Ein weiterer Evolutionsschritt im Bereich der PACs war die Integration der benutzerdefinierbaren Onboard-FPGA-Technologie. Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs) sind als rekonfigurierbare Siliziumchips vielseitig einsetzbar und in der Lage, hohen Anforderungen in Bezug auf Determinismus, geringe Latenzzeit, Parallelität, Verarbeitungsgeschwindigkeit und Zuverlässigkeit gerecht zu werden. Generell erfreut sich die FPGA-Technologie im Bereich von computerbasierten Mess- und Automatisierungsanwendungen immer größerer Beliebtheit. Seit Xilinx im Jahre 1984 die ersten FPGAs auf den Markt brachte, hat sich die Technologie von einfachen Schnittstellenchips stetig weiterentwickelt, so dass moderne FPGAs als Ersatz für fest vordefinierte ASICs (Application-Specific Integrated Circuits) und Prozessoren in Signalverarbeitungs- sowie Steuer- und Regelanwendungen genutzt werden. Vollständig rekonfigurierbar Grob gesagt, handelt es sich bei FPGAs um wiederprogrammierbare Siliziumchips. Diese Chips beinhalten eine Matrix bestehend aus Millionen von Logikblöcken, welche durch programmierbare Routen verknüpft werden können. Dadurch lassen sich auch komplexere Algorithmen wie z.B. FFT-Analysen oder PID-Regelkreise auf Basis von digitalen Logikschaltungen realisieren. Somit bieten FPGAs, genauso wie fest vordefinierte ASIC-Chips, den Vorteil, dass eine anwenderdefinierte Funktionalität, losgelöst von jeglicher Beschränkung durch Betriebssysteme und CPU-Taktung, autark in Hardwaregeschwindigkeit zuverlässig abgearbeitet wird. Zudem haben FPGAs gegenüber ASICs den Vorzug, dass die zu integrierende Intelligenz durch Software vordefiniert und in Form eines Bit-Files auf den FPGA eingeprägt wird. Somit sind FPGAs vollständig rekonfigurierbar und können sofort neue \’Aufgaben\‘ annehmen, sobald eine andere Schaltungskonfiguration in Form eines Bit-Files kompiliert wird. Anders ausgedrückt, vereinen FPGAs die besten Eigenschaften von ASICs und prozessorgestützten Systemen. Wiederprogrammierbare Siliziumchips sind genauso flexibel wie Software, die auf einem Prozessor ausgeführt wird. Ihre Leistungsfähigkeit wird jedoch nicht von der Anzahl der verfügbaren Prozessorkerne eingeschränkt. Im Unterschied zu Prozessoren ermöglichen FPGAs tatsächlich parallele Ausführung, so dass verschiedene Verarbeitungsoperationen nicht auf die gleiche Ressource angewiesen sind. Jeder einzelne Verarbeitungs-Task wird einem dedizierten Bereich auf dem Chip zugewiesen und kann so autonom und ohne Beeinflussung anderer Logikblöcke ausgeführt werden. Auf Grund dessen wird die Leistungsfähigkeit der Anwendung nicht eingeschränkt, wenn weitere Verarbeitungs-Tasks hinzugefügt werden. Vereinfachte FPGA-Programmierung Bisher stand FPGA-Technologie nur den Anwendern zur Verfügung, die über fundiertes Wissen im Bereich digitales Hardwaredesign und der VHDL-Programmierung verfügten. Der verstärkte Einsatz von abstrahierenden Designwerkzeugen wie z.B. LabView vereinfacht auch die FPGA-Programmierung, da neue Technologien in der Lage sind, grafische Blockdiagramme oder sogar C-Code in digitale Hardwareschaltungen zu konvertieren. Das PAC-System CompactRio basiert auf der oben beschriebenen FPGA-Technologie und ergänzt die PAC-Plattform von National Instruments genau um dieses Konzept. Dieses Embedded-Echtzeitsystem vereint in kompakter Form die Vorteile eines PC-basierten Echtzeitcontrollers mit der Leistungsfähigkeit der FPGA-Technologie. Zur Realisierung der Anwendung ermöglicht das NI LabView FPGA Module die Erstellung der Algorithmen, die direkt auf dem FPGA-Chip abgebildet und dort ohne den Overhead eines Betriebssystems in echtem Hardware-Timing ausgeführt werden. Der angeschlossene Controller erlaubt die Abarbeitung von LabVIEW-Real-Time-Anwendungen und verfügt über eine Vielzahl von Kommunikationsschnittstellen, wie u. a. Ethernet, Ethercat, Profibus, Canopen, Serial und USB. Zudem ermöglichen die über 100 verfügbaren C-Serien-Module ganz