21.08.2019

Skalierbare Sensor-Integration für Edge Computing

Sensorenfusion

Mit der Möglichkeit, Daten verschiedener Sensoren zu fusionieren, auszuwerten, zu archivieren und zu übertragen, erschließen die programmierbaren Sensor Integration Machines (SIM) ein großes Einsatzpotenzial. Das Spektrum reicht von der SIM1004 bis in die Highend-Ausbaustufe SIM4500 mit Halcon Bildverarbeitungsbibliothek und integrierten FPGA-Coprozessoren.


Konnektivität und Funktionalität - wie sie u.a. in Logistikapplikationen zur Volumenmessung und Objektidentifikation erforderlich sind - weisen die Serien SIM2000 und SIM2500 mit integrierter Halcon Bildverarbeitungsbibliothek auf.
Bild: Sick AG

Die SIMs mit neuester ARM-CPU-Architektur ermöglichen zum ersten Mal eine technologieübergreifende Sensorintegration. Das Portfolio ist hinsichtlich der Rechenleistung und der Anzahl der Sensoranschlüsse skaliert und ermöglicht so maßgeschneiderte Lösungen. Als elementare Hardware-Komponenten innerhalb des Eco-Systems Sick AppSpace eröffnet die SIM-Produktfamilie durch ihre IoT-Gateway-Funktionalität und die Multi-Sensor-Integration neue Wege zur Lösung von Applikationen. Über individuell programmierbare Visualisierungsmöglichkeiten können Sensordaten transparent und übersichtlich dargestellt werden. Ob Qualitätskontrolle, Prozessanalyse oder vorausschauende Wartung - zusammen mit den Sensoren und Kameras von Sick wird das SIM-Portfolio im Sinne von Data-to-Information zu einem wichtigen Schrittmacher für Edge-Computing-Lösungen. Dafür spricht auch, dass für AppSpace-Entwickler mit dem Sick AppPool ein sicherer und zentraler Cloud Service für die Speicherung und den Austausch von SensorApps zur Verfügung steht und diese damit weltweit verfügbar macht.

Freiraum für flexible Applikationen

Bereits im unteren Standard-Leistungsbereich Sensoren in einem Multi-Sensor-System intelligent nutzen - dies ermöglichen die SIM1004 und SIM1012. Beide zeichnen sich durch ein platzsparendes One-Box-Design in Schutzart IP65 aus - und bieten so Sensordatenverarbeitung und IoT-Gateway-Funktionalität in einem Gerät. Beide SIM-Varianten können mit der Software Sick AppStudio applikationsspezifisch frei programmiert werden. Ein Novum in dieser Leistungsklasse, in der sonst vor allem konfigurierbare und damit nur eingeschränkt anpassbare Lösungen dominieren. Zusammen mit einer Streaming-Kamera picoCam lassen sich z.B. größen-, formen- oder farbbasierte Inspektions- oder Sortierapplikationen individuell lösen. Die Spannungsversorgung der SIM1004 wie auch der angeschlossenen Kameras bzw. Sensoren erfolgt über PoE (Power over Ethernet). Anschlusstechnisch bieten beide SIM-Varianten verschiedene Sensordaten-Schnittstellen für Kameras, LiDAR-Scanner, Encoder, IO-Link-Geräte, Beleuchtungen und die Cloud. Im Basismodell SIM1004 mit vier Anschlüssen können z.B. Daten aus einer Kamera und einem Laserscanner miteinander verrechnet werden. Entsprechend höher skaliert ist die SIM1012 mit zwölf Anschlüssen für die nächste Komplexitätsstufe. Beide Varianten sind ausgestattet mit Ethernet-Schnittstellen mit OPC UA und MQTT, und stellen per Edge-Computing vorverarbeitete Applikationsdaten in der Cloud zur Verfügung.

Übertragung sicher und nicht sicherer Signale

In der Praxis fallen in Maschinen und Anlagen oft nicht nur normale Signale an, sondern auch solche, die eine besondere, sicherheitsgerichtete Handhabung erfordern. Für dieses Szenario bietet das SIM-Portfolio die SIM1000FX in zwei Varianten an: Einmal für den Stand-alone-Betrieb und einmal als Gateway mit Rückwand-Bus zur Sicherheitssteuerung Flexi Soft. Konzipiert für die Hutschienenmontage im Schaltschrank entsprechen beide Varianten vom Leistungsumfang der SIM1012 und SIM1004. Damit können z.B. auf fahrerlosen Transportfahrzeugen oder autonomen Mobilplattformen die Daten von Sicherheits-Laserscannern und Encodern zur Geschwindigkeits- und Lenkwinkelmessung mit den Daten nicht sicherheitsgerichteter Fahrzeugsensoren zur Umfeldbeobachtung fusioniert und ausgewertet werden. Aber auch die Absicherung stationärer Maschinen bietet vielfältige Einsatzmöglichkeiten für die Fusion sicherer und nicht sicherer Daten.

Vom Gateway bis zur Power Machine

Das SIM-Portfolio orientiert sich in seiner Skalierung an den unterschiedlichen Komplexitätsgraden industrieller Sensor- und Automatisierungsaufgaben. Die SIM100 und SIM200 sind programmierbare AppSpace-Komponenten mit reiner Gateway-Funktion, die im Verbund das Einsammeln von Sensordaten im Feld ermöglichen und damit die entsprechenden Sensoren im Netzwerk online sichtbar machen. Die weitergehende Sensordatenverarbeitung beginnt frühestens in der nächsten Skalierungsstufe (ab SIM1004, SIM1012 und SIM1000FX). Erneut mehr Konnektivität und Funktionalität - wie sie u.a. in Logistikapplikationen zur Volumenmessung und Objektidentifikation erforderlich sind - weisen die Serien SIM2000 und SIM2500 auf. Letztere bietet als zusätzliches Ausstattungsmerkmal die integrierte Halcon Bildverarbeitungsbibliothek von MVTec. Kosten für eine Laufzeitlizenz zur Nutzung der Halcon-Prozeduren und Tools fallen nicht an, da diese bereits ab der SIM2500 integriert ist. Das Maximum an Performance vereint die SIM4500. Durch ihre hohe Rechenleistung, die vielfältigen Anschlussmöglichkeiten und die duale Kommunikation zur Steuerung und in die Cloud ist sie sowohl für die horizontale als auch die vertikale Sensorintegration bestens geeignet. So erlaubt die leistungsfähige ARM CPU mit Neon-Engine Punktwolken-Auswertungen auf Basis multipler, technologieübergreifender Sensordaten, z.B. von LiDAR-Scans, von Bildern von 1D-, 2D- oder 3D-Kameras sowie von Informationen anderer Sensoren. Dadurch ermöglicht die SIM4500 u.a. eine vollständige, digitale Objekttransformation für die Datenarchivierung. Eine Vielzahl vorgefertigter Operatoren der Sick Algorithm API sowie Halcon ermöglichen es, die unterschiedlichen Sensordaten zu wertvollen Informationen weiter zu verarbeiten.

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