09.09.2016

Ein Zuhause für den Raspberry Pi

Robuste Verpackung des beliebten Mini- Computers

Im Hobby- und Amateur-Bereich feiert der Raspberry Pi große Erfolge. Will der Kleinst-Computer bei professionellen Anwendungen im Schaltschrank oder im Installationsverteiler genauso erfolgreich sein, benötigt er eine funktionale und sichere Gehäuselösung - mit Anschlusstechnik für die Tragschiene.


Tragschienen-Gehäuse für den Mini-Computer: Mit dem RPI-BC bekommt der Raspberry Pi eine professionelle und industrietaugliche Verpackung.
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Der Computer 'Raspberry Pi' hat viele Erwartungen seiner Schöpfer übertroffen. Zahlreiche Amateur-Entwickler nutzen den Mini-Computer zum Beispiel für die Automatisierung ihrer eigenen vier Wände. Aber auch in der gewerblichen Gebäudeautomatisierung und in der Industrie entdecken immer mehr Unternehmen und Institutionen die Raspberry Pi-Plattform für ihre Applikationen. Von Entwicklungsumgebungen über den Prototypenbau bis hin zu kostengünstigen Kleinsteuerungen und Daten-Loggern reichen hier die kreativen Ideen. Eingesetzt werden die Geräte dann etwa zur Steigerung des Komforts in Gebäuden oder als Datenerfassungssystem in Serienversuchsaufbauten. Der allgemeine Zeit- und Kostendruck bei der Entwicklung und bei der Serienproduktion, aber auch Trends wie 'Industrie 4.0' oder 'Internet der Dinge' begünstigen den Erfolg des Raspberry Pi und anderer Single Board Computer (SBC, Einplatinen-Computer). Schon länger greift die Elektronikentwicklung auf fertige Modul-Elektronik zurück. Komplexere Module mit Mikrocontrollern sowie RAM- und Flash-Speicher werden vom Markt zugekauft und mit eigenen I/O-Boards kombiniert. Der Vorteil liegt darin, dass der aufwendige und meist für kleinere Gerätestückzahlen zu teure Modulteil günstig am Massenmarkt eingekauft werden kann. Mit dem Raspberry Pi steht nun ein leistungsstarker Rechner mit diversen I/Os inklusive einem umfangreichen Software-Paket zur Verfügung, der auf Wunsch auch noch mit Erweiterungs-Boards - selbstentwickelt oder zugekauft - hochgerüstet werden kann.

Gerätelösungen für die professionelle Anwendung

Für einen professionellen Einsatz des Raspberry Pi bedarf es einer hochwertigen und funktionalen Gehäuse- und Anschlusstechnik. Insbesondere der Einsatz in der gewerblichen Gebäude- und Industrieautomation verlangt, dass die Geräte im Installationsverteiler oder Schaltschrank sicher und normgerecht montiert und eingesetzt werden. Zahlreiche marktgängige Gehäuselösungen nehmen nur das Raspberry Pi-Board auf. Sie werden meist als Tischgehäuse verwendet und können optional an die Wand montiert werden - eine Tragschienenmontage im Schaltkasten ist dann nicht vorgesehen. Die Gehäuse gibt es in vielen Farben und Designs sowie aus Kunststoff, Metall oder gar Holz. Die Anschlüsse - auch als GPIO (General purpose input/output) bezeichnet - werden mittels Flachbandkabel herausgeführt. Tragschienengehäuse für den Raspberry Pi bieten hingegen eine standardisierte und sichere Montage des Moduls im Schaltschrank oder Installationsverteiler im Anwendungsbereich. Die Gehäuse ermöglichen zudem die Integration von Zusatzplatinen sowie die Anbindung der GPIOs mittels industrietauglichen Steckverbindern. Auch der Aufbau eines Gerätesystems mittels Busverbinder ist damit möglich. Zudem ist bei vielen Gehäuselösungen für den sicheren und praktischen Anschluss von HDMI, USB und Micro-USB (Leistung) sowie RJ45 bei gleichzeitiger Anreihbarkeit auf der Tragschiene der Gehäuse gesorgt. Diese Funktionen erfüllt das Gehäuse 'RPI-BC' von Phoenix Contact, das mit den Raspberry Pi-Serien A+, B+, B2 und B3 zum Einsatz kommt. Bei der Version A+ erfolgt die USB-Anbindung über einen Adapter.

