Quellcodes und Schaltpläne der Revolution-Pi-Geräte wider (Bild 2). Revolution Pi ist jedoch nicht nur die Idee, eine günstige industrietaugliche Version des Raspberry Pi unter Open-Source-Bedingungen bereitzustellen und daraus ein „community based project“ zu machen. Mit Revolution Pi sollen die Ziele von Industrie 4.0 unterstützt werden, zum Beispiel Dienstleistungen in der Cloud anzubieten. Der Hersteller stellt daher verschiedene Cloud-Dienste, wie SMS-Gateways, MQTT-Broker und anderen Backend-Dienste, für Revolution-Pi-Anwender bereit. Dadurch wird das Internet der ­Dinge ohne Hürden realisierbar. Damit entstehen Ansätze, die Wertschöpfungsketten der Unternehmen zu verlagern.
Für „IoT“-Anwendungen spielt das Thema Security eine entscheidende Rolle. Daher ist die Hardware mit einem Crypto-Chip von Atmel ausgestattet. Zusammen mit speziellen Cloud-Diensten können „RePi Core“-Geräte als Server ohne Eingriffe in bestehende Firewalls vom Internet aus sicher erreicht werden. Ein Slave hat die volle Sicherheit, mit dem authentischen Server („RevPi Core“) zu kommunizieren und unverfälschte Daten auszutauschen. Kein Dritter kann diese Verbindung abhören – selbst der Hersteller nicht. In der entgegengesetzten Richtung ist derselbe hohe Sicherheitsstandard gewährleistet: Ein „RevPi Core“ kann seine Daten ohne Sicherheitsbedenken zu einem Cloud-Server senden.
Premiere und Markteinführung feiert Revolution Pi auf der SPS IPC Drives in Nürnberg Ende November 2016. (hz)

Literatur
[1] Heinze, R.: Mit Raspberry Pi SPS und PC neue definiert. etz elektrotechnik & automation 137 (2016) H. 9, S. 25 – 27

Dipl.-Ing. (FH) Ekkehard Krebs ist als Marketing Manager bei der Kunbus GmbH in Denkendorf ­tätig. e.krebs@kunbus.de

Dipl.-Ing. (FH) Ekkehard Krebs ist als Marketing Manager bei der Kunbus GmbH in Denkendorf ­tätig. e.krebs@kunbus.de