Embedded Systeme von Kontron für die Industrie 4.0 1

Unternehmen werden zukünftig ihre Maschinen, Lagersysteme und Betriebsmittel als Cyber-Physical-Systems (CPS) weltweit vernetzen – so steht es in den Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 der Acatech. Aber inwieweit sind die Technologien für eine solche Aufgabe heute schon vorhanden?

Aus Sicht Kontrons ist Industrie 4.0 keine Vision einer fernen Zukunft, sondern schon heute in weiten Stücken realisierbar. In Zusammenarbeit mit Partnern wie Intel, Windriver, Telekom und Salesforce arbeitet das Unternehmen schon an CPS-Lösungen, die auf einer einheitlichen Embedded-Basis beruhen, eine IoT-Anbindung sowie einen Cloud-Lösungsansatz bieten.

Automatisierungsumgebung Kontron

Die Industrie 4.0 ist für Kontron und seine Technologie-Partner keine ferne Zukunftsvision mehr. Das Unternehmen bietet bereits heute Lösungen, die den Grundsätzen der Industrie 4.0 gerecht werden.

Die Embedded Basis

Betrachtet man eine Fertigung näher, dann haben wir es mit den unterschiedlichsten computerbasierten Komponenten zu tun – Visualisierungseinheiten, BV-Systeme, Steuerungen und ähnliches. Heute schon lassen sich all diese Geräte auf einer einheitlichen technologischen Basis realisieren. Als Beispiel dienen Intel-basierte COM-Express-Module, die sich in einem weiten Leistungsbereich skalieren lassen. Sie decken mit einer Performance, die vom High-End 1,7-GHz-Quad-Core-Intel-Core-i7-Prozessor bis zum Intel-Celeron- oder Intel-Atom-Prozessor reicht, ein sehr breites Anwendungsspektrum ab. Auf Basis dieser Module launchte Kontron vor einem Jahr beispielsweise einen Schaltschrank-IPC für die Automatisierung als neues Mitglied der KBox-IPC-Produktfamilie.
Die IPCs sind für industrielle Steuerungsaufgaben ausgelegt und vom Einstiegs- bis hin zum High-End-Level skalierbar. Alle vier Systeme zeichnen sich durch ein industriegerechtes Design aus, sind langzeitverfügbar und lassen sich bedarfsgerecht mit industriellen
I/Os, Feldbussen, Industrial-Ethernet-Schnittstellen, Wireless- oder Wired-Kommunikationsschnittstellen über mPCIe- oder PCIe-Steckplätze ausrüsten. Dank modularem Aufbau ist auch die Prozessorauswahl flexibel.

Kontron KBox A-201

KBox A-201: Die Box-PCs sind wartungsfrei. Es werden keine Batterien, sondern Gold Caps verwendet und an Stelle von Lüftern wird auf passive Kühlung gesetzt, rotierende Massenspeicher werden durch SSD- oder CF-Karten ersetzt.

Automatisierungsanbieter und OEM-Kunden im Maschinen- und Anlagenbau profitieren so von kundenspezifischen Optionen auf Basis standardisierter Baugruppen. Entwickler in allen Märkten ziehen dabei Nutzen aus dem Ökosystem der PICMG-Spezifikation für Computer-on-Module. Das Produkt-Lifecycle-Management wird durch die Module ebenfalls erleichtert, die Kosten hierfür reduziert. Die Box-PCs sind auch wartungsfrei, das heißt, es werden keine Batterien, sondern Gold Caps verwendet, und an Stelle von  Lüftern wird auf passive Kühlung gesetzt, rotierende Massenspeicher werden durch SSD- oder CF-Karten ersetzt.
Schon vor vier Jahren stellte Kontron eine plattformübergreifende Middleware namens Keapi (Kontron Embedded Application Programming Interface) vor. Mit diesem Interface standardisierte das Unternehmen den Zugriff auf und die Steuerung von Hardware-Ressourcen in Embedded-Applikationen. Applikationsentwickler profitieren von einer Bibliothek an API-Funktionen, die Hardwareinformationen aller neuen Embedded-Plattformen des Unternehmens bereitstellen. Mit dem Middleware-Paket können Geräteentwickler sehr viel schneller und einfacher auf einen Technologiewandel reagieren.

Standardisierung vereinfacht die sonst komplexen I/O-Zugriffe nicht nur für ein einzelnes Board, sondern plattformübergreifend. Im Endeffekt vereinheitlicht das Paket den Zugriff auf die Plattformen, unabhängig von Formfaktor und Betriebssystem. Und das nicht nur für eine Produktkategorie, sondern für das gesamte Portfolio. Keapi ist konform zum Eapi der PICMG, erweitert aber dessen Funktionsumfang um zusätzliche Funktionsaufrufe, etwa für grundlegende Systeminformationen, Temperatur- und Spannungsanzeigen, CPU-Leistung und Temperaturkontrolle. Darüber hinaus unterstützt das Interface verschiedene Formfaktoren wie COM Express, SMARC oder Motherboards und erlaubt auch den Fernzugriff über das Internet.

