Visualisierung Embedded Systems: Universalgehäuse für den Raspberry Pi

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Mit einem flexiblen Gehäusesystem auf Basis eines Raspberry Pi Single-Board-Computers lassen sich Visualisierungen an Maschinen einfach umsetzen. Neben dem Variantenreichtum bietet dies auch Kostenvorteile.

In der Regel werden die Visualisierungen an Maschinen von einem Leitrechner gesteuert. Gängig sind mehrere Bildschirmen unter Einsatz von VGA/DVI-Splittern. In großen Maschinen/Anlagen sind zudem Super-Long-Distance-Kabel notwendig, deren maximale Leitungslänge allerdings begrenzt ist. Die bisher eingesetzte Technik ist aufwändig zu installieren, in der Funktionalität eingeschränkt und unflexibel bei Anpassungen in der Visualisierung.

Kosteneffiziente Visualisierung mit dem Raspberry Pi

Eine Alternative bietet ein Single-Board-Computer (SBC) wie der Raspberry Pi, der in der Nähe der Bildschirme angebracht ist. Dieser SBC kommuniziert über Ethernet mit dem zentralen Rechner zur Bildübertragung.

Bildergalerie

Der Aufbau mit dem Raspberry Pi ist in der Anwendung sehr flexibel. Da sich verschiedene Bildschirmgrößen ansteuern lassen, kann man mit je einem SBC auch zwei Monitore betreiben. Diese Bildschirme lassen sich zudem an jeder Stelle der Maschine installieren. Der Installations- und Verkabelungsaufwand mit dem Raspberry Pi, aber auch die Kosten, halbieren sich im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen.

SBC im praktischen Einsatz erprobt

Ein SBC bietet also viele Vorteile. Ob er für die Applikation geeignet ist, muss allerdings für den jeweiligen Anwendungsfall geprüft werden: Die Anwendung sollte keine kritischen Anlagenteile steuern. Der Fokus liegt nur auf der Bildübertragung, welche wichtig für den Betreiber der Maschine ist. In diesem Fall ist nicht mit einer Überlastung des SBC zu rechnen.

Um elektrische oder mechanische Beeinflussungen auszuschließen, wurde die Raspberry-Pi-Applikation in Blomberg an einer Maschine im Dauerbetrieb erprobt. Mit Ein-/Ausschaltzyklen simulierten die Konstrukteure das Langzeitverhalten. Das Ziel von 3650 Zyklen – das entspricht 10 Jahre à 365 Tage - wurde mit 6550 Zyklen deutlich übertroffen: Raspberry Pi und die notwendige SD-Karte blieben 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-Variante blieb stabil. Auch ein an der Maschine durchgeführter Rütteltest beeinflusst die Funktionsfähigkeit nicht.

Anpassung leicht gemacht – vom Standard zur Lösung

Das Thema SBC ist nicht neu und wurde vor dem Erfolg von Raspberry Pi und ähnlichen Minicomputern bereits im industriellen Umfeld eingesetzt. Eines ist jedoch allen SBC gemein: Sie bilden häufig die Basis für durch den Anwender erstellte Lösungen in unterschiedlichen Ausprägungen, speziell bei der Anschlusstechnik.

Auf dem Markt sind SBC mit (unterschiedlichen) Anschlüssen auf mehreren Ebenen und auch auf verschiedenen Seiten üblich. Das erfordert anschlusstechnisch eine hohe Flexibilität und ein passendes Gehäuse.

In der zuvor beschriebenen Anwendung erwies sich ein Gehäuse der Serie Universal Case System (UCS) als gut geeignet. Dem Anwender war es besonders wichtig, den Raspberry Pi in unterschiedlichen Applikationen in verschiedenen Maschinen einzusetzen. Die Anwendung auf der Montageplatte, auf der Tragschiene und am Maschinenbauprofil sollten möglich sein.

Darüber hinaus sollten nicht alle Schnittstellen immer zur Verfügung stehen. Das heißt, die Schnittstellen müssen bedarfsgerecht erreichbar sein. Der modulare Aufbau des Gehäuses mit einzeln zu bearbeitenden Seitenwänden unterstützt die einfache und damit auch kostengünstige Umsetzung dieser Anforderung. (Bild 1.)

