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Industrielle Automation 3/2015

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Industrielle Automation 3/2015

eine Serienfertigung

eine Serienfertigung wird es aufwändig, eine ehrlich ausgefüllte Kosten-Tabelle adressiert hier auch die Gesamtkosten so eines Lösungsansatzes. Anforderungen: vielfältig, vielfältig Einer wird gewinnen Box-PC versus VisionBox - was sichert den Vorsprung in der Bildverarbeitung? Jede Anwendung lebt in einem Umfeld von Bildverarbeitungsperipherie und Maschinen-Schnittstellen sowie Branchenanforderungen. Und bis dato ist noch kein Wort über Rechenleistung und Betriebssystemverhalten verloren. Eine weitere Anforderung ist die Entwicklungsgeschwindigkeit mit der ein System oder Produkt auf den Markt kommen muss. Die Komplexität steigt an allen Stellen – und jeder möchte alles verstehen? Hier sind wir an einem Punkt, der sehr häufig Innovationen und Fortschritt verhindert. Einfache Box-PCs sind dann nicht die Lösung, im System hangelt man sich von Herausforderung zu Herausforderung. Viele Details werden einfach unterschätzt. Die Lösung liegt darin, die komplexen Themen besser zu abstrahieren, damit sich die Entwickler von Bildverarbeitungsapplikationen wieder auf ihr eigentliches Thema fokussieren können: Die Bildverarbeitung. In der IT spricht man von Middleware, d. h. von Softwareschichten, die das Verhalten von Komponenten und Peripherie in Funktionen und Bibliotheken kapseln und für den Anwender einfach bedienbar machen. Carsten Strampe Die marktführenden IBV-Systeme sind in vielen Details ausgefuchst und lassen sich nicht auf Kamera, Rechner und drei Bedienknöpfe reduzieren. Was bedeutet dies für die zentrale Steuereinheit, den Rechner? Können beliebige (Box-) PCs eingesetzt werden oder macht es Sinn, einen für die industrielle Bildverarbeitung ausgelegten embedded PC à la VisionBox einzusetzen? Ein Box-PC ist in der Regel ein lüfterloser Rechner mit Rechenleistungen in der Atom-, i3-, manchmal aber auch i5- oder i7- Klasse, ausgerüstet mit einigen typischen Schnittstellen. Gigabit-Ethernet und USB 3.0 gehören schon häufiger zur Ausstattung, die serielle Schnittstelle taucht immer noch auf. Kann die Applikation auf den Umfang dieser Schnittstellen reduziert werden, so erhält man mit einem Box-PC ein gutes Preis-/Leistungsverhältnis. Ähnliches gilt generell für „normale“ PCs, wenn man weiter an der Preisschraube drehen möchte und den PC nicht noch einmal in einem halben Jahr genau so beschaffen möchte. Nur: Wo sind die Applikationen, mit denen dieses funktioniert? Gehen wir durch die Anforderungen: Eine serielle Schnittstelle ist sinnvoll, aber gleich zwei bis vier davon? Moderne Peripherie wird über Ethernet oder Feldbusse angesteuert. Die Anzahl der GigE-Schnittstellen ist in der Regel zu gering: Anschluss einer einzigen Kamera und des Firmen-Netzwerks, danach benötigt man schon einen Switch. Digitale I/Os sind begrenzt und nur selten optoentkoppelt bzw. häufig nicht schnell genug für präzises Timing. USB-Ports gibt es genügend, aber noch immer fehlt das Vertrauen in die Industrietauglichkeit der USB-Peripherie. Somit kommt es dazu, dass sich eine Reihe weiterer Boxen um den Box-PC gesellt: LED-Controller, I/O-Ansteuerungen, Ethernet-Switch usw. Entsprechend größer wird dann auch der Schaltschrank drum herum. Bis dieses Set mit allen erforderlichen Treibern und Kabeln funktioniert, vergeht kostbare Entwicklungszeit, die in der Applikationsentwicklung dann fehlt. Und in der „Bill of Material“ stehen am Ende viele Komponenten, Kabel und Lieferanten. Für Middleware-Experte VisionBox Die VisionBox der Imago Technologies, einer Familie von x86-basierten beziehungsweise echtzeitfähigen Bildverarbeitungsmaschinen ist das Ergebnis von 15 Jahren intensiver Produktentwicklungen – speziell für die Anforderungen der Bildverarbeiter. Das Beispiel soll verdeutlichen, was die VisionBox leisten kann: In einer Verpackungsmaschine liefern vier Sensoren das jeweilige Startsignal für Beleuchtung und Bildaufnahme von vier Einzelprüfungen. Schnelle, hochauflösende Kameras senden ihre Bilder über vier autarke GigE-Ports direkt in den Arbeitsspeicher der VisionBox. Die Bilder werden im Applikationsprogramm verarbeitet und auf einem Touch Screen in der GUI dargestellt. Statistiken und die Fernbedienung des Systems laufen über das Firmennetzwerk, während innerhalb der Maschine über ein Echtzeit-Ethernet-Feldbus kommuniziert wird. Dass dieses System die Echtzeitbedingungen erfüllt, wird mit echter Peripherie nachgewiesen. D. h. die vier Sensoren sind Dipl.-Ing. Carsten Strampe ist Gescjhäftsführer der Imago Technologies GmbH in Friedberg 90 INDUSTRIELLE AUTOMATION 3/2015

am Rand eines Drehtellers montiert, die Beleuchtung wird geblitzt, Kameras nehmen synchron dazu die Bilder auf. Die Statistik wird über das Firmennetzwerk versendet, während der VisionBox-Feldbus-Slave mit seinem Master Ergebnisse austauscht. Über die verstellbare Geschwindigkeit des Drehtellers wird die Prozesszeit von z. B. 35 ms nachgewiesen. Dieses Szenario wird mit Hilfe der Middleware, die aus dem RT-I/O-Controller der VisionBox, dem Feldbustreiber sowie dem Netzwerkinterface besteht, abgebildet. Ein Beispielprogramm demonstriert sämtliche Funktionen und bietet den Start/Rahmen für den Applikationsentwickler. Eine weitere, wichtige Aufgabe der Middleware: Was passiert im Fehlerfall? Kommen aussagekräftige Fehlermeldungen? Kann der Servicetechniker am anderen Ende der Welt damit etwas anfangen und den relevanten Experten Informationen liefern? Am Ende: Hardware Das Beispiel zeigt, dass es bei heutigen Bildverarbeitungsanwendungen nicht um die Hardwarefeatures allein geht, das ist einfach nicht weit genug gedacht. Es geht um die Systemlösung, in der sämtliche Peripherie eingebunden und bedient wird. Eine VisionBox selbst hat hierfür z. B. fünf GigE- Schnittstellen, vier LED-Controller mit präzise stromgeregelten Ausgängen, auf die Sensoren schnell reagierende optoentkop- 01 VisionBox-Produktfamilie pelte Eingänge, ein integriertes Echtzeit- Ethernet und Schnittstellen für das Touch- Display. Dass diese Funktionalität mit Hilfe der Middleware ins Windows Embedded Betriebