Embedded-Systeme für Industrie 4.0

Embedded-Systeme
für Industrie 4.0

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?
Aus Sicht Kontrons, eines Spezialisten des Embedded Computing, ist Industrie 4.0 keine Vision einer fernen Zukunft, sondern schon heute in weiten Stücken realisierbar. Der Artikel beschreibt, wie in Zusammenarbeit mit Technologiepartnern wie Intel, Windriver, Telekom und Salesforce schon an CPS-Lösungen gearbeitet wird, die auf einer einheitlichen Embedded-Basis beruhen, eine IoT-Anbindung ermöglichen sowie einen Cloud-Lösungsansatz bieten.

Die Embedded Basis

Betrachtet man eine Fertigung näher, dann haben wir es mit den unterschiedlichsten computerbasierten Komponenten zu tun – Visualisierungseinheiten, BV-Systeme, Steuerungen und ähnliches. Heute schon lassen sich all diese Geräte auf einer einheitlichen technologischen Basis realisieren. Als Beispiel dienen Intel-basierte COM Express Module, die sich in einem weiten Leistungsbereich skalieren lassen. Die COM Express Module von Kontron etwa decken mit einer Performance, die vom High-End 1,7GHz Quad-Core Intel Core i7 Prozessor bis zum kostenoptimierten Intel Celeron oder Intel Atom Prozessor reicht, ein sehr breites Anwendungsspektrum ab. Auf Basis dieser COM Express Module launchte Kontron vor einem Jahr z.B. einen Schaltschrank-IPC für die Automatisierung als neues Mitglied der KBox IPC Produktfamilie. Die neuen IPCs sind für industrielle Steuerungsaufgaben ausgelegt und vom Einstiegs- bis hin zum High-End-Level höchst skalierbar. Alle vier Systeme zeichnen sich durch ein industriegerechtes Design aus, sind langzeitverfügbar und lassen sich bedarfsgerecht mit industriellen I/Os, Feldbussen ‚Industrial-Ethernet-Schnittstellen und/oder wireless oder wired Kommunikationsschnittstellen über mPCIe oder PCIe Steckplätze ausrüsten. Dank modularem Aufbau ist auch die Prozessorauswahl sehr flexibel und jederzeit up to date. Automatisierungsanbieter und OEM-Kunden im Maschinen- und Anlagenbau profitieren so von effizienten Customization-Optionen auf Basis standardisierter Baugruppen. Entwickler in allen Märkten profitieren dabei vom bewährten Ökosystem der weltweit führenden PICMG-Spezifikation für Computer-on-Module. Das Produkt-Lifecycle-Management wird durch die Module ebenfalls wesentlich erleichtert und die Kosten hierfür reduziert. Die neuen Box-PCs sind auch Wartungsfrei, d.h. keine Batterie, sondern Gold Caps, keine Lüfter sondern passive Kühlung, keine rotierende Massenspeicher sondern SSD, CF, …

Embedded Application Programming

Schon vor vier Jahren stellte Kontron eine plattformübergreifende Middleware namens KEAPI – Kontron EAPI (Embedded Application Programming Interface) vor. Mit diesem Interface standardisierte Kontron den Zugriff auf und die Steuerung von Hardware-Ressourcen in Embedded Applikationen. Applikationsentwickler profitieren von einer Bibliothek an API-Funktionen, die Hardwareinformationen aller neuen Kontron Embedded Plattformen bereitstellen. Mit dem Middleware-Paket können Geräteentwickler sehr viel schneller und einfacher auf einen raschen Technologiewandel reagieren. Die Standardisierung vereinfacht die sonst komplexen I/O-Zugriffe. Und das nicht nur für ein einzelnes Board, sondern plattformübergreifend. Im Endeffekt vereinheitlicht das Middleware-Paket den Zugriff auf alle Kontron Embedded Plattformen, unabhängig von Formfaktor und Betriebssystem. Und das nicht nur für eine Produktkategorie, sondern für das gesamte Portfolio. Kontron EAPI ist konform zum EAPI der PICMG, erweitert aber dessen Funktionsumfang um zusätzliche Funktionsaufrufe, beispielsweise für grundlegende Systeminformationen (z.B. CPU, Speicher, HDD, Akku), Temperatur- und Spannungsanzeigen, CPU Leistung und Temperaturkontrolle. Darüber hinaus unterstützt das Kontron EAPI verschiedene Formfaktoren wie COM Express, SMARC oder Motherboards. und erlaubt auch den Fernzugriff über das Internet. Entwickler profitieren damit von der Sicherheit einer unabhängig standardisierten Programmierschnittstelle kombiniert mit einem hohen Komfort und erweitertem Funktionsumfang.

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