Ethernet-fähig im Handumdrehen Serielle Geräte mit Embedded-Modulen schnell und einfach Ethernet-fähig machen

Ethernet-Erweiterung im Trend Zahlreiche Hersteller von Industriegeräten suchen nach Lösungen für die Erweiterung ihrer vorhandenen seriellen Geräte um eine Ethernet-Schnittstelle. Hierbei liegt ihr Haupt-Augenmerk auf der Time-to-Market. Bevor es jedoch an die Umsetzung geht, werden üblicherweise die drei wichtigsten Phasen des Produktlebenszyklus, Forschung & Entwicklung, Produktion und Wartung/Reparatur/Betrieb (MRO/ Maintenance, Repair, Operations) betrachtet. Erst dann lässt sich eine sinnvolle Entscheidung treffen. Es gibt zwei grundsätzliche Möglichkeiten, serielle Geräte Ethernet-fähig zu machen. Zum Einen ist dies durch den Einsatz eines externen seriellen Geräteservers möglich. Zum Anderen lassen sich Embedded-Module in die seriellen Geräte integrieren. Hersteller, die bei der Produktion ihrer Geräte besonders auf die Materialkosten und die Produktgröße achten, bevorzugen die Embedded-Lösung. Betrachtung von F&E, Produktion und MRO vor der Entscheidung 1) F&E a) Eigenschaften der Schnittstelle Die Hersteller müssen zunächst festlegen, welche Art von Ethernet-Schnittstelle für die Integration in die bestehenden Geräte gewünscht ist. Die beliebtesten Schnittstellen sind entweder klassische RJ45-Stecker oder Wi-Fi. Im Falle eines RJ45-Steckers bietet sich die Möglichkeit, das Gerät über Ethernet mit Strom zu versorgen (PoE: Power-over-Ethernet). Weitere wichtige Merkmale sind die Abmessungen der Schnittstelle, die Spannungszufuhr sowie der Stromverbrauch. Grundsätzlich ist bei jeder Integration einer Ethernet-Schnittstelle zu berücksichtigen, dass die notwendigen Modifikationen der bestehenden Hardware verlängerte Produktionsvorläufe und damit höhere Herstellungskosten pro Einheit mit den damit verbunden Auswirkungen auf die Profitabilität und Wettbewerbsfähigkeit mit sich bringen. b) Ethernet-Expertise Eine Ethernet-Schnittstelle lässt sich nicht einfach durch Anlöten eines RJ45-Steckers oder Anbinden einer Antenne an die vorhandene Platine integrieren. Neben dem Grundwissen über Ethernet müssen auch Kenntnisse über die Kommunikationseigenschaften von Ethernet vorhanden sein. Beispielsweise müssen für die Bereitstellung von TCP/IP Protocol Stack Software- und Firmware-Codes geliefert werden. Gerätehersteller können dafür mit einem Produktionsverzug von etwa sechs bis neun Monaten rechnen. c) Zuverlässige, langfristige Komponentenlieferung Die Qualität der eingesetzten Komponenten für Embedded-Schnittstellenlösungen ist zweifellos eine Besorgnis vieler Hersteller. Neben Branchenerfahrung muss der Lieferant die richtigen Zertifikate für seine Komponenten mitbringen, sodass Zuverlässigkeit, Kompatibilität und Interoperabilität gesichert sind. Außerdem sollten die Komponenten über den gesamten geplanten Produktlebenszyklus des Endgeräts verfügbar sein, da sonst unvorhersehbare Störungen der Produktion entstehen können, die letztendlich unter Umständen einen komplett neuen F&E Prozess erfordern. Insgesamt nimmt dies einen nicht unerheblichen Einfluss auf Kundenservice. 2) Produktion Langwierige Produktionsvorläufe bergen das Risiko, dass sich potenzielle Kunden anderswo nach Konkurrenzprodukten umsehen. Darüber hinaus erfordert der Herstellungsprozess nicht nur die physische Integration der Hardware, sondern auch die Basis-Geräteeinstellungen müssen vor dem Versand erfolgen. Die manuelle Einstellung dieser Konfigurationsparameter kann zeit- und kostenintensiv sein und die Produktionskosten unerwartet in die Höhe treiben. 