Optimierte industrielle Gehäuselösung für den Raspberry Pi

Visualisierung an der Maschine

Visualisierungslösungen an Maschinen waren bisher unflexibel, aufwendig und in der Funktionalität eingeschränkt. Mit einem flexiblen Gehäusesystem auf Basis eines Raspberry-Pi-Single-Board-Computers lassen sich solche Lösungen einfacher umsetzen. Neben dem Variantenreichtum bietet dies auch Kostenvorteile.
 Visualisierungen im Produktionsumfeld sind unverzichtbar, um den aktuellen Zustand einer Anlage anzuzeigen. Ansteuerungen auf Basis des Single-Board-Computers Raspberry Pi im speziell hierfür angepassten Gehäuse der Serie UCS sorgen für hohe Effizienz.
Visualisierungen im Produktionsumfeld sind unverzichtbar, um den aktuellen Zustand einer Anlage anzuzeigen. Ansteuerungen auf Basis des Single-Board-Computers Raspberry Pi im speziell hierfür angepassten Gehäuse der Serie UCS sorgen für hohe Effizienz. Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Konstrukteure von Produktionsmaschinen sind ständig auf der Suche nach Optimierungen, auch im hausinternen Maschinenbau von Phoenix Contact. Typischerweise werden Visualisierungen in den Maschinen von einem Leitrechner gesteuert. Gängig ist die Verwendung von mehreren Bildschirmen unter Einsatz von VGA/DVI-Splittern. In Maschinen größeren Ausmaßes ist der Einsatz von Super-Long-Distance-Kabeln notwendig. Aber auch hier ist die maximale Leitungslänge begrenzt. Die bisher eingesetzte Technik war aufwendig zu installieren, in der Funktionalität eingeschränkt und unflexibel bei Anpassungen in der Visualisierung.

 Das kundenspezifisch angepasste Gehäuse der Serie UCS lässt sich flexibel montieren.
Das kundenspezifisch angepasste Gehäuse der Serie UCS lässt sich flexibel montieren.Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Kosteneffiziente Visualisierung

Auf Basis eines Raspberry-Pi-Single-Board-Computers (SBC), der in der Nähe der Bildschirme angebracht ist, gibt es nun eine Alternative zur Visualisierung an Anlagen. Dieser SBC kommuniziert über Ethernet mit dem zentralen Rechner zur Bildübertragung. Im Vergleich zur bisherigen Lösung überwiegen die Vorteile deutlich. Der nun verwendete Aufbau, basierend auf dem Raspberry Pi, gestaltet sich sehr flexibel in der Anwendung. Neben der Möglichkeit, mit diesem SBC verschiedene Bildschirmgrößen anzusteuern, lassen sich mit je einem SBC auch zwei Monitore betreiben. Diese Bildschirme lassen sich zudem an jeder Stelle der Maschine installieren.

Eine abschließende Gegenüberstellung der Kosten beider Konzepte zeigt einen klaren Vorteil zugunsten der Raspberry Pi basierten Lösung. Mit einer Halbierung des Aufwandes kann kalkuliert werden.

 Bedieneinheiten für Maschinen lassen sich auf 
UCS-Basis sehr einfach modular konfigurieren.
Bedieneinheiten für Maschinen lassen sich auf UCS-Basis sehr einfach modular konfigurieren.Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Erfolg in der Erprobung

Die Kosten sind ein wesentlicher Faktor in der Betrachtung verschiedener Konzepte. Die Ausfallsicherheit in solch sensiblen Systemen ist ebenso wichtig. Die Tauglichkeit des Konzepts gilt es daher zu prüfen: Diese Anwendung muss keine kritischen Anlagenteile steuern. Der Fokus liegt nur auf der Bildübertragung, welche wichtig für den Betreiber der Maschine ist. Somit ist nicht mit einer Überlastung des SBC zu rechnen. Um elektrische oder mechanische Beeinflussungen auszuschließen, wurde die Raspberry-Pi-basierte Applikation an einer Maschine einer dauerhaften Erprobung unterzogen. Mit Ein-/Ausschaltzyklen wurde das Langzeitverhalten simuliert. Das Ziel von 3650 Zyklen – entspricht 10 Jahre a 365 Tage – wurde mit 6550 Zyklen deutlich übertroffen: Raspberry Pi und die notwendige SD-Karte sind intakt.

Wurde die herkömmliche Lösung im Rahmen einer Stoßspannungsprüfung der Maschine gestresst, kam es immer wieder zu Ausfällen bei der Signalübertragung an den Monitoren. Die Raspberry Pi basierte Lösung zeigte dieses Verhalten nicht. Auch ein an der Maschine durchgeführter Rütteltest konnte die Funktionalität nicht beeinflussen.

 Eine weitere Variante: Wandbefestigte Visualisierung 
im Gebäude mit Einspeisung über Hohlraumdose
Eine weitere Variante: Wandbefestigte Visualisierung im Gebäude mit Einspeisung über HohlraumdoseBild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Anpassung leicht gemacht

Das Thema SBC ist nicht neu und wurde vor dem Erfolg von Raspberry Pi und weiteren schon im industriellen Umfeld eingesetzt. Vereinzelt werden auch sogenannte SOM-Boards verwendet, die im Zusammenspiel mit den Motherboards (Kundenentwicklungen) ein Team bilden. Eines ist jedoch allen SBC gemein: Diese bilden häufig die Basis für durch den Anwender erstellte Lösungen mit unterschiedlichsten Ausprägungen, insbesondere im Bereich der Anschlusstechnik. Hier ist hohe Flexibilität gefragt. Etwa durch unterschiedlichste Interfaces und deren Positionierung. Am Markt sind SBC mit Anschlüssen auf mehreren Ebenen und auch verschiedenen Seiten gängig. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, bedarf es einer hohen Flexibilität. Und genau hier spielt die Gehäuseserie Universal Case System UCS einen ihrer Vorteile aus.

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