Raspberry Pi in industrial automation

Raspberry Pi in der Industrieautomation

Einfaches und erschwingliches Edge Computing

Industrieautomationssysteme sind komplexe Baugruppen elektronischer Komponenten, die für die Steuerung und Überwachung industrieller Prozesse entwickelt wurden.

Sie erhöhen die Effizienz, Zuverlässigkeit und Sicherheit in der Fertigung und anderen industriellen Prozessen. Die Industrieautomation (IA) hat dank der Fortschritte in der Elektronik und der Informationstechnologie ein bemerkenswertes Wachstum erlebt. Dieser Artikel befasst sich mit den aktuellen Trends in der Industrieautomation und geht dabei näher auf die Auswirkungen auf die Elektronikindustrie ein.

Anforderungen der IA

Zu den wichtigsten Bausteinen eines Industrieautomationssystems (Abbildung 1) gehören Sensoren, Steuerungen, Betätiger, Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs, Human-Machine-Interfaces), Kommunikationsnetzwerke, Stromversorgungen, Antriebe und Sicherheitssysteme. Sensoren erkennen Veränderungen in der Umgebung und wandeln sie in elektrische Signale um. Steuerungen wie speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und Industrie-PCs (IPC) verarbeiten die Eingaben der Sensoren und führen Steuerungsalgorithmen zur Steuerung von Betätigern aus. Die Betätiger, wie z. B. Motoren, Magnetventile und pneumatische Betätiger, setzen elektrische Signale in physische Aktionen um. Über die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) können Bediener mit dem Automationssystem kommunizieren, Prozesse überwachen und Befehle eingeben. Mithilfe von Kommunikationsnetzwerken können verschiedene Teile des Automationssystems über Protokolle wie Ethernet/IP, Modbus und Profibus miteinander kommunizieren. Stromversorgungen, wie AC/DC-Wandler und unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV), sind für den Betrieb elektronischer Komponenten unerlässlich. Antriebe steuern die Drehzahl und das Drehmoment von Motoren mithilfe von Frequenzumrichtern (VFDs, Variable Frequency Drives) zur Steuerung der Motorleistung. Sicherheitssysteme wie Not-Aus-Taster, Sicherheitsrelais und Lichtvorhänge sorgen für die Sicherheit von Bedienern und Geräten.

Abbildung 1: Systemschema der Industrieautomation (Quelle)

Der Einsatz von Raspberry Pi in der Industrieautomation

Der Raspberry Pi ist ein vielseitiges Datenerfassungssystem. Mithilfe von Sensoren liefert er Bedienern und Ingenieuren intuitive Echtzeit-Visualisierungen der Systemleistung über webbasierte Dashboards. Der Raspberry Pi ist vielseitig einsetzbar:

Funktion als industrielle Steuereinheit: Der Raspberry Pi kann potenziell teure und proprietäre speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) ersetzen. Der Raspberry Pi kann so programmiert werden, dass er als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) für kleinere Anwendungen eingesetzt werden kann. Damit verfügt er über Tools für die Entwicklung industrieller Steuerungslogik.
Vorausschauende Wartung und Kostensenkung: Der Raspberry Pi kann für die Interaktion mit Beschleunigungssensoren zur Überwachung von Schwingungen in rotierenden Maschinen programmiert werden, sodass der Wartungsdienst mögliche Probleme in Echtzeit erkennen kann. Da KI- und maschinelle Lernmodelle (ML) lokal ausgeführt werden, lassen sich außerdem Latenzzeiten und Bandbreitenanforderungen reduzieren.
Edge Computing: Ohne einen zentralen Server oder eine Cloud kann der Raspberry Pi lokale Daten verarbeiten und Entscheidungen in Echtzeit treffen. Das ist hilfreich für Maschinensteuerungs- oder Qualitätssicherungssysteme. Der Raspberry Pi kann auch KI-Modelle für Aufgaben wie Bilderkennung, Erkennung von Anomalien und prädiktive Analysen ausführen, was ihn für automatisierte Inspektionssysteme, autonome Robotik und Echtzeitüberwachung wertvoll macht.
IoT-Gateway: Der Raspberry Pi kann verschiedene industrielle Geräte, Sensoren und Maschinen mit dem Internet verbinden und so die Skalierbarkeit des Systems verbessern. Dadurch können Ingenieure den Betrieb an mehreren Standorten überwachen. Sichere Fernzugriffslösungen wie VPNs oder SSH-Tunneling können auf dem Raspberry Pi implementiert werden. So wird die Notwendigkeit einer physischen Präsenz in gefährlichen oder abgelegenen Umgebungen auf ein Minimum reduziert.
Als HMI-System: Der Raspberry Pi stellt sowohl Hardware- als auch webbasierte Optionen zur Verfügung, die ihn zu einer kosteneffektiven Lösung für Mensch-Maschine-Schnittstellen- (HMI-)Systeme machen. Über seine Touchscreen-Oberfläche können Bediener Prozesse steuern, den Systemstatus überwachen und von der Werkshalle aus auf Alarme zugreifen.