3) Dienstleistung Die letzte Phase des Produktlebenszyklus besteht aus dem In-Service-Informationsmanagement. Als Mehrwert und Steigerung des Produktwerts sollten Wartungsingenieure und Kunden Zugang zu Werkzeugen für die Verwaltung von MRO (Maintenance, Repair, Operations) erhalten. Wünschenswert sind hier Software für die Entwicklung proprietärer Schnittstellenanwendungen über Webkonsole um das Markenbewusstsein zu fördern. Grundsätzlich sollte jedoch eine zusätzliche Netzwerk-Schnittstelle keine riskante Änderung bedeuten. Techniker und Ingenieure sollten immer noch die Rückzugsmöglichkeit haben, das Gerät im bekannten seriellen Betrieb zu steuern und konfigurieren. Die Kundenanforderungen erfüllen Embedded-Lösungen für die Erweiterung von Industriegeräten um eine Ethernet-Schnittstelle müssen flexibel auf die verschiedenen Herstelleranforderungen ausgelegt sein. Gefragt sind kompakte Abmessungen, PoE-fähige Module sowie Wireless-Module und umfangreiche Werkzeuge für die schnelle und einfache Softwareentwicklung. Zusätzlich dazu sind innovative Technologien erforderlich, die den Entwicklungs- und Produktionsprozess optimieren helfen, um die Time-to-Markt zu verkürzen. Darüber hinaus vereinfachen fortschrittliche Funktionen für Wartung und Verwaltung den Betrieb und erhöhen den Gerätewert. Moxas MiiNePort Modul Für Anwendungen, deren seriell-zu-Ethernet-Lösung mit sehr kompakten Abmessungen auskommen muss, eignet sich Moxas MiiNePort, eines der kleinsten Embedded-Module seiner Klasse. Es adressiert die Herausforderungen, die in den verschiedenen Phasen des Produktlebenszyklus entstehen und ermöglicht Herstellern eine deutlich reduzierte Time-to-Market. Die flexiblen Modullösungen umfassen sämtliche Schnittstellen, mit RJ45-Stecker, drahtlos (802.11b/g) und PoE-fähig über den On-Board RJ45-Stecker. Aufgrund der kleinen Abmessungen und des niedrigen Stromverbrauchs passt das Modul auf die Platinen sehr kompakter Geräte mit geringem Leistungsverbrauch. Die EZPower Technologie bietet flexible 3,3 oder 5VDC Geräteeingangsspannung, sodass sich das Modul flexible an Geräte anpasst. Es unterstützt eine Vielzahl von Betriebsmodi, darunter UDP, TCP und den RealCOM Modus, in dem das Gerät nach wie vor von externen Geräten über eine virtuelle serielle Schnittstelle angesprochen werden kann. Für Anwendungen mit anspruchsvollen Software-Schnittstellen bietet Moxa leistungsfähige Werkzeuge in einer integrierten Entwicklungsumgebung, die die Entwicklung anwenderspezifische Firmware/ Software ermöglicht, welche schnell mit fehlerfreien Sample Codes erarbeitet und auf mehrere Module massenproduziert werden können. Direkt während der Produktion kann simultan die Basiseinstellung mehrerer Geräte gleichzeitig mit der AutoCFG Technologie des Moduls vorgenommen werden. Ein kurzes Anstecken an ein Netzwerk mit passend konfiguriertem TFTP-Server genügt, um automatisch die gewünschte Konfiguration auf die Schnittstelle zu übertragen. Diese Massenkonfigurationsfunktion spart dem Hersteller deutlich Zeit ein. Auch noch während des Einsatzes des Geräts kann die Konfiguration der Schnittstelle über serielle Befehle im SCM Modus (Serial Command Mode) verändert werden. Dies ist besonders bei Geräten nützlich, die bereits mit einer Benutzerschnittstelle wie Display und Tastatur ausgestattet sind. Moxas MiiNePort: 1) Nutzt Moxas eigenentwickeltes SoC (System-on-a-Chip, das 10/100Mbps Ethernet mit bis zu 921.6Kbps serieller Baudrate unterstützt sowie Moxas eigene UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) 2) Basiert auf einem ARMCore Prozessor und bietet 2MB Flash und eingebaute 4MB SDRAM Speicher 3) Misst ab 33.9 x 16.25 x 13.5mm 4) Wiegt ab 9g 5) Verbraucht zwischen 119 und 195mA Fazit Eine zusätzliche Ethernet-Schnittstelle in einem Gerät allein erhöht den Wert eines seriellen Geräts bereits maßgeblich, jedoch lässt sich die Wettbewerbsfähigkeit eines Herstellers durch die umfangreichen Funktionen und Technologien eines fortschrittlichen Embedded-Moduls noch steigern. In Zeiten von Wettbewerbsdruck gilt es, die Time-to-Market so kurz wie möglich zu halten und die Produktionsabläufe zugunsten hoher Profitabilität zu optimieren. Moderne Embedded-Lösungen stellen sich flexibel auf die Anforderungen der Hersteller ein, sorgen im Handumdrehen für die Ethernet-Fähigkeit bestehender Produkte und erhöhen deren Mehrwert.