einfache analoge und digitale I/O bis hin zu direkter und Aktor- (z. B. Motoren) und Sensoranbindung durch integrierte Signalkonditionierung im Modul. Die Architektur des CompactRio bringt eine hohe Flexibilität hinsichtlich Timing, Triggerung und Synchronisation mit sich. Zudem lassen sich Regelalgorithmen realisieren, die sonst nur mittels teurer eigener Hardwareentwicklung möglich sind. \’Intelligente\‘ Erweiterungschassis Die NI-CompactRio-Technologie lässt sich aber nicht nur mit den integrierten Echtzeitcontrollern nutzen. Es ist auch möglich, den FPGA-basierten I/O-Teil in Form eines Erweiterungschassis einzusetzen. Dies empfiehlt sich z.B. bei Anwendungen mit dezentral verteilter I/O. Oftmals genügt es lediglich, die \’intelligenten\‘ Erweiterungschassis in Verbindung mit einem zentralen Controller zu verwenden. Derzeit sind Erweiterungschassis mit unterschiedlicher Steckplatzanzahl und Bus-Anbindung verfügbar. MXI-Express Rio Die MXI-Express-Rio-Erweiterungschassis (9159) mit 14 Steckplätzen können mit jedem kompatiblen Controller über eine x1-MXI-Express-Verbindung kommunizieren. Jedes dieser Chassis verfügt über zwei MXI-Express-Anschlüsse, damit mehrere Chassis mit dem gleichen Controller in Reihe geschaltet werden können. Über einen MXI-Express-Bus und einen leistungsstarken FPGA sind diese Chassis am besten für lokale Steuer-, Regel- und Überwachungsanwendungen mit hohen Geschwindigkeiten geeignet, die eine Datenübertragung für viele Kanäle und die Implementierung benutzerspezifischer Messungen mit einer datenintensiven Verarbeitung erfordern. Ethernet Rio Das robuste Ethernet-Chassis (NI 9148) mit acht Steckplätzen eignet sich für die Erstellung von dezentralen I/O-Systemen. Es kommuniziert über Standard-Ethernet mit jedem beliebigen Desktop- oder Industrie-PC. Aufgrund dieser Flexibilität ist das Chassis NI 9148 eine gute Wahl für die nahtlose Integration von I/O-Erweiterungen an bestehende Netzwerktopologien. Durch die Verwendung des integrierten FPGAs können benutzerspezifische Mess-, Steuer- und Regelungsaufgaben direkt vor Ort und nahezu latenzfrei durchgeführt werden. Ethercat Rio Das Ethercat-Slave-Chassis (NI 9144) mit acht Steckplätzen erlaubt die Kommunikation über das deterministische Ethernet-Protokoll Ethercat. Es ist am besten für dezentral verteilte Steuer- und Regelanwendungen geeignet, die exakten Determinismus für mehrere, synchronisierte Chassis erfordern. Anwender setzen deterministische Ethernet-Protokolle für die Strukturüberwachung von Windturbinen, synchronisierte Prüfstände sowie Steuer- und Regelanwendungen über große Entfernungen ein. Grafische Programmiersprache Für die Programmierung der CompactRio-Plattform eignet sich die grafische Programmiersprache NI LabView. LabView hat sich mittlerweile zum De-facto-Standard im Bereich der Mess- und Prüftechnik entwickelt. Seine intuitive grafische Programmiermethodik, die Flussdiagrammen ähnelt, bietet die Funktionalität einer vollwertigen Programmiersprache und eine benutzerfreundliche Oberfläche. Durch die Module LabView Real-Time und LabView FPGA werden ein Echtzeitbetriebssystem und die Möglichkeit, FPGAs direkt anzusprechen, miteinander verbunden. Damit lassen sich auf sehr intuitive Weise hochleistungsfähige Steuer- und Regelsysteme auf Basis der PAC-Technologie realisieren. embedded world 2011: Halle 10, Stand 221
FPGA-Technologie in der Automatisierungstechnik
-
Für datenintensive Industrieumgebungen
1HE-Rack-PC
Für PXI-Testsysteme, Echtzeitanwendungen und die Industrieautomation sind hohe Datenraten, geringe Latenzen und flexible Erweiterbarkeit entscheidend.
-
Spürbarer Dämpfer in den Bestellungen
Maschinenbau-Auftragseingang im Februar
Der Auftragseingang im Maschinenbau ist im Februar abermals gesunken und die Stimmung der Unternehmen trübt sich ein.
-
Für die DACH-Region
Schneider Electric: Neuer Vice President Secure Power
Schneider Electric hat Marco Geiser zum neuen Vice President Secure Power DACH ernannt.
