Edge Computing für das industrielle Internet der Dinge

Überblick

Die NI-Produktreihe der Industrie-Controller umfasst leistungsfähige, lüfterlose Industrie-PCs, die für Kunden gedacht sind, die ein maximales Maß an Verarbeitungsleistung und Konnektivität für intelligentere Industriesysteme als Bestandteil des Internets der Dinge (IoT) benötigen. Die Controller sind besonders für Edge-Computing-Anwendungen geeignet, die Analyse- und Datenverarbeitungsfunktionen nahe der Sensoren erfordern, damit zum einen nur aufschlussreiche Informationen gewonnen und zum anderen Bandbreiten und Speicherressourcen nicht unnötig beansprucht werden. Außerdem sind die Industrie-Controller von NI besonders für Automatisierungs-, Steuerungs- und Regelungsanwendungen in extremen Umgebungen geeignet. Die Controller bieten eine vereinfachte Anbindung für die Kommunikation und Synchronisation mit Sensoren, I/O-Modulen, Kameras für die industrielle Bildverarbeitung, Motorantrieben und sonstiger Automatisierungstechnik.

Inhaltsverzeichnis

  1. Zentralisierte Verarbeitung
  2. Einfache Integration
  3. Robust
  4. Vereinfachte Systeme
  5. Weitreichendes Software-Ökosystem
  6. Nützliche Links

 

Abb. 1: NI-Industrie-Controller IC-3173

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Zentralisierte Verarbeitung

Die NI-Industrie-Controller sind mit Intel® Prozessoren der fünften Generation und Kintex-7-FPGAs von Xilinx ausgestattet. So bieten sie eine leistungsstarke Verarbeitung für industrielle Steuer- und Regelanwendungen, besonders für Edge Computing mit dem FPGA als Coprozessor. Der integrierte FPGA arbeitet in Einklang mit der CPU, sodass sich digitale Daten mit hoher Geschwindigkeit und hardwaregetaktet parallel so verarbeiten lassen, dass Informationen in Echtzeit aufbereitet werden können. NI-Industrie-Controller können so äußerst präzise arbeiten und zuverlässige, datenbasierte Entscheidungsfindung in Echtzeit ermöglichen. Aufgrund leistungsstarker Verarbeitungsfunktionen in Kombination mit umfangreicher Konnektivität für Sensoren und Automatisierungsgeräte sind NI-Industrie-Controller vor allem für Anwendungen geeignet, bei denen die Datenerfassung und Analyse direkt an die Schnittstelle der Geräte innerhalb des IoT verlagert werden sollen, um die Datenmengen zu reduzieren, die über das Netzwerk gespeichert und gesendet werden.

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Einfache Integration

Die NI-Industrie-Controller können leicht in vorhandene Infrastruktur integriert werden und mühelos mit Automatisierungsgeräten und Sensoren von Drittanbietern kommunizieren. Die Controller können deterministisch mit Motorantrieben und Erweiterungs-I/O von NI mithilfe von EtherCAT über einen von vier Netzwerkports kommunizieren. Darüber hinaus kann das System Befehle und Daten an andere Geräte senden, etwa an speicherprogrammierbare Steuerungen (SPSen) und Bedienoberflächen. Dies geschieht mithilfe industrieller Protokolle wie z. B. Ethernet/IP, serieller Modbus (RS-232/RS-485) oder Modbus/TCP. Industrie-Controller besitzen ebenfalls einen dedizierten Gigabit-Ethernet-Port für den Netzwerkanschluss sowie vier USB-2.0-Ports für den Anschluss von externen Datenträgern sowie Maus und Tastatur. Dank unternehmensweiter Konnektivität können Prüfergebnisse überwacht, erfasste Bilder angezeigt oder Daten für die statistische Prozesssteuerung in Datenbanken gespeichert werden.

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Robust

Die NI-Industrie-Controller sind für Anwendungen vorgesehen, die robuste Lösungen für Datenverarbeitungs-, Steuerungs- und Regelungsanwendungen erfordern. Die Controller verfügen über passive Kühlung, d. h. es sind keine lärmenden Lüfter vorhanden, die ausfallen können oder Wartung erfordern. Damit die Controller besonders robust sind, hat NI sie mit industrietauglichen Solid-State-Festplatten ausgestattet, um eine zuverlässige interne Datenspeicherung zu gewährleisten, was eine wichtige Voraussetzung für Edge-Computing-Anwendungen sowie die industrielle Steuerung und Regelung darstellt. Die Industrie-Controller von NI sind für Umgebungstemperaturen von 0 bis 55 °C geeignet. Die Temperaturspezifikation wurde in einer Temperaturkammer verifiziert, um Verhältnisse zu simulieren, in denen eine vollständige Ressourcenauslastung gegeben ist. Bei der Prüfung wurden alle Ports bei voller Bandbreite und Leistung genutzt, wobei die CPU auf Hochtouren lief, der FPGA auf 200 MHz getaktet war und der Speicher voll beansprucht wurde. Damit sind die NI-Industrie-Controller daraufhin geprüft, dass sie die Anforderungen von Industrieumgebungen voll und ganz erfüllen.

Bei der Entwicklung der Industrie-Controller wurde zudem besonderes Augenmerk auf den Lebenszyklus gelegt. NI ist sich bewusst, dass die Controller auch noch im Anschluss an Entwurf und Implementierung, also bis zum nächsten Entwurfszyklus, unterstützt werden müssen. Daher haben die Industrie-Controller den folgenden Lebenszyklus:

  • 3 Jahre aktive Phase
  • 3 Jahre Reifephase
  • 3 Jahre Wartungsphase

Mehr über die Life Cycle Policy für Hardwareprodukte von NI erfahren Sie unter „Nützliche Links“ in diesem Dokument.

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Vereinfachte Systeme

Die NI-Industrie-Controller bieten einen universellen Ansatz für das Systemdesign, bei dem die Systemgröße deutlich verringert wird, weniger Fehlerquellen auftreten und die Systemkosten gesenkt werden. Aufgrund ihrer leistungsstarken Verarbeitungsfunktionen und umfangreichen Konnektivität können Industrie-Controller die Steuerung und Regelung für mehrere Subsysteme gleichzeitig übernehmen, darunter Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs), Motorsteuerungs- und Bildverarbeitungssysteme sowie Messtechnik und I/O-Systeme. Da Systementwickler nicht mehr einzelne Controller für jedes Subsystem integrieren müssen, können Lösungen rasch erstellt und schneller auf dem Markt eingeführt werden. Zudem wurden die Industrie-Controller mit derselben LabVIEW-RIO-Architektur (rekonfigurierbare I/O) entwickelt, die auch in der Embedded-Hardware von NI verwendet wird, weshalb Designer eine Software mühelos auf verschiedenen RIO-Plattformen wiederverwenden können und sich so zusätzlichen Entwicklungsaufwand sparen.

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Weitreichendes Software-Ökosystem

Die NI-Industrie-Controller sind entweder mit dem Betriebssystem WES7 oder NI Linux Real-Time verfügbar. Die zugrunde liegende Technologie gestaltet die Industrieplattform noch offener und gewährt LabVIEW-Nutzern den Zugriff auf die umfangreiche Bibliothek von Anwendungen aus der Community sowie auf IP im Zusammenhang mit LabVIEW-Anwendungen. Das Betriebssystem NI Linux Real-Time, das die Entwicklungsumgebung Eclipse unterstützt, erlaubt es zudem, bestehenden C/C++-Programmcode zu integrieren sowie auf bestehendes Know-how in der Programmierung mit C/C++ zurückzugreifen. C-Bibliotheken können nun in LabVIEW-Real-Time-Anwendungen integriert werden. Auch das Erstellen ausführbarer Dateien ist möglich, die über eine Schnittstelle direkt mit LabVIEW-FPGA-Anwendungen kommunizieren. Anwender können beim Entwickeln flexibel die Werkzeuge auswählen, die sich am besten für ihre Anforderungen und Aufgaben eignen.

Die NI-Industrie-Controller beruhen auf der LabVIEW-RIO-Architektur und werden mit der vertrauten LabVIEW-Entwicklungsumgebung programmiert. Mithilfe des Betriebssystems NI Linux Real-Time können Anwender auf das weitreichende Software-Ökosystem der Linux-Community zurückgreifen.

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Nützliche Links

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Life Cycle Policy für Hardwareprodukte

 

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