Raspberry Pi im Industriellen Einsatz
Grenzenlose Möglichkeiten?
Der Raspberry Pi hat sich zum drittmeistverkauften Computersystem der Welt entwickelt. Zunehmend finden sich auch im industriellen Umfeld Anwendungsfälle für den Einplatinenrechner. Dieser Artikel stellt die Raspberry-Pi-basierten Systeme emPC-A/RPI3 und emVIEW-7/RPI3 von Janz Tec vor. Neben Möglichkeiten und Grenzen der Geräte zeigt er auch auf, wie ein passendes Betriebskonzept den industriellen Einsatz der Kleinstcomputer sinnvoll unterstützen kann.
(Bild: Janz Tec AG)
Janz Tec entwickelt Hard- und Software für den industriellen Einsatz. Die Veröffentlichung der bekannten Programmier- und Laufzeitumgebung Codesys für den Raspberry Pi gab aber den Anstoß zu einer interessanten Fragestellung: Kann man einen industrietauglichen Kleinstrechner auf Basis dieses ‚Bastler-Systems‘ entwickeln? Bereits auf der SPS IPC Drives 2015 konnte diese Fragestellung bejaht werden, als Janz Tec offiziell den emPC-A/RPI vorstellte, der die Hauptplatine des Raspberry Pi verwendet. Aktuell kommt bei Janz Tec der Raspberry Pi Modell B in der 3. Generation mit WLAN und Bluetooth zum Einsatz. Zusätzlich enthält er eine eigens entwickelte Erweiterungsplatine, die unter anderem eine industrielle Spannungsversorgung für 9 bis 32VDC, eine CAN-Schnittstelle sowie eine batteriegepufferte Echtzeit-Uhr beherbergt. Ein stabiles Kunststoffgehäuse bietet einen robusten Rahmen.
Im Jahr 2017 erschien dann der Raspberry-Pi-basierte Panel PC emVIEW-7/RPI3, der das offizielle Raspberry-Pi-Display verwendet. Die Recheneinheit ist dabei identisch mit dem emPC-A/RPI3. Sie wird direkt mit dem 7″-Touchdisplay in einem widerstandsfähigen Metallgehäuse verbaut. Die Resonanz auf diese Mischung aus Industrierechner und Raspberry-Komponenten war und ist gewaltig. Auf der einen Seite wiesen viele Kunden zurecht auf die Einschränkungen der Systeme hin: das Raspberry-Pi-Modul ist offiziell nur für Temperaturen von 0 bis 40°C zugelassen, eine Langzeitverfügbarkeit ist nicht gegeben und Daten zur Ausfallsicherheit liegen ebenfalls nicht vor. Dem gegenüber standen aber viel mehr positive Stimmen, die vor allem die Kompaktheit und die erstaunlich gute Performance des Systems hervorhoben. Ein weiterer Pluspunkt ist, dass viele Entwickler bereits aus dem Studium oder dem privaten Umfeld Erfahrungen mit dem Raspberry Pi Ökosystem gesammelt haben. Noch dazu sei der Preis im Vergleich zu ’normalen‘ Industriesystemen vergleichsweise niedrig.
Erfahrungswerte
Die Erfahrung zeigt, dass der emPC-A/RPI3 und der emVIEW-7/RPI3 vor allem in Bereichen zum Einsatz kommen, in denen Sie nicht kritisch für die jeweiligen Geschäftsprozesse sind. So werden Panel PCs auf Raspberry-Basis etwa bei produzierenden Unternehmen eingesetzt, um Arbeitsanweisungen anzuzeigen und Betriebsdaten zu erfassen. Einerseits herrschen in diesem Umfeld keine extremen Temperaturbedingungen, die dem Raspberry-Modul zu schaffen machen würden. Andererseits kann die Produktion auch weiterlaufen, wenn so ein Gerät aus irgendeinem Grund einmal nicht verfügbar ist. Bei anderen Kunden, z.B. aus der chemischen Industrie, dienen emPC-A/RPIs als Nachrüstmodule, um Prozessdaten (z.B. Temperatur, aktuelle Rezepte, Betriebsstunden usw.) an größeren Anlagen zu erfassen. Auch in diesem Fall erfüllt das Gerät eine unterstützende Funktion, die nicht kritisch für den Hauptgeschäftsprozess ist.
Die Erfahrung von Janz Tec zeigt, dass Panel PCs wie der emPC-A/RPI3, vor allem in Bereichen zum Einsatz kommen, in denen sie nicht kritisch für die jeweiligen Geschäftsprozesse sind. Sie werden etwa bei produzierenden Unternehmen eingesetzt, um Arbeitsanweisungen anzuzeigen und Betriebsdaten zu erfassen. (Bild: Janz Tec AG)
Herausforderungen
Es gibt also durchaus Anwendungsbereiche in der Industrie, in denen Raspberry-basierte Systeme ohne Weiteres eingesetzt werden können. Dennoch bringen sie auch einige Herausforderungen mit sich, die man als Anwender im Auge behalten sollte. Der bereits erwähnte, eingeschränkte Temperaturbereich stellt sich in der Praxis als nicht ganz so kritisch dar, wie das offizielle Rating vermuten lässt. Wenn die Systeme nicht unter Volllast laufen (was selten der Fall ist), dann sind auch Umgebungstemperaturen von 50°C kein Problem. Die Ausfallraten der Systeme stellen sich auch entgegen vieler Befürchtungen nach über zwei Jahren am Markt nicht höher dar, als bei anderen, industrietauglichen Systemen. Problematisch sind dagegen die µSD-Karten, nicht nur wegen ihrer niedrigen Performance. Gerade im industriellen Bereich sind Geräte meist über eine zentrale Spannungsversorgung angeschlossen, die nach Betriebsende hart abgeschaltet wird, d.h. das Gerät wird nicht sauber heruntergefahren. Consumer-µSD-Karten fallen hierbei zu häufig aus. Daher rät Janz Tec zur Verwendung von industrietauglichen Karten. Auch das umfangreiche Software-Ökosystem des Raspberry Pi ist nicht immer nur von Vorteil. Die schnelle Weiterentwicklung mit ihren hochfrequenten Releases führt dazu, dass die Kompatibilität der verschiedenen Softwarepakete und Treiber viel häufiger überprüft werden muss, als es sonst bei industriellen Systemen mit langsameren Releasezyklen üblich ist.
Was für ihn spricht
Neben diesen Herausforderungen gibt es aber auch eine ganze Reihe von Argumenten, die für den Einsatz des Raspberry Pi im industriellen Umfeld sprechen. Ein wichtiger Faktor ist das riesige Software-Angebot. Für viele Anwendungen gibt es im Internet bereits frei verwendbare Bibliotheken oder Beispiele, die die Umsetzung eigener Projekte erleichtern.
In Verbindung mit der häufig vorhandenen Vertrautheit mit der Entwicklungsumgebung und dem günstigen Preis, sorgt dies dafür, dass Raspberry-basierte Systeme die Phantasie vieler Entwickler beflügeln. Die Systeme eignen sich um schnell neue Ideen auszuprobieren und Prototypen umzusetzen. Der emPC-A/RPI3 und der emVIEW-7/RPI3 bieten dabei eine logische Weiterentwicklungsstufe, wenn frei verdrahtete ‚Bastellösungen‘ mit normalen Raspberry-Modulen in eine robuste, einsatztaugliche Lösung überführt werden sollen. Und für Projekte, in denen die Rahmenbedingungen den Einsatz eines Raspberry-basierten Systems unmöglich machen, ist trotzdem eine gute Portierbarkeit auf andere Linux-basierte Geräte aus dem Janz Tec Portfolio, wie den emPC-A/iMX6, gegeben. Gerade im Zusammenhang mit den Raspberry-basierten Systemen rückt auch das Thema ‚Sicherer Betrieb‘ zunehmend in den Fokus.
Auch in Bereichen, die nicht produktionskritisch sind, wollen viele Firmen Stillstandszeiten und Ausfälle minimieren. Durch ihren vergleichsweise geringen Preis haben der emPC-A/RPI und der emVIEW-7/RPI den Vorteil, dass Sie im Fehlerfall einfach ausgetauscht werden können, statt eine langwierige Reparatur notwendig zu machen.
Zusätzlich bietet Janz Tec ihren Kunden auch den sicheren Betrieb ihrer Systeme an. Hier sorgen verschiedene Bausteine, wie Monitoring, Incident Management und Patch Management dafür, dass Probleme im Betrieb der Systeme schnell erkannt und behoben werden können. Außerdem können Systeme so auf einem einheitlichen, aktuellen Softwarestand gehalten werden. Entgegen den Befürchtungen vieler Skeptiker haben die vergangenen Jahre gezeigt, dass es durchaus einen Platz für den Einsatz des Raspberry Pi in der Industrie gibt. Insbesondere in Bereichen die nicht produktionskritisch sind, lässt sich der Einplatinenrechner einsetzen. Durch ihr robustes Design, ihre zusätzlichen Schnittstellen und die Konzepte zum sicheren Betrieb, ist ein zuverlässiger Einsatz des emPC-A/RPI3 und des emVIEW-7/RPI3 auch im industriellen Umfeld möglich. Dabei müssen die beiden Rechner sich keineswegs vor ‚richtigen‘ Industriecomputern verstecken. Vermutlich werden die Raspberry-basierten Rechner so schnell nicht wieder aus den Montagehallen und Fabriken verschwinden – und das ist gut so.
Autor: Dr. Markus von Detten,
Leiter Systems Engineering,
Janz Tec AG,
www.janztec.com
