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Embedded-Systeme für die digitale Fabrik

Text: Ingrid Einsiedler, Kontron
Unternehmen werden zukünftig ihre Maschinen, Lagersysteme und Betriebsmittel als Cyber-Physical-Systems (CPS) weltweit vernetzen – so steht es in den Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 der Acatech. In wie weit sind die Technologien für eine solche Aufgabe heute schon vorhanden?

Betrachtet man eine moderne Fertigung näher, dann hat man es mit unterschiedlichen computerbasierten Komponenten zu tun – Visualisierungseinheiten, Bildverarbeitungssysteme, Steuerungen und ähnliches – die sich alle auf einer einheitlichen technologischen Basis realisieren lassen. Ein Beispiel sind Intel-basierte COM-Express-Module, die sich in einem weiten Leistungsbereich skalieren lassen. Bei Kontron, Anbieter eines breiten Portfolios für Embedded Computing, reicht die Palette von Modellen mit günstigen Atom- und Celeron-Prozessoren bis hin zu Varianten mit Intels Core-i7-CPU.

Auf dieser Basis stellt Kontron eine Serie von Industrie-PCs für industrielle Steuerungsaufgaben her, die vom Einstiegs- bis hin zum High-End-Level höchst skalierbar ist. Alle Systeme zeichnen sich durch ein industriegerechtes Design aus, sind langzeitverfügbar und lassen sich bedarfsgerecht mit industriellen I/Os, Feldbussen, Industrial-Ethernet-Schnittstellen sowie kabelgebundenen und drahtlosen Kommunikationsschnittstellen über mPCIe- oder PCIe-Steckplätze ausrüsten. Der modulare Aufbau erlaubt eine flexible Prozessorauswahl, die sich stets dem Stand der Technik anpassen lässt. Auf Basis standardisierter Baugruppen können Automatisierungsanbieter leicht die benötigte Konfiguration zusammenstellen. Da die Rechner der PICMG-Spezifikation entsprechen, ist eine große Auswahl an Erweiterungsmodulen gegeben.

Die Box-PCs von Kontron sind wartungsfrei aufgebaut. So verwendet der Hersteller keine rotierenden Komponenten, sondern setzt beim Speichermedium auf Solid State Disks (SSD) oder CF-Speicherkarten und realisiert ein lüfterloses, passiv gekühltes Design. Kurzzeitige Ausfälle oder Schwankungen in der Spannungsversorgung werden nicht mit Batterien oder Akkus überbrückt, sondern mit integrierten Gold Caps.

Abstrahierte Programmierung

Um Maschinen- und Anlagenbauern die Anpassung an aktuelle IPC-Technik zu vereinfachen, hat der Anbieter eine Middleware namens KEAPI (Kontron Embedded Application Programming Interface) entwickelt. Mit diesem Interface standardisiert Kontron den Zugriff auf und die Steuerung von Hardware-Ressourcen in Embedded-Applikationen und vereinfacht die komplexen I/O-Zugriffe. Und das nicht nur für ein einzelnes Board, sondern plattformübergreifend, unabhängig von Formfaktor und Betriebssystem. KEAPI ist konform zum EAPI der PICMG, erweitert aber dessen Funktionsumfang um zusätzliche Funktionsaufrufe.

Gateway-Lösungen für IoT

Neben der Plattform COM (Computer on Modul) hat Kontron auch Industrierechner nach dem Standard SMARC (Smart Mobilty Architecture) im Portfolio. Diese Box-PCs haben Intels Gateway-Lösung für das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) integriert und sind vorrangig für M2M-Kommunikation (Machine-to-Machine) konzipiert. Auch diese Plattform wird von KEAPI unterstützt. OEMs können ihre verteilten Systeme damit nahtlos über kabellose Netze wie LTE, GSM oder WLAN anbinden. Vielfältige industrielle Schnittstellen unterstützen zudem die IoT-Inte­gration sowohl von neuen als auch bestehenden Applikationen. Die Intel Gate­way Solutions beinhalten Wind Rivers Intelligent Device Platform XT 2.0, eine Middleware zur sicheren und einfachen Anbindung von Geräten an das Internet, sowie McAfees Embedded Control 6.1, eine Software zum Schutz vor Viren und Angriffen.

Für verteilte Systeme, die eine Mobilfunkanbindung brauchen, bietet Kontron in Kooperation mit der Deutschen Telekom industrietaugliche Knotenpunkte, die für eine Anbindung der Endgeräte an Cloud-Applikationen benötigt werden. Bestandteil des Angebots des Mobilfunkanbieters an Entwickler ist das Kontron M2M Smart Services Developer Kit. Es weist ein vorqualifiziertes Setup für Mobilfunknetzbetreiber auf.

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