-
Yaskawa strukturiert Führungsspitze in Europa um
Yaskawa hat eine Neustrukturierung der Geschäftsführung in seiner europäischen Zentrale vorgenommen.
-
Mit integrierter Sicherheitstechnik
MDR-Controller für die Intralogistik
Die IP54-geschützten MDR-Controller EP741x von Beckhoff sind je nach Bedarf mit und ohne…
-
Lebensmittelkonformer Oberflächenschutz
Aluminium-Antriebe
Mit NXD Tuph von Nord Drivesystems können Anwender auch in hygienesensiblen Applikationen von…
-
Ann Fairchild neue CEO
Siemens USA unter neuer Leitung
Siemens hat Ann Fairchild zur neuen Geschäftsführerin von Siemens USA ernannt.
-
IO-Link Safety: Sicherheit vernetzt im Feld
Die Automation ändert sich rasant – sicherheitstechnische Anforderungen ebenso. Mit IO-Link Safety entsteht…
-
Drehkreuz in Südamerika
Wika eröffnet neues Werk in Brasilien
Wika hat Mitte März ein neues Werk am Standort Boituva in Brasilien eröffnet.
-
Feldbuskoppler
Feldbus und Anzeige konsequent integriert
In Profinet-basierten Anlagen übernimmt das PN220 von Motrona die Funktion eines Feldbuskopplers und…
-
Seit März
Hannover Messe erhält eigenen Geschäftsbereich
Zum 1. März hat die Deutsche Messe einen eigenständigen Geschäftsbereich eingerichtet, der sich…
-
Ifo-Konjunkturumfrage
Unternehmen planen mit höheren Preisen
Deutlich mehr Unternehmen in Deutschland planen mit höheren Preisen.
-
Festo, Schaeffler und Ziehl-Abegg
Nominierte für Hermes Award stehen fest
Eine unabhängige Jury hat unter den zahlreichen Einreichungen drei Unternehmen für den Hermes…
-
Professor Dr. Jörn Müller-Quade
Wibu-Systems beruft Kryptografie-Experten in Aufsichtsrat
Wibu-Systems hat Professor Dr. Jörn Müller-Quade in den Aufsichtsrat berufen.
-
IFR stellt Preisträgerinnen vor
Women in Robotics 2026
Um Frauen in der Robotikbranche mehr Sichtbarkeit und Anerkennung zu verschaffen, hat die…
-
Gemeinsam zum vollständig integrierten Automatisierungs-Stack
Salz Automation und Tele vereinbaren Partnerschaft
Salz Automation und Tele Haase Steuergeräte gehen in ihrer Partnerschaft einen entscheidenden Schritt…
-
3D-Druck
Harting eröffnet Zentrum für 3D-Druck
Harting hat in seinem Werk Rahden ein „Center of Competence Additive Manufacturing“ eröffnet.
-
Mikko Soirola
Neuer CEO für Elisa Industriq
Mikko Soirola startet als neuer CEO bei Elisa Industriq.
-
Klaus Conrad – Unternehmer, Visionär, Möglichmacher
90 Jahre Pioniergeist
Mit 18 Jahren tritt er ins Familienunternehmen ein, mit 40 übernimmt er die…
-
Miniatur-Sensoren realisieren hohe Reichweiten
So weit, so klein
Mit hoher Reichweite, kompaktem Design und optionaler IO-Link-Anbindung eignen sich die Sensoren der…
-
Dank Binnenmarkt
Deutsche Elektroexporte mit Plus auch zum Jahresbeginn
Auch zum Beginn des Jahres 2026 verzeichnete die deutsche Elektroindustrie ein Exportplus: Im…
-
93% verlagern KI zunehmend auf lokale Server
In den letzten zwei Jahren haben 93% befragter Unternehmen einige KI-Workloads zurück auf…
-
Erster Bauabschnitt eingeweiht
Neues Werk in Mexiko für Phoenix Contact
Phoenix Contact hat sein Produktionsnetzwerk auf dem amerikanischen Kontinent ausgebaut. In einem ersten…
das könnte sie auch interessieren
-
Mobile Cobot-Lösung erhöht die Produktivität in der CNC-Fertigung
Für wechselnde Losgrößen und große Produktvielfalt geeignet
-
Die Myzel Lifecycle Platform vernetzt Menschen, Maschinen und Daten
Wenn Sicherheit Wurzeln schlägt
-
Neue Bremssättel für Scheibenbremsen
Elektromagnetische Lüftung für hohe Stundenliestung
-
Scada-Plattform Atvise mit Updates
Mehr Sicherheit und Kompatibilität für Scada-Systeme
















