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Hutschienen-PC mit Raspberry Pi

Offene Computing-Plattform für Schaltschränke

Im Zeitalter der Digitalisierung und des IIoTs werden geschlossene Systeme durch offene, frei programmierbare Edge-Computing-Plattformen ersetzt. Zunehmend attraktiv sind hierfür Lösungen auf Basis des Raspberry-Pi Ökosystems, das aus einem gemeinnützigen Projekt der gleichnamigen Foundation heraus entstanden ist. STV Electronic hat diese Prozessortechnologie in einen multifunktionalen und schaltschranktauglichen Hutschienen-PC gepackt, der selbst in Unterputz-Kleinverteilerkästen passt und sich damit gut für die Gebäudeautomatisierung eignet.

Der Raspberry Pi 3 B+ basierte Hutschienen-PC Smart Manager 4.0 für den Schaltschrank macht es OEM und Systemintegratoren sehr leicht, selbst komplexe Aufgaben in der Steuerungstechnik und Gebäudeautomatisierung mit Open Source basierter Hardware und Software umzusetzen (Bild: STV Electronic GmbH)

(Bild: STV Electronic GmbH)

Die Gebäudeautomatisierung ist seit langem fester Planungsbestandteil in jedem Neubau, in Wohngebäuden ebenso wie Fabriken und allen weiteren gewerblich genutzten Zweckbauten wie Bürogebäude oder Einkaufszentren. Dabei reichen die Aufgaben der Gebäudeautomatisierung von effizienter Energienutzung bei Klima-, Heizungs-, Lüftungs- oder Beleuchtungstechnik bis hin zu Sicherheitslösungen durch automatisierte Schließtechnik oder Visualisierungen mittels Überwachungskameras. Die Realisierung solcher automatisierter Gebäudesteuerungen nahm ihren Ausgang in Zweckbauten, wobei in der Automatisierungsebene vornehmlich so genannte Direct Digital Controls (DDCs) und SPS-Bausteine zum Einsatz kamen. Diese erfassen die Informationen der Sensoren aus der Feldebene, verarbeiten die Daten entsprechend ihrer Regelalgorithmen im hinterlegten Steuerungsprogramm und leiten die Ergebnisse als Steuerbefehle an die Aktoren der Feldebene zurück. Dies hat auch innerhalb unterschiedlicher Gewerke zu einer Vielfalt proprietärer Automatisierungslösungen geführt, zumal auch die verwendeten Übertragungssysteme auf Feldebene oft verschiedene Medien und Protokolle nutzen. Wer Interoperabilität zwischen den verschiedenen Gebäudeautomatisierungstechnologien herstellen möchte, benötigt eine Plattform, die nicht nur umfassende Hardware-Schnittstellen in Richtung Feldebene bereit stellt, sondern ebenso die Option zur Software-seitigen Integration der verschiedenen Systeme bietet, um damit z.B. auch bedarfsgerechte, softwarebasierte SPS-Anwendungen umsetzen zu können. Aktuelle Trends wie Digitalisierung, IIoT und Smart Metering machen es erforderlich, selbst einzelne Gewerke über einen eigenen Edge-Computer anzubinden. Er ermöglicht es, IP-Technologie mit zentralen Dashboards sowie Management- und Maintenance-Clouds nahtlos anbinden. Auch die Integration passender Edge-Logik vor Ort wird dadurch möglich. Diese muss zunehmend frei programmierbar sein, um dem wachsenden Bedarf nach z.B. Smartphone-basierter Steuerung einer jeden Gebäudefunktion gerecht werden zu können oder auch Inferenzlogik auszuführen, die für Predictive Maintenance Zwecke erforderlich ist, da man nicht jeden Messwert in die Cloud schieben will oder auch kann.

Durch umfassende Schnittstellenausstattung und einen separaten Erweiterungsbus kann der Smart Manager 4.0 im Schaltschrank als IoT-/Edge-Server für beliebige Gebäudeautomations- und Steuerungslösungen eingesetzt werden. (Bild: STV Electronic GmbH)

Durch umfassende Schnittstellenausstattung und einen separaten Erweiterungsbus kann der Smart Manager 4.0 im Schaltschrank als IoT-/Edge-Server für beliebige Gebäudeautomations- und Steuerungslösungen eingesetzt werden. (Bild: STV Electronic GmbH)

Freiheit in der Gebäudeautomation

OEMs und Systemintegratoren suchen daher nach einer Lösung für Gebäudeautomatisierungen, die flexibel und kostenoptimiert in den Schaltschrank integriert werden kann. Eine ideale Lösung können Plattformen auf Basis des neuen, leistungsoptimierten Raspberry Pi 3 B+ sein. Sie sind mit einer quelloffenen Linux-Distribution ausgestattet und können an spezielle Bedürfnisse angepasst werden. Somit hat man auch bei der Installation weiterer Software wie Entwicklungsumgebungen oder Automatisierungsanwendungen, die auf solchen Edge-Zentralen für die Gebäudeautomation und Steuertechnik zum Einsatz kommen sollen, nahezu keine Einschränkungen.

Dank seiner geringen Einbautiefe von 62,2 mm, kompakten Breite von 6TE (108 mm) und den oben zur Feldebene und unten liegenden PC-Schnittstellen findet der Raspberry Pi Rechner Smart Manager 4.0 in jedem Schaltschrank Platz. (Bild: STV Electronic GmbH)

Dank seiner geringen Einbautiefe von 62,2mm, kompakten Breite von 6TE (10 mm) und den oben zur Feldebene und unten liegenden PC-Schnittstellen findet der Raspberry Pi Rechner Smart Manager 4.0 in jedem Schaltschrank Platz. (Bild: STV Electronic GmbH)

Vom Lehrobjekt zur Industrieplattform

2012 wurde der Raspberry Pi in seiner ursprünglichen, ersten Version für Lehrzwecke als besonders kostengünstige und dennoch vollständige Open-Source-Entwicklungsplattform in den Markt eingeführt. Jeder, der sich für IT-Hardware, im Besonderen aber für Hardware-Programmierung und -Entwicklung interessierte, konnte mit dem kostengünstigen Einplatinencomputer praktisch sofort loslegen. Und so dauerte es auch nicht lange, bis die Geräte zunehmend als praktikable Entwicklungsplattform in der Embedded-Industrie eingesetzt wurden, da der Raspberry als vollwertiger Linux-Mini-Rechner gleichzeitig als Entwicklungs- und Testplattform genutzt werden konnte. Bis heute wurden rund 30Mio. Raspberry-Pi-Geräte verkauft, was sich zudem in einer beeindruckend großen Support Community wiederspiegelt. Inzwischen ist der Raspberry PI auf dem besten Weg, selbst zu einer neuen Standard-Industrie-Plattform zu werden. So nutzt z.B. Oracle einen Cluster von 1060 Raspberry Pis für den weltweit größten Pi-Supercomputer. Und das Jet Propulsion Laboratory der NASA hat einen Bauplan veröffentlicht, der eine Raspberry PI als Basis für den Nachbau des Mars-Rovers nutzt. Nun macht sich der Minicomputer auf, auch industrielle Einsatzbereiche zu erobern. STV Electronic ist dabei einer der Hersteller, der mit dem Smart Manager 4.0 eine industrietaugliche Version im Portfolio hat.

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