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.