Ein industrietaugliches Gehäuse für den Raspberry Pi

Das Universal Case System lässt sich neben den verschiedenen Raspberry-Pi-Varianten ebenso an weitere Single-Board-Computer anpassen. Hier stoßen die üblichen Gehäuse auf dem Markt an ihre Grenzen, stellten die Blomberger Konstrukteure fest.

Neben dem modularen Aufbau unterstützt auch das Gehäusematerial den Einsatz im industriellen Umfeld. Die IP40-Gehäuse aus Polycarbonat (UL V0) sind für Temperaturen von –40 bis 100 °C ausgelegt (Bild 2).

Das Gehäuse erfüllt folgende Anforderungen: Die Werkstoffe sind industrietauglich, eine Anpassung der Schnittstellen lässt sich leicht umsetzen, eine individuelle Erweiterung der Schnittstellen ist möglich, das Gehäuse genügt verschiedenen Einbausituationen und ist robust.

Als ebenso zentraler Punkt erweist sich immer mehr ein gelungenes Design, das sich zudem schnell an kundenspezifische Wünsche anpassen lässt. Jedes Gehäuse setzt sich aus zwei identischen Halbschalen, herausnehmbaren Seitenwänden und farblich abgesetzten Eckeinlegern zusammen.

Durch Adapter und austauschbare Seitenwände lässt sich das Volumen der Gehäuse erhöhen. Eine um 20 mm höhere Variante ist schnell generiert.

Ebenso einfach lässt sich das Design durch andere Farben bei Eckeinlegern und Seitenwänden anpassen. Seitenwände aus Aluminium sind verfügbar, andere Materialien machbar.

Das System ist so konzipiert, dass jeweils die längere Seitenwand als kürzere Seitenwand in der nächstgrößeren Variante eingesetzt werden kann. Damit steht die für die entsprechenden Schnittstellen leicht zu bearbeitete Seitenwand für verschiedene Applikationen zur Verfügung.

Das Gehäusesystem wird stetig erweitert, insbesondere im Bereich des Zubehörs, aber auch bei einzelnen Komponenten. Zu den beiden Grundfarben Lichtgrau (RAL 7035) oder Schwarz (RAL 9005) gesellen sich mittlerweile acht Farbvarianten für die Eckeinleger.

Die Gehäuse sind dank des umfassenden Zubehörs vielseitig einsetzbar: außerhalb des Schaltschranks, auf dem Tisch, stehend, liegend, an der Wand oder auf einem VESA-Adapter. Der Einsatz im Schaltschrank ist per Tragschienenadapter mit den Seitenlängen 125 mm oder 145 mm möglich.

Das UCS-Gehäuse mit Raspberry Pi in der Gebäudeautomation

Der Raspberry Pi wird auch bereits in vielen öffentlichen oder privaten Gebäuden eingesetzt. Gepaart mit smarten Displaylösungen lassen sich auch hier schnell und unkompliziert Visualisierungs- und Bedienlösungen realisieren (Bild 3).

Es gibt vorgefertigte Sets, aber auch die Möglichkeit, via Housing Service Center individuelle Ausschnitte für Standarddisplays an der bevorzugten Stelle einbringen zu lassen. Die individuelle Lösung lässt sich per Gehäusekonfigurator erstellen. Diese geschieht ohne großen Aufwand und lässt sich per Lösungs-ID anfragen.

Fazit: Das flexible Gehäusesystem UCS hat nicht nur die Profis im Maschinenbau bei Phoenix Contact überzeugt. Der Variantenreichtum bietet auch in vielen anderen Anwendungsfällen die richtige Basis für Geräte basierend auf SBC aber natürlich auch jeder Eigenentwicklung.  (kr)

* Ralf Bißmeier arbeitet im Produktmarketing Elektronikgehäuse der Business Unit Device Connector Systems bei Phoenix Contact in Blomberg.

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