Nach dem Einstieg über das Compute Module 3 von Raspberry Pi wurde Berghof Automation schnell deutlich, dass die dritte Generation den Anforderungen an eine Industriesteuerung nicht entsprach. Deshalb wurde das Design auf Basis des Compute Module 4 (CM4) neu aufgesetzt. Mit Quadcore-CPU, Gigabit-Ethernet und den für industrielle Anwendungen erforderlichen Schnittstellen ließ sich nach Einschätzung des Entwicklungsteams ein geeignetes Verhältnis aus Rechenleistung und Kosten erreichen.
Die Zielsetzung war von Beginn an klar: ein Industrial Raspberry Pi, der die Anforderungen an eine SPS erfüllt – von Zertifizierungen für den weltweiten Einsatz über remanente Datenhaltung bis zur Langzeitverfügbarkeit.
Thermik ohne CPU-Throttling
Eine wesentliche konstruktive Anforderung betrifft die Thermik. Die Geräte sollen die industriellen Temperaturbereiche vollständig nutzen können, ohne dass die CPU heruntertaktet. Was bei Consumer-Anwendungen lediglich die Rechenleistung reduziert, kann bei einer Maschinensteuerung mit fester Zykluszeit zum Problem werden.
Berghof setzt deshalb auf eine Kombination aus Aluminiumgehäuse und skalierbaren Kühloptionen. Das Gehäuse dient als Wärmeleiter und Kühlkörper. Abhängig von Applikation und Umgebungstemperatur lassen sich zusätzliche Kühlrippen bzw. Kühlkörper einsetzen, darüber hinaus gibt es eine Variante mit Lüfter. Bei der BC-Pi-Prime-Baureihe ist im Gehäuse eine Aussparung für einen zusätzlichen Kühlkörper vorgesehen. Damit lässt sich das thermische Konzept an die jeweilige Anwendung anpassen.
Echtzeit für Motion und Robotik
Ein zweiter Schwerpunkt ist die Echtzeitfähigkeit der Steuerung. Hard- und Software sind darauf abgestimmt; die modularen Raspberry-Pi-Steuerungen der Serie B-Nimis MC-Pi erreichen Zykluszeiten bis 500µs. Damit eignen sie sich neben klassischen Anlagensteuerungen auch für Antriebstechnik und Robotik. Gerade bei Motion-Anwendungen sind deterministische Zykluszeiten und geringer Jitter entscheidend; Rechenleistung allein reicht nicht aus.
Berghof verfolgt dabei eine zweigleisige Softwarestrategie: Auf der einen Seite steht die Echtzeit-Codesys-Steuerung, auf der anderen ein Industrie-PC mit kundenspezifischem Betriebssystem, beispielsweise Raspberry Pi OS. Auf identischer Hardwarebasis kann der Anwender zwischen einer IEC-61131-3-SPS und einem offenen Linux-Rechner wählen.
Das Portfolio im Überblick
Das Quadcore-Portfolio auf Raspberry-Pi-Basis umfasst modulare Steuerungen, Industrie-PCs sowie Displaysteuerungen und Panels. Die B-Nimis MC-Pi sind Codesys-Echtzeitsteuerungen für IoT-, Motion- und Automatisierungsaufgaben. Der MC-Pi Pro bietet bis zu 2GB RAM, 8GB Flash und Retain-Speicher. Der MC-Pi Prime ergänzt vier USB-3.0-Anschlüsse und einen MicroSD-Slot, etwa für Firmware- und Applikations-Updates im Feld. Beim MC-Pi Plus kommen RS232/RS485 und eine CAN-Schnittstelle hinzu. Gemeinsam sind den Geräten das integrierte Ethercat-Kommunikationssystem, industrielle Temperaturbereiche und Standard-Codesys.
In derselben kompakten Bauform stehen Varianten mit kundenspezifischem Betriebssystem wie Raspberry Pi OS zur Verfügung. Mit bis zu 8GB RAM und 32GB Flash, High-Performance-Kühlung, Ethercat, USB 3.0 und RTC deckt die Reihe Pro, Prime und Plus Anwendungen vom Edge-Gateway über Datenlogger bis zur Steuerung ab. Container-Pakete unterstützen die Erweiterung um zusätzliche Funktionen.
Bei den Displaysteuerungen und Panels der Reihe B-Primis DC-Pi verbindet die DC-Pi Prime Codesys-Echtzeit-SPS, Steuerungssystem und kapazitives Multitouch-Panel in einem Gerät. Angeboten werden standardmäßig 7, 10,1 und 15,6 Zoll, weitere Diagonalen sind auf Anfrage möglich. Optional lässt sich eine KI-Beschleunigerkarte integrieren. Damit können Funktionen für Predictive Maintenance, Condition Monitoring oder einfache Bildverarbeitung direkt auf dem System ausgeführt werden. Eine Variante mit kundenspezifischem Betriebssystem dient als industrieller Linux-PC. Ergänzt wird das Portfolio durch Web-Panels für Schaltschrank- oder Vesa-Montage.
Die Raspberry-Pi-Geräte sind über Ethercat in das bestehende Berghof-Portfolio eingebunden. Ethercat-I/O-Erweiterungsmodule für digitale und analoge Signale sowie Zähler und Encoder lassen sich direkt an die MC-Pi-Steuerungen anreihen oder über Buskoppler abgesetzt betreiben. Die Module verfügen über eine UL-Zertifizierung. Safety-Module werden über FSoE eingebunden und ermöglichen Sicherheitsarchitekturen mit Antrieben und Sensoren.
Wenn die Leistung knapp wird
So leistungsfähig der Raspberry Pi Core ist – die Realität moderner Maschinen ist unbarmherzig. Die Kombination aus Ethercat-Kommunikation, Panel-Visualisierung und Motion-Applikation frisst in der Praxis erhebliche Rechenleistung. Genau deshalb bringt Berghof jetzt Produkte auf Basis des Compute Module 5 auf den Markt. Der Sprung von der CM4- auf die CM5-Plattform bringt nicht nur Performance, sondern garantiert auch die Zukunftssicherheit und langjährige Verfügbarkeit.
Nach Beobachtung von Berghof wächst bei Kunden der Bedarf an Zusatzfunktionen, insbesondere bei der Visualisierung. Weboberflächen, Dashboards, Datenhaltung und die Anbindung an übergeordnete Systeme gehören zunehmend zum Lastenheft. Hinzu kommen Datenbanken und Informationswerkzeuge wie Node-RED.
Für neuere Geräteserien bietet Berghof deshalb auch Docker an. Die Container-Technologie bündelt Anwendungen mit Laufzeitumgebung und Abhängigkeiten in voneinander getrennten Paketen. In der Automatisierung können Zusatzdienste damit isoliert neben der eigentlichen Steuerungsapplikation laufen und unabhängig aktualisiert oder ausgetauscht werden. In Verbindung mit der höheren Rechenleistung des CM5 lassen sich so Steuerung, Kommunikation, Visualisierung und zusätzliche Softwarefunktionen auf einer gemeinsamen Hardwareplattform zusammenführen.