IoT-Gateway-Lösungen

Application-ready für das Internet der Dinge: Im Juni 2014 stellte Kontron einen Box-PC auf der SMARC-Modul-Basis, mit Support der Intel Gateway Solutions für das Internet der Dinge vor. In Kombination mit Keapi bieten diese applikationsfertigen M2M-Plattformen eine IoT-Gateway-Intelligenz, die standardisiert und einfach einsetzbar ist. OEMs können ihre verteilten Systeme damit nahtlos über kabellose Netze wie LTE, GSM oder WLAN anbinden.

Vielfältige industrielle Schnittstellen unterstützen zudem die IoT-Integration von sowohl neuen als auch bestehenden Applikationen. OEMs und Betreiber profitieren von einer Plattform, mit der sie alle Daten erfassen, auswerten und nutzen können. Die Intel Gateway Solutions für das Internet der Dinge beinhalten Wind Rivers Intelligent Device Platform XT 2.0 sowie McAfees Embedded Control 6.1 und ermöglichen die Entwicklung intelligenter Gateways, wie den erwähnten Box-PC. Solche Gateways sind die entscheidenden Systemerweiterungen, um den Anschluss an neueste intelligente Infrastrukturen sicherzustellen.
Im Frühjahr 2014 ging Kontron mit der Deutschen Telekom eine Kooperation ein. Ziel dieser Zusammenarbeit ist, M2M-Lösungen voranzubringen. Für verteilte Systeme, die eine Mobilfunkanbindung brauchen, bietet Kontron industrietaugliche Knotenpunkte, die für eine Anbindung der Endgeräte an die Cloud-Applikationen des Internets der Dinge benötigt werden.

Bestandteil des Angebots der Deutschen Telekom an Entwickler ist das

Kontron KBox C-101-2

Die IPCs der KBox-Familie sind für industrielle Steuerungsaufgaben ausgelegt und vom Einstiegs- bis hin zum High-End-Level skalierbar. Hier abgebildet ist der KBox C-101.

M2M-Smart-Services-Developer-Kit von Kontron: Es bietet eine skalierbare Prozessor-Performance, beinhaltet alle relevanten Treiber und Protokolle und ist zudem flexibel hinsichtlich der Applikationen und Betriebssysteme. Das Kit weist auch ein vorqualifiziertes Setup für Mobilfunknetzbetreiber auf.

Das System verfügt über PTCRB-Zertifizierung und ist für den Einsatz in Mobilfunknetzen zugelassen. Somit wird das Zulassungs- und Zertifizierungsverfahren durch die Netzbetreiber, welches die Applikationen durchlaufen müssen, bevor sie in deren Netz eingesetzt werden können, verschlankt. Für eine schnelle Entwicklung von Applikationen mit lokaler drahtloser Konnektivität unterstützt das Kit 802.11a/b/g/n WLAN und 802.15.4 WPAN (Wireless Personal Area Network). Zellulare Netzanbindung an die Cloud-Applikationen bietet es mit einem bereits vorinstalliertem 3G-WWAN (Wireless Wide Area Network), das für redundante Auslegungen optional auch über ein zweites PCI-Express-3G/4G-Modul erweitert werden kann. Durch die optionale Erweiterung um das Smart-Video- und Audio-Modul ist sogar die Kommunikation von Angesicht zu Angesicht möglich.

Geräte mit Menschen verbinden

2014 gab Kontron auf der Embedded World die Zusammenarbeit mit Salesforce.com bekannt. Gemeinsam arbeiten die Unternehmen an Konzeptstudien für das Internet der Dinge und das Internet der Kunden. Die auf Basis von Salesforce.1 gemeinsam entwickelten Konzeptstudien macht es möglich, Applikationen bei geringem technischem Risiko schneller zu implementieren.

Gleichzeitig inspirieren sie auch zu neuen Design-Ideen, um die Weiterentwicklung des Internets der Dinge voranzutreiben. Nahezu alle Applikationen, die Geräte erfordern, die sich mit Menschen verbinden müssen und die man in Märkten wie Industrie, Medizin und Point-of-Sales findet, können von diesen IoT- und IoC-Konzepten profitieren. Die Studien erleichtern die Entwicklung, da sie eine Konzentration ganz auf die Applikations-Ebene erlauben, sodass kein Expertenwissen über Computerhardware oder -software erforderlich ist. Kontron geht davon aus, dass neue Geschäftsmodelle auf Basis des IoTs entstehen werden, die weiter entwickelt sind, als die in den klassischen Anwendungsfeldern der M2M-Kommunikation. Für die erfolgreiche IoT-Implementierung ist es dabei nicht so entscheidend, immer mehr Gerätedaten zu sammeln. Wichtiger ist es, die digitale Verbindung zu nutzen, um neue Erkenntnisse zu erlangen und um Menschen mit Menschen sowie Geräte mit Menschen zu verbinden.

Fazit

Kontron bietet eine breite Palette aus einer Hand, von offenen, IoT-ready-Plattformen wie kompakte Box-IPC, HMI, Rackmount IPC, M2M-Gateways bis hin zum Cloud-Server Symkloud in Verbindung mit entsprechenden Software-Plattformen. Dadurch lassen sich Industrie-4.0-Lösungen wirtschaftlich für die heutigen und zukünftigen Anforderungen implementierten.

Autorin: Ingrid Einsiedler, Kontron