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Hardware, Software und Anschlusstechnik

Embedded Systems in
der Gebäudeautomation

Embedded Systems sind nicht nur Hidden Champions der elektrotechnischen Automation. Sie sind ein enormer Marktplatz für Investitionen und Innovationen – und die hören nicht bei der Prozessorarchitektur auf. Auch im Gebäudebereich sind Embedded Systems in nahezu allen Branchen unverzichtbare Teilsysteme der elektrotechnischen Automation.

Intelligent automatisiert: die eingebettete Elektronik übernimmt dezidierte Funktionen der Steuerung und Bedienung (Bild: ©Alexander.Kirch/shutterstock.com/Phoenix Contact)

(Bild: ©Alexander.Kirch/shutterstock.com/Phoenix Contact)

Als solche erfassen und verarbeiten sie Signale und Daten, steuern Prozesse und bilden die Schnittstelle zwischen physikalischen Systemen, ihren Benutzern und der Umgebung. Wenngleich die eingebetteten Systeme stets dedizierte Aufgaben erfüllen und daher logisch ähnlich aufgebaut sind, orientiert sich die tatsächliche Hardware-Ausstattung an den Anforderungen der jeweiligen Anwendung. Platzbeschränkungen, Schutz vor physikalischen, elektromagnetischen oder mechanischen Störeinflüssen oder die (Echtzeit-)Kommunikation mit der Peripherie und dem Benutzer bilden den Rahmen für den Design-Raum. Und dessen Ausgestaltung endet nicht bei der Auswahl der eigentlichen Kontrolleinheit. Erst die Software, elektromechanische Schnittstellen sowie schützende Gehäuse machen aus Mikroprozessoren und Speichermodulen funktional eingebettete Systeme.

Hohe Anforderungen

Anders als handelsübliche PC laufen Embedded Systems in der Regel im Dauerbetrieb – nicht selten in sicherheitskritischen Anwendungen. Beispiele sind die Car-to-X-Kommunikation, Industrie-PC zur Maschinensteuerung und Prozessvisualisierung sowie Smart Meter. An die Ausfallsicherheit der verwendeten Komponenten werden in derartigen (semi-)industriellen Anwendungen deutlich höhere Anforderungen gestellt als im Bereich der Heim- und Freizeit-Elektronik. Speziell für diese hohen Anforderungen bietet Phoenix Contact unterschiedliche elektromechanische Lösungen. Versteht man Embedded Systems als flexibel integrierbare Single-Board-Lösungen, kommt deren Anschlussfähigkeit eine besondere Bedeutung zu. Konventionelle PCI-Busse sind seit den 1990er Jahren als Standardschnittstelle für solche Erweiterungskarten etabliert und erfüllen als 32- oder 64-Bit-Datenbus auch hohe Anforderungen an die Echtzeitdatenübertragung. Häufig sind die Schnittstellen als Edge Connectors – also als Kontaktflächen an den Leiterplattenrändern – ausgelegt und daher auf die koplanare oder orthogonale Ausrichtung der zusätzlichen Leiterplatte beschränkt. Eine platzsparende mezzanine Ausrichtung ist mit dieser technischen Auslegung nicht möglich.

Elektronikgehäuse der Serie UCS-RPI bieten eine funktionale Verpackung für Single-Board-Computer. (Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH)

Elektronikgehäuse der Serie UCS-RPI bieten eine funktionale Verpackung für Single-Board-Computer. (Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH)

Flexibilität im Layout

Hier kommen Board-to-Board-Steckverbinder ins Spiel, die deutlich mehr Flexibilität in der Leiterplattenanordnung und im Geräte-Design mitbringen. Phoenix Contact bietet entsprechende Steckverbinder der Familie Finepitch in den Rastern 0,8mm und 1,27mm an. Beide Produktserien eignen sich für die geräteinterne Verbindung mehrerer Leiterplatten. Dank horizontal und vertikal ausgeführter Varianten können Systemhersteller je nach Anwendung mezzanine, orthogonale oder koplanare Leiterplattenanordnungen umsetzen. Die Steckverbinder für 12 bis 80 Pole lassen Stapelhöhen zwischen 6mm und 13,8mm zu – und ermöglichen flexible Elektronik-Layouts. Für die Highspeed-Datenübertragung eignet sich vor allem die Serie Finepitch 0,8. Die besonders kompakten Steckverbinder übertragen Daten mit bis zu 16GBit/s und verfügen optional über seitliche Schirmmetalle für eine hohe Datenintegrität. Das neu entwickelte ScaleX-Kontaktsystem sorgt nicht nur für eine hohe mechanische Stabilität. Es erlaubt auch hohe Toleranzen bei produktions- oder montagebedingt abweichend positionierten Messer- und Federleisten. Ihr Fangbereich liegt bei +/-0,7mm je Achse, die Winkeltoleranzen liegen beim Stecken bei bis zu +/-2° in Längsrichtung und +/-4° in Querrichtung.

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