Dabei kann der Raspberry Pi die Energieeffizienz und Betriebseffizienz erheblich verbessern sowie die Kosten senken. Durch den Anschluss des Raspberry Pi an Kameras lässt sich ein kostengünstiges CCTV-System einrichten, und Zugangskontrollsysteme können mit Technologien wie RFID, Gesichtserkennung oder biometrischen Methoden implementiert werden.

Die Lösung mit dem Raspberry Pi für die Industrieautomation – das Compute Module

Die Raspberry Pi Compute Modules sind kompakte, vielseitige System-on-Module-Varianten der beliebten Raspberry Pi-Modelle, die in industriellen und kommerziellen Anwendungen wie Digital Signage, Thin Clients und Prozessautomatisierung eingesetzt werden. Sie bieten ein schlankeres und platzsparenderes Design als die Spitzenmodelle von Raspberry Pi und eignen sich daher für eine Vielzahl von industriellen und kommerziellen Anwendungen. Die Module sind in verschiedenen Konfigurationen mit unterschiedlichen Speicherkapazitäten und Embedded Multi-Media Card- (eMMC-)Flash-Speicher erhältlich. Der eMMC-Speicher ist auf die Platine gelötet und verfügt über zusätzliche Funktionen für mehr Zuverlässigkeit. Einige „Lite“-Modelle enthalten keinen Onboard-Speicher. Das Raspberry Pi Compute Module ist ein robustes, industrietaugliches Gerät, das für einen kleinen Formfaktor, Flexibilität und kostengünstige Leistung bekannt ist.

Das Compute Module wurde speziell für industrielle und kommerzielle Umgebungen entwickelt und benötigt für den Betrieb eine „Trägerplatine“. Die Trägerplatine vermittelt zwischen dem Compute Module und anderen Komponenten oder Geräten und erleichtert die Integration in eine breite Palette von Anwendungen und Systemen.

a. Raspberry Pi Compute Module 4

Das Raspberry Pi Compute Module 4 (CM4) ist ein System-on-Module (SoM), das aus einem leistungsstarken 64-Bit-Quad-Core-Prozessor (Broadcom BCM2711, Quad-Core Cortex-A72 (ARM v8) 64-Bit-SoC mit 1,5 GHz), Speicher, eMMC-Flash und Stromversorgungsschaltkreisen besteht. Entwickler können damit den Raspberry Pi Hardware- und Software-Stack in ihren eigenen Systemen und Formfaktoren einsetzen. Das CM4 basiert lose auf dem Raspberry Pi 4 Model B und kann auch ohne eMMC-Speicher geliefert werden, was als Raspberry Pi Compute Module 4 Lite (CM4Lite) bezeichnet wird. Die elektrische Schnittstelle wird über zwei 100-polige High-Density-Anschlüsse realisiert. Der neue physikalische Formfaktor hat eine kleinere Grundfläche, da neue Schnittstellen wie HDMI, PCIe und Ethernet hinzugefügt wurden. Zu den wichtigsten Merkmalen gehören ein 64-Bit-Quad-Core-Prozessor, Unterstützung für zwei Bildschirme, Hardware-Videodekodierung, bis zu 8 GB RAM, Gigabit Ethernet, USB 2.0, zwei Kamera-Schnittstellen und eine PCIe Gen 2 x1-Schnittstelle. Das optionale Dualband-WLAN mit 2,4/5,0 GHz und Bluetooth 5.0 sind modular zertifiziert, sodass die Platine in Endprodukte eingebaut werden kann, die weniger Konformitätsprüfungen erfordern. Das CM4 besitzt außerdem einen optionalen eMMC-Onboard-Speicher mit 8 GB, 16 GB oder 32 GB.