Anschlusstechnik für Profi-Anwendungen und Zusatzplatinen für weitere Schaltungen

Eine einfache und sichere Verdrahtung - etwa der Sensoren an die GPIOs - ist unverzichtbar, wenn der Raspberry Pi in einem Produktivumfeld verwendet werden soll. Außerdem soll die Verdrahtung schnell gehen, und die Anbindung der GPIOs an etwaige Zusatzplatinen muss insbesondere bei der Montage ohne aufwendige Arbeitsschritte erfolgen. Das RPI-BC sieht eine Anbindung der GPIOs über Zusatzplatinen mittels PTSM-Steckverbindern von Phoenix Contact vor, die im Rastermaß 2,5mm verfügbar sind. Der Push-In-Anschluss ermöglicht das werkzeuglose Verdrahten der Steckverbinder. Die Zusatzplatinen, die ebenso werkzeuglos in das Gehäuse gerastet werden, bieten Platz für zusätzliche individuelle Schaltungsideen. Für einfachere Schaltungen stehen passende Lochraster-Platinen zur Verfügung. Die Anbindung der Zusatzplatinen an den Raspberry Pi sowie an das Bussystem geschieht 'automatisch' beim Zusammenbau des Gerätes, da die entsprechenden PTSD-Klemmen, die auf die Zusatzplatinen gelötet werden, mit den GPIOs des Raspberry Pi und dem Bus-Slot gegenstecken. Eine wichtige Komponente beim Raspberry Pi bildet die Micro-SD-Karte, die als 'Festplatte' des Rechners fungiert. Fatal wäre, wenn der - auch unbefugte - Nutzer dieses Speichermedium im laufenden Betrieb aus dem Gerät entfernen könnte. Hier bietet das RPI-BC eine wirkungsvolle Lösung: Der kleine Schlitz, in den die Karte eingeführt wird, kann nach Einsetzen der Karte mit einem Siegelaufkleber verschlossen werden, der bei Entnahme der Karte Spuren auf der Gehäuseoberfläche hinterlässt.

Tragschienen-Busverbinder für einfache Verdrahtung

In der Geräteentwicklung sind Busverbinder weit verbreitet - sie werden gerne für modulare Gerätesysteme genutzt. Ein System hat meist eine Power Supply Unit (PSU), eine Central Processing Unit (CPU) und diverse I/O-Units. Damit können verschiedene Systemkonfiguration bequem kombiniert werden. Die Busverbinder reduzieren den Verdrahtungsaufwand der Module in der Tragschiene erheblich, da die Energieversorgung der Module sowie die Kommunikation untereinander über den Busverbinder erfolgen. Analog hierzu bieten Busverbinder wie der H-Bus für das RPI-BC bei der Geräteentwicklung mit dem Raspberry Pi einen Vorteil. So kann der Raspberry Pi zum Beispiel als CPU und die Zusatzmodule als I/O-Module dienen. Die Kommunikation mit den GPIOs und den I/O-Modulen kann dann der H-Bus übernehmen. Montiert werden die Module durch einfaches Aufstecken auf die Tragschiene.

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Fazit

Single Board Computer gibt es nicht erst seit einigen Jahren - bereits seit den 1970ern werden sie für Entwicklungs- und Produktivsysteme genutzt. Allerdings gibt es bei den Mini-Computern von heute zwei Neuerungen: Zum einen sind sie deutlich leistungsfähiger, zuverlässiger und kostengünstiger - bedingt auch durch die Wachstumsmärkte Smartphone und Tablet. Und andererseits besteht heutzutage in der Industrie- und Gebäudeautomatisierung ein hoher Bedarf an kostengünstigen Steuer- und Monitoring-Produkten. Der Single Board Computer selbst stellt allerdings neben seinem Betriebssystem und der Software für sich gesehen kein vollständiges und verwendbares Gerät dar. Für die Verwendung im industriellen und semiindustriellen Umfeld im Schaltschrank oder Installationsverteiler sind hochwertige und funktionale Elektromechanik-Komponenten wie Tragschienengehäuse oder Schnittstellen erforderlich. Aber auch Hobby-Entwickler möchten für ihre Anforderungen professionelle Lösungen. Die Hersteller von Elektromechanik-Produkten haben diese Anforderungen internalisiert - das RPI-BC-Gehäuse mit den passenden Anschlusstechniken für Raspberry Pi-Boards ist ein Aufbruch in neue und zukunftsweisende Märkte.

Applikationsbeispiel Gebäudeautomation Home-Pi von Elfin

Das Home-Pi SHC-01 der Elfin GmbH ist ein Gateway, das Funktionen wie Heizungs- und Lichtansteuerung in einem Gebäude via Internet durch Smartphones und PCs auf sicherem Wege ermöglicht. Herz des Gerätes ist ein Raspberry Pi B2, der über die GPIOs mit den Zusatzleiterplatten verbunden ist. Als professionelle 'Verpackung' dient das RPI-BC-Gehäuse von Phoenix Contact. Im Spätsommer 2016 kommt es auf den Markt. Im Gerät integriert ist ein Stromversorgungsmodul für 12-24V DC, welches das Home-Pi sowie die Relais-Erweiterungsmodule REM-08, die über den H-Bus angeschlossen werden können, mit Energie versorgt. Eine weitere Besonderheit des Home-Pi ist die offene Soft- und Hardware - damit können viele Anbieter in der Gebäudeautomatisierung das System durch weitere Funktionen ergänzen. Das Home-Pi-System ist außerdem kompatibel mit dem Hausautomationssystem 'Homematic' der eQ-3 AG.

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