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
-
Bietet IE5-Wirkungsgrad
Induktionsmotor
WEG hat den W22 Prime auf den Markt gebracht, die nächste Generation seiner W22-Induktionsmotorenreihe.
-
Erfolgreicher Pharma Tech Talk von Pepperl+Fuchs
Am 1. und 2. Juli brachte Pepperl+Fuchs in Mannheim Experten aus der Pharma-, Life-Science- und der Automatisierungsbranche zusammen.
-
Erfolgreiche Veranstaltung von Gemü, IHK & VDMA
Gemü setzte mit der IHK Heilbronn-Franken und dem VDMA bei einer gemeinsamen Veranstaltung Impulse zu denThemen industrielle Datenräume und digitaler Produktpass.
-
Endress+Hauser eröffnet zwei neue Gebäude in den USA
Endress+Hauser hat zwei neue Vertriebsgebäude in den USA eröffnet.
-
Neue Doppelspitze am Fraunhofer FKIE
Prof. Christoph Igel ist mit Wirkung zum 15. August zum Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie FKIE berufen worden.
-
Für 24V-Anwendungen
Unterbrechungsfreie Stromversorgung
Weidmüller erweitert das Portfolio um die unterbrechungsfreie Stromversorgung Duramax.
-
Für Bahn-Anwendungen
Kabeldurchführungen aus TPE
Kabeldurchführungs-Systeme werden nach den strengen branchenspezifischen Normen geprüft und zertifiziert.
-
Schlüsselkomponente für IEC61800-5-2-konforme Antriebssysteme Sicherheitszertifizierte Drehgeber
Funktionale Sicherheit im Maschinenbau beginnt nicht im Antrieb, sondern am Sensor.
-
Für Rechenzentren, Edge-Umgebungen und Enterprise-IT
Gemanagte Rack-Stromverteilung
Panduit gibt den Produktlaunch der ES2P Power Distribution Unit bekannt, eine gemanagte Rack-PDU,…
-
Neue Automation-Einheit bei Siemens
Rainer Brehm übernimmt Leitung
Siemens stärkt sein Automatisierungsgeschäft und bündelt dazu die bisher vier Geschäftsbereiche in einer…
-
Ifo-Umfrage
Unternehmen erwarten eher sinkende Löhne durch KI-Einsatz
Viele Unternehmen in Deutschland erwarten durch den Einsatz von Künstlicher Intelligenz eher sinkende…
-
Zur Modernisierung von Werkzeugmaschinen
Bügelclips für Energieketten
Wollen Konstrukteure von Werkzeugmaschinen bei einer Modernisierung größere Schläuche einsetzen, erfordert das häufig…
-
Mit 8-poligem M12-Anschluss
Not-Halt-Schalter
Georg Schlegel erweitert seine Baureihe Shortron Connect um drei neue Not-Halt-Geräte mit 8-poligen…
-
… den aktiven Verteilern und Passivverteilern von Bihl+Wiedemann?
Unter dem Titel ‚Sichere Sache‘ stellte Bihl+Wiedemann in der Titelstory der Ausgabe 7/2016…
-
Geschäftsführerwechsel bei Alphitan
Alphitan gibt im 25. Jubiläumsjahr der deutschen Tochtergesellschaft Antecs einen Wechsel bekannt: Geschäftsführer…
-
Neue Fachmesse: All About Electronic Solutions
Mit der All About Electronic Solutions startet Easyfairs eine neue Messereihe.
-
Steuerungstechnik
SPS ermöglicht dezentrale Echtzeitkommunikation über CAN UDS
Die Arcon-SPS ist eine IEC61131-kompatible Steuerung für räumlich verteilte Automatisierungssysteme.
-
Inlandsbestellungen ziehen kräftig an
Elektroindustrie mit Auftragsplus zur Jahresmitte
Im Juni verzeichnete die deutsche Elektroindustrie ein Plus von 13,3% gegenüber dem Vorjahr…
-
Auch Importe gestiegen
Exporte im Juni lagen bei +0,9%
Im Juni sind die deutschen Exporte gegenüber Mai kalender- und saisonbereinigt um 0,9%…
-
Industrielle Kommunikation
Mobilfunkmodule bringen 4G und 5G auf den Raspberry Pi
Spectra erweitert mit der Calyx Embedded Modul Serie Raspberry Pi 4 und Raspberry…
-
Drehzahl- und Positionssensor
Drehgeber kombiniert Positionsmessung und Zustandsüberwachung
Lenord+Bauer erweitert sein Portfolio digitaler MiniCoder um eine Variante mit serieller Schnittstelle für…
-
Drehzahl- und Positionssensor
Drehgeber kombiniert Positionsmessung und Zustandsüberwachung
Lenord+Bauer erweitert sein Portfolio digitaler MiniCoder um eine Variante mit serieller Schnittstelle für…
-
Neuer Muttertyp sorgt für mehr Leistung
Bosch Rexroth erweitert die Performance Line seiner Kugelgewindetriebe um eine Lösung für vertikale…
-
Flexible Ethercat-Architektur
Der duale Ansatz von Dunkermotoren bei der Ethercat-Architektur ermöglicht es OEMs, die Antriebsarchitektur…
-
Physical-AI an der Edge
Das applikationsfertige Modul aReady.COM Conga-HPC/cRX1 mit AMD Ryzen AI Embedded X100 Series Prozessoren…
