Abbildung 2: Raspberry Pi CM4 (Quelle)

Das CM4 kann mit einem Onboard-Wireless-Modul auf Basis des CYW43455 von Cypress geliefert werden, das sowohl IEEE 802.11 b/g/n/ac (2,4 GHz und 5,0 GHz) als auch Bluetooth 5.0 BLE unterstützt. Diese drahtlosen Schnittstellen können je nach Bedarf einzeln aktiviert oder deaktiviert werden. In einer Kioskanwendung kann ein Servicetechniker beispielsweise den drahtlosen Betrieb aktivieren und nach Beendigung wieder deaktivieren.

Das CM4 hat eine integrierte Antenne. Falls Sie diese Antenne verwenden, müssen Sie sie im Gerät so platzieren, dass sie nicht von Metall umgeben ist, auch nicht von einer Grundplatte. Alternativ gibt es auf dem Modul einen Standard-U.FL-Anschluss (siehe Abbildung 1) für den Anschluss einer externen Antenne. Das Modul enthält außerdem einen integrierten Gigabit Ethernet PHY – den Broadcom BCM54210PE. Zu den wichtigsten Merkmalen dieses PHY gehören IEEE 1588-2008-Konformität, MDI-Crossover, Paarversatz und Korrektur der Paarpolarität.

Ein handelsüblicher 1:1 RJ45 MagJack ist alles, was für eine Ethernet-Verbindung zum CM4 erforderlich ist. Die typische Verdrahtung eines MagJack unterstützt PoE mit zusätzlichem ESD-Schutz. Das CM4 hat einen internen PCIe 2.0 x1-Hostcontroller. Während der Raspberry Pi 4 Model B diesen mit einem USB 3-Hostcontroller verbindet (mit dem VIA Labs VLI805), kann der Produktentwickler beim CM4 wählen, wie die Schnittstelle verwendet wird.

Das CM4 unterstützt zwei HDMI 2.0-Schnittstellen, die jeweils 4K-Bilder wiedergeben können. Wenn beide HDMI-Ausgänge verwendet werden, liefert jeder bis zu 4Kp30. Wird jedoch nur die HDMI0-Schnittstelle verwendet, sind Bilder mit einer Auflösung von bis zu 4Kp60 möglich. Es verfügt außerdem über zwei Kameraanschlüsse: CAM0 (2 Lanes) und CAM1 (4 Lanes) sowie zwei Display-Ports: DISP0 (2 Lanes) und DISP1 (4 Lanes), wobei jede Lane eine maximale Datenrate von 1 Gbit/s unterstützt. Das CM4 kann bis zu drei Bildschirme beliebigen Typs (HDMI, DSI, DPI) gleichzeitig unterstützen. Das CM4 verbraucht außerdem weniger Strom als der Raspberry Pi 4 Model B und benötigt daher weniger passive Kühlkörper.

b. Raspberry Pi Compute Module 4S

Das Raspberry Pi Compute Module 4 SODIMM (CM4S) ist ein System-on-Module (SoM) (Abbildung 3), das einen Prozessor, Speicher, eMMC-Flash und unterstützende Stromversorgungsschaltungen enthält. Mit diesem Modul können Entwickler den Raspberry Pi Hardware- und Software-Stack in ihren eigenen Systemen und Formfaktoren nutzen. Die Rechenmodule im SODIMM-Formfaktor verfügen im Vergleich zu den Standard-Raspberry Pi-Boards über 18 zusätzliche GPIO-Pins, also insgesamt 46, und bieten damit mehr Optionen für Entwickler.

Das CM4S basiert lose auf dem Raspberry Pi 4 Model B. Für Anwendungen, bei denen es auf die Kosten ankommt, kann es auch ohne eingebautes eMMC geliefert werden; diese Version wird Raspberry Pi Compute Module 4 SODIMM Lite (CM4SLite) genannt. Das CM4S hat den gleichen Formfaktor wie die älteren Raspberry Pi Compute Module 3 und 3+, die mechanisch mit DDR2-SODIMM kompatibel sind. Dieses Modul ist für Industriekunden gedacht, die vom Compute Module 3 oder 3+ umsteigen und weiterhin den SODIMM-Formfaktor verwenden möchten, während sie von der höheren SDRAM-Kapazität profitieren.

Abbildung 3: Raspberry Pi Compute Module 4S (Quelle)

Raspberry Pi IO board

Obwohl das Compute Module 4 im Allgemeinen als das neueste Compute Module angesehen wird, ist dies nicht wirklich der Fall. Die Raspberry Pi Foundation beschloss 2022, das Compute Module 4S ausgewählten Kunden zur Verfügung zu stellen, u. a. aufgrund der durch die COVID-19-Pandemie ausgelösten globalen Chipkrise. Das Compute Module 4S nutzt den gleichen Prozessor wie das Compute Module 4, d. h. den Arm Cortex-A72, behält aber das bekannte SODIMM-Design als Formfaktor der Platine bei. Dieses Modul verfügt daher weder über WLAN noch über eine PCIe-Schnittstelle. Während das Modul zunächst nur mit 1 GB RAM erhältlich war, wird es seit 2024 von Raspberry Pi mit bis zu 8 GB RAM angeboten und ist nun für alle verfügbar. Das Raspberry Pi Compute Module 4 wurde umfangreichen Konformitätsprüfungen unterzogen und erfüllt die erforderlichen Anforderungen in vielen Ländern.

Industrial-grade platform RevPi Connect 5

Figure 4: Raspberry Pi Compute Module 5 IO board (Source: element14 Newark)

Figure 4 shows the Raspberry Pi Compute Module 5 IO board. It features a HAT footprint with a 40-pin GPIO connector, PoE header, 2x HDMI and 2x USB 3.0 ports, Gigabit Ethernet RJ45 with PoE support, M.2 M key PCIe socket, microSD card slot, MIPI DSI/CSI-2 combined display/camera FPC connectors, real-time clock with battery socket, four-pin JST-SH PWM fan connector, USB-C power (using the same standard as Raspberry Pi 5), and jumpers to disable features like eMMC boot, EEPROM write, and USB OTG connection.

A real use-case solution of using Raspberry pi compute module in industrial application

a. Revolution Pi industrial computers

Revolution Pi is an open, modular, and inexpensive industrial PC based on the well-known Raspberry Pi. It is the first truly industry-compatible IPC based on Raspberry Pi. Housed in a slim DIN-rail casing, there are three available base modules that can be seamlessly expanded with a variety of suitable I/O modules and fieldbus gateways. By using the Raspberry Pi Compute Module, the company was able to develop a robust and industry-compatible system that meets all important industrial standards, including IEC 61131-2. Depending on the application’s requirements, the RevPi base modules can be easily extended with expansion modules such as digital and analog I/O modules and fieldbus gateways.

Revolution Pi is an open system where anyone can install their own software. It comes with a customized version of Raspberry Pi OS, which includes modifications such as a real-time kernel patch and a process image. Individual applications can be programmed via Node-RED, Python, or directly in C. You can also build a custom image for your system. In addition to writing your own code, off-the-shelf software solutions such as CODESYS can be used to realize your project. The devices already have client and server capabilities for the popular Modbus RTU and Modbus TCP network protocols. Collecting sensor data, processing it, and sending the processed data to a cloud platform is one of Revolution Pi's strengths, as certified by major cloud providers.

RevPi Connect 5

RevPi Connect 5 industrial computers is a powerful device built using Raspberry Pi Compute Module 5, with faster and more versatile, ideal foundation for modern industrial edge computing. It serves multiple functions, including DIN rail mounted industrial PCs, compact PLC, edge computing devices, and IIoT gateways. The RevPi Connect 5 (Figure 5) not only incorporates the new Compute Module 5 but also introduces advanced features including up to two CAN FD interfaces — a high-speed industrial communication protocol for real-time data transmission — and two Gigabit Ethernet ports, with the option to add two more via expansion module. Revolution Pi offers a range of digital and analogue I/O expansion modules, as well as fieldbus gateways supporting popular protocols like PROFINET or EtherCAT. The CM5-based devices set new standards with enhanced CPU and GPU performance, integrated USB 3.2 controller, and improved PCIe controller.

Figure 5: Industrial-grade platform RevPi Connect 5 (Source: Revolution PI)

KUNBUS is expanding its portfolio with CM5-based devices, offering a range of solutions from entry-level variants based on Compute Module 4S, to high-performance devices featuring Compute Module 5. The RevPi Connect 5 is a compelling choice for industrial automation and IIoT solutions requiring computational power and reliability.

The open-source IIoT gateway RevPi Connect provides users maximum freedom when implementing IIoT projects, thanks to its open platform concept (including full root access). A specially modified version of Raspberry Pi OS with a real-time patch is available as the operating system. Common IIoT protocols, such as MQTT and OPC UA, are supported to transfer machine data directly to the cloud

b. One-Box.tv/pro25 from TBS-Technology

The One-Box.tv/pro25 is a compact mini server designed for continuous 24/7 operation based on the Raspberry Pi Compute Module 5. It is integrated with a Broadcom BCM2712 quad-core Cortex-A76 (ARM v8) 64-bit processor at 2.4 GHz, having RAM capacity of 2GB, 4GB, or 8GB of LPDDR4-4267 SDRAM with ECC, and storage options of 16GB or 32GB eMMC or external microSD card support. It features four PCI Express slots, allowing it to support various standard PCIe half-size plug-in cards. The slim 1U design makes it ideal for installation in 19-inch server or network cabinets, offering an efficient solution for space-constrained environments.

Abbildung 6: Eingebetteter Industriecomputer EDA-CM4 Industrial (Quelle)

Das Open Source IIoT-Gateway RevPi Connect sorgt dank des offenen Plattformkonzepts (einschließlich vollem Root-Zugriff) für maximale Freiheit bei der Umsetzung von IIoT-Projekten. Das RevPi Connect ist je nach Version entweder mit einem Raspberry Pi Compute Module 4 oder einem Compute Module 4S ausgestattet. Als Betriebssystem steht eine speziell modifizierte Version von Raspberry Pi OS mit einem Echtzeit-Patch zur Verfügung. Gängige IIoT-Protokolle wie MQTT und OPC UA werden unterstützt, um Maschinendaten direkt in die Cloud zu übertragen.

b. EDA TECHNOLOGY – eingebetteter Industriecomputer CM4 Industrial auf der Grundlage des Raspberry Pi CM4

EDA Technology ist ein Anbieter von Raspberry Pi-basierten Industriecomputern sowie von kundenspezifischen Entwicklungs- und Fertigungsdienstleistungen für Kunden aus den Bereichen IoT, industrielle Steuerung, Automatisierung, grüne Energie und künstliche Intelligenz.

