Moderne Fabriken und Firmengebäude sind längst vernetzt. Sie bauen auf eine moderne Steuerungstechnik, die die Maschinenebene mit der IT-Welt verbindet. Dazu benötigen sie auch ein Bauteil, das nicht in einem riesigen Serverraum zu finden ist, sondern ganz unscheinbar hinter der Klappe des Schaltschranks verbaut ist: Hutschienen-PCs stellen das Herzstück in der Steuerungstechnik und der Gebäudeautomatisierung dar, sie werden für ihre Flexibilität geschätzt. Denn Hutschienen-PCs sind kompakte Computer, die – ganz wie der Name sagt – auf der Hutschiene im Schaltschrank Platz finden und dort geschützt ihren Aufgaben nachgehen. Sie werden häufig in Maschinensteuerungen in der Fabrik verwendet, erfassen und verarbeiten Daten und steuern die Infrastruktur – etwa in der Gebäude- und Energietechnik.
Im Vergleich zu einem herkömmlichen Computer sind sie für die rauen Bedingungen im industriellen Umfeld entwickelt worden. Sie sind robust und langlebig, außerdem ausgestattet mit einer Vielzahl an Anschlüssen, die gerade für die vielfältigen Aufgaben in der Industrie notwendig sind. Sie sind vor Staub und Feuchtigkeit geschützt und resistent gegen erhöhte Temperaturen. Ein Kernaspekt: Industrie-PCs sind meist für eine Lebensdauer von mindestens zehn Jahren ausgelegt, die Hersteller sichern häufig eine entsprechend lange Unterstützung zu.
Auf dem Weg von der SPS in die Cloud
Bei Steuerungstechnik denken viele Anwender an die klassische SPS, seit jeher ein zentrales System in der Anlagensteuerung. Eine SPS wirkt auf der Feldebene, sie verarbeitet Signale nahezu in Echtzeit. Das ist relevant für lebenswichtige Funktionen wie Not-Aus-Schalter, bei denen es um die schnelle Umsetzung des Befehls geht. SPS-Systeme sind proprietär und sobald sie einmal installiert sind, leisten sie ihre Arbeit ohne weitere Anpassungen. Die Architekturen in modernen Fabriken sind aber weitaus komplexer. Die Datenverarbeitung findet oft in der Cloud statt, von dort aus werden Anlagen überwacht, die Produktion gesteuert und Maschinendaten analysiert. Um die Daten der SPS mit der Cloud-Ebene zu verbinden und somit die OT-Ebene mit der IT-Ebene zusammenzuführen, benötigt die Industrie Lösungen, die als Schnittstelle fungieren – wie den Hutschienen-PC Smart Manager Evo 4 von STV Electronic.
Weiterentwicklung mit Raspberry Pi 4
Das Unternehmen hat seinen Smart Manager Evo auf Basis des leistungsstarken Broadcom-Prozessors des Raspberry Pi Compute Module CM4 weiterentwickelt. Ausgestattet ist er mit vier Kernen, einer Taktfrequenz von 1,5GHz und einem RAM von 4GB. Damit ist es dem kompakten PC möglich, größere Web-Applikationen im Speicher zu halten. Hinzu kommen zwei Gigabit-Ethernet-Ports, vier USB-3.0-Anschlüsse und eine umschaltbare RS-485/RS-232-Schnittstelle, die für große Flexibilität in der Datenkommunikation sorgen. Das Compute Module CM4 ist in das etablierte Hutschienengehäuse integriert, die Spannungsversorgung erfolgt mit DC 24V.
Entwickelt wurde as Gerät explizit für Aufgaben in der industriellen Steuerungstechnik und in der Gebäudeautomatisierung. Auf dem Hutschienen-PC können FHEM, OpenHab und Mosquitto installiert werden – womit verschiedene Automatisierungsaufgaben in intelligenten Gebäuden abgedeckt werden. Die Programmierung unterstützt CoDeSys, NodeRed, Node.js, C und C++. STV Electronic sichert eine Verfügbarkeit von zehn Jahren zu.
Ganz ohne Kabelsalat
Aufgrund des etablierten STV-Tagschienenbusses können Erweiterungsmodule direkt an den Smart Manager Evo 4 angereiht werden. Das sorgt für geringen Verdrahtungsaufwand – ein Vorteil für Hutschienensysteme. Im Schaltschrank ist damit alles geschützt an einem Ort zu finden, der PC benötigt aufgrund seiner Bauform weder spezielle Halterungen oder Bohrlöcher, sondern wird einfach eingeklickt. Hutschienensysteme nutzen dabei die Tiefe des Schaltschranks aus, verbrauchen allerdings nur wenige Zentimeter in der Breite. Das ermöglicht auch Retrofit-Lösungen, wenn der Bauraum einer bestehenden Infrastruktur bereits begrenzt ist. Letztlich bleibt das Gesamtsystem aufgrund der IP-Schutzklasse des Schaltschranks bereits geschützt, hinzu kommt die ohnehin robuste Bauform der Komponenten. Eine aktive Kühlung des PCs würde in diesem Umfeld nur stören. Der Anbieter hat sich in der Entwicklung des Evo 4 daher entschieden, weiterhin auf den Raspberry Pi 4 zu setzen statt auf die aktuelle Version 5. Der Grund: Der Raspberry Pi 5 bietet in der Funktionalität keine weiteren Vorteile, hätte aber aktiv gekühlt werden müssen. Dank des Raspberry Pi 4 kommt der Smart Manager mit einer passiven Kühlung aus und kann problemlos im Schaltschrank eingebaut werden.
Embedded AI in den Startlöchern
Hutschienen-PCs wie der Smart Manager Evo 4 stellen bereits jetzt die häufig von der Industrie nachgefragte Schnittstelle zwischen OT-Ebene und IT-Welt dar. In den kommenden Jahren dürfte die Bedeutung der Systeme noch einmal deutlich steigern. Dann kommt den PCs eine wichtige Rolle als Edge Device zu, auf dem künstliche Intelligenz direkt im Schaltschrank angedockt werden kann. Die Potenziale sind groß: Komplexe Mustererkennungen, Echtzeit-Optimierung des Energieverbrauchs, visuelle Qualitätskontrolle, all das wird ohne Umweg über die Cloud möglich.