Der CM4 Industrial ist ein eingebetteter Industriecomputer, der auf dem Raspberry Pi Compute Module 4 basiert. Das System kann je nach Anwendung mit 1 GB, 2 GB, 4 GB oder 8 GB RAM und 0 GB, 8 GB, 16 GB oder 32 GB eMMC-Speicher konfiguriert werden und unterstützt das Booten von einer SD-Karte. Es verfügt über eine Vielzahl von industrietauglichen Kommunikationsschnittstellen und -funktionen, darunter Mehrkanal-RS232, RS485, hochpräziser Mehrkanal-ADC, isolierter E/A-Eingang, Relaissteuerung, batteriegepufferte Echtzeituhr und Alarmsummer. Das Gerät besitzt zudem robuste Kommunikationsfunktionen mit einer Gigabit-Ethernet-Schnittstelle mit PoE-Funktionalität, einem 10/100M-Netzwerkanschluss, einem 4G/LTE-Modul, zertifiziertem 2.4/5.8G Dualband-WiFi und Bluetooth mit Unterstützung für externe Antennen. Der CM4 Industrial unterstützt zwei CSI-Schnittstellen, eine DSI-Display-Schnittstelle und eine HDMI-Schnittstelle. Zu den weiteren Merkmalen gehören ein serieller Flash-Speicher mit 32 MB auf der Platine zum Speichern von Systemdaten, ein breiter Stromversorgungsbereich (Version V1.4: 9 bis 36 V, Version V1.1~V1.3: 9 bis 18 V) und ESD-Schutz für kritische Schnittstellen. Zu den Zielanwendungen gehören IOT-Gateways, industrielle Steuerungen, Werbedisplays, intelligente Fertigung.

Abbildung 7: Blockdiagramm mit den verschiedenen Peripheriegeräten des CM4 Industrial (Quelle)

Figure 8: Block diagram showing the various peripherals of CM4 industrial (Source: EDA Technology)

Die übliche Eingangsstromversorgung für den CM4 Industrial beträgt 12 V, wobei der Eingangsbereich für die Hardwareversion V1.4 9 bis 36 V und für die Hardwareversionen V1.1 bis V1.3 9 bis 18 V beträgt. Wir empfehlen, den CM4 Industrial über ein Cat6-Netzwerkkabel (Kategorie 6) mit der adaptiven 10/100/1000 Mbit/s-Ethernet-Schnittstelle anzuschließen. Das Gerät verfügt sowohl über eine Reset-Taste als auch über eine Benutzertaste. Der CM4 Industrial verfügt auch über eine adaptive 10/100 Mbit/s-Ethernet-Schnittstelle, die sich neben der USB Type-A Double-Layer-Buchse befindet und durch USB 2.0 erweitert wird. Der CM4 Industrial besitzt zwei USB 2.0 Type-A-Schnittstellen, die Daten mit bis zu 480 Mbit/s übertragen können. Er ist mit einer Standard-HDMI-Type-A-Schnittstelle für den direkten Anschluss an einen HDMI-Bildschirm ausgestattet und besitzt einen Micro-SD-Kartensteckplatz für den Einsatz mit CM4 Lite, für Unterstützung von 4G LTE über eine Standard-SIM-Karte.

Das Gehäuse des CM4 Industrial verfügt über zwei Standard-SMA-Antennenschnittstellen, die jeweils der 4G-Antenne und der WiFi/BT-Antenne entsprechen. Außerdem befindet sich ein zweipoliges Umschaltrelais auf der Platine, dessen Schnittstelle mit J47 beschriftet ist. Der CM4 Industrial ist mit einer MIPI DSI-Schnittstelle ausgestattet, die dem DSI1-Displayausgang des CM4 entspricht, sowie mit zwei MIPI CSI-Kameraschnittstellen, die die offiziellen 5MP-8MP-Kameramodule des Raspberry Pi unterstützen. Außerdem besitzt er den GPIO plate_number_5, der mit Raspberry Pi HATs kompatibel ist und verschiedene Standard-Raspberry Pi-Erweiterungsmodule unterstützt.

Die Mini-PCIe-Erweiterungsschnittstelle des CM4 Industrial kann Peripheriemodule wie 4G, 5G, NPU usw. aufnehmen und ist mit 1 Lane PCIe Gen2 mit einer Geschwindigkeit von bis zu 5 Gbit/s und einer USB 2.0-Host-Schnittstelle ausgestattet. Der Gigabit-Netzwerkanschluss des CM4 Industrial unterstützt die PoE-Stromversorgung. Das System unterstützt außerdem Bluetooth 5.0 und verfügt über einen Mini-PCIe-Steckplatz für den Anschluss eines 4G LTE-Moduls, das eine breite Palette von Frequenzbändern durch verschiedene 4G-Modulvarianten unterstützt.

c. EpiSensor Energiemanagement – Industrielles IoT-Gateway auf der Grundlage von Raspberry Pi CM4

Im Rahmen der Bestrebungen von EpiSensor, eine IoT-Energieservice-Infrastrukturschicht zu schaffen, wurde das Raspberry Pi Compute Module 4 (CM4) genutzt. EpiSensor verfolgt das Ziel, die Flexibilität des Stromnetzes zu erhöhen, indem mehrere Assets durch Demand-Response-Programme zu virtuellen Kraftwerken (Virtual Power Plants, VPPs) zusammengefasst werden. VPPs bündeln verteilte Energieressourcen (DERs) für nachhaltige Energiestrategien. Mithilfe von DERs wie Batterien, EV-Ladegeräten, USV-Systemen und kleinen Ressourcen wie intelligenten Geräten können die Funktionen von EpiSensor Gateway – einschließlich maschinellem Lernen, Gerätemanagement und fortschrittlichen Netzwerkanwendungen – individuell angepasst werden.

Abbildung 9: Das Gateway von EpiSensor (Quelle)

Das Gateway von EpiSensor (Abbildung 7) ist ein kompaktes, aber leistungsstarkes und robustes Gerät, das Daten aus Netzwerken mit drahtlosen Sensoren direkt an die IoT-Plattformen von Kunden und Partnern sendet. „Es handelt sich um einen sicheren eingebetteten Computer mit einem IoT-App-Store und vielen drahtgebundenen und drahtlosen Kommunikationsschnittstellen: ZigBee, Wi-Fi®, Bluetooth, 4G-Mobilfunk, LoRa, GPS, CAN-Bus und RS-485“, erklärt Brendan. EpiSensor hat intensiv daran gearbeitet, viele der Konfigurationsschritte zu automatisieren, die normalerweise von Experten beim Kunden durchgeführt werden, sodass sich das Gateway im Wesentlichen selbst konfiguriert und testet. „Das Gateway von EpiSensor ist das Herzstück unserer fortschrittlichen IoT-Lösungen.“

Während das Gateway Daten von drahtlosen Knoten in Echtzeit sammelt, werden die Informationen über das Gateway-Webinterface und mobile Apps zur Verfügung gestellt. Alle Knoten und Sensoren können über die API des Gateways oder über Core, die Gerätemanagementplattform von EpiSensor, fernüberwacht und verwaltet werden, was es den Kunden erleichtert, mehrere Energiedienstleistungsprogramme durchzuführen.

Abbildung 8: Systemarchitektur des Industriellen IoT-Gateways (Quelle)

Das Gateway von EpiSensor leitet Daten von drahtlosen Sensornetzen (Abbildung 8) an die Softwareplattformen von Kunden und Partnern weiter. Dabei werden keine Sensordaten über EpiSensor-Server geleitet.

Das Gateway kann in einem Unternehmensnetzwerk oder einem isolierten Automatisierungsnetzwerk hinter NAT und Firewalls eingesetzt werden. Die Daten, die das System produziert, gehören Ihnen und nur Ihnen.

Die IoT-Technologie von EpiSensor zeichnet sich dadurch aus, dass sie problemlos eingesetzt und in Systeme am Kundenstandort integriert werden kann, z. B. in bestehende Gebäudemanagementsysteme (BMS) oder SCADA, sowie in Systeme, die in der Cloud laufen und komplette Energiemanagement- oder Demand-Response-Lösungen bereitstellen.

Das Industrial IoT Gateway von EpiSensor verwaltet Netzwerke aus drahtlosen EpiSensor-Knoten und verfügt über eine intuitive Weboberfläche, mit der sich schnell und einfach komplette Industrial IoT-Lösungen aufbauen lassen. Das Gateway kann so konfiguriert werden, dass Sensordaten zur Archivierung sowie zur Analyse und Visualisierung an Edge- oder Cloud-Softwareanwendungen weitergeleitet werden. Sie können große Netzwerke aus drahtlosen EpiSensor-Knoten über die Webschnittstelle des Gateways überwachen und verwalten. Dabei führen sie Aktionen wie den Neustart oder das Zurücksetzen eines drahtlosen Knotens auf die Werkseinstellungen durch, aktualisieren die Firmware, synchronisieren, aktivieren und konfigurieren jeden „Sensor“ (d. h. jeden einzelnen Datenfeed) so, dass er Daten in der von Ihnen gewünschten Weise meldet.

d. Sfera Labs (Strato Pi, Exo Sense Pi) – Strato: Industrielle Raspberry Pi-Server

Strato Pi Max ist ein äußerst vielseitiger Industrieserver, der auf dem Raspberry Pi Compute Module 4 basiert. Die Lösung eignet sich für professionelle und industrielle Anwendungen, bei denen Zuverlässigkeit und Servicekontinuität von zentraler Bedeutung sind. Der Server befindet sich in einem kompakten DIN-Schienen-Gehäuse und kann für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, darunter Datenerfassung und -kontrolle, Haus- und Gebäudeautomation, Zugangskontrolle, Hotelzimmer-Kontrolllösungen, Umweltüberwachung und viele andere.

Strato Pi - Industrial Raspberry Pi Servers

Abbildung 9: Strato Pi – Industrielle Raspberry Pi-Server (Quelle)

Der Server ist in zwei Ausführungen erhältlich:

Strato Pi Max XL mit vier Erweiterungssteckplätzen und untergebracht in einem DIN-Schienengehäuse mit 9 Modulen
Strato Pi Max XS mit einem Erweiterungssteckplatz und untergebracht in einem DIN-Schienen-Gehäuse mit 6 Modulen

Der Strato Pi Max XL (Abbildung 9) ist ein extrem vielseitiger Industrieserver auf Grundlage von Raspberry Pi Compute Module 4, der für den Einsatz in professionellen und industriellen Anwendungen entwickelt wurde, bei denen es auf Zuverlässigkeit und Servicekontinuität ankommt. Der Server befindet sich in einem kompakten DIN-Schienen-Gehäuse und kann für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, darunter Datenerfassung und -kontrolle, Haus- und Gebäudeautomation, Zugangskontrolle, Hotelzimmer-Kontrolllösungen und Umweltüberwachung, um nur einige zu nennen. Beide Ausführungen werden mit dem Raspberry Pi Compute Module 4 oder dem Zymbit Secure Compute Module (SCM) vorinstalliert geliefert. Ein optionales Antennenkit für das Compute Module 4 kann an der Oberseite des Gehäuses angebracht und intern mit dem Compute Module verkabelt werden.

Abbildung 10: Strato Pi Max (Quelle)

Die Strato Pi-Einheiten zeichnen sich durch mehrere Hardware-Merkmale aus, die sie ideal für den Einsatz in professionellen und industriellen Anwendungen machen, bei denen Servicekontinuität und Zuverlässigkeit zu den wichtigsten Anforderungen gehören. Strato Pi erfüllt die Industriestandards für elektromagnetische Verträglichkeit, elektrische Sicherheit und Emissionen. Diverse Kommunikationsbusse und -protokolle nach Industriestandard können problemlos integriert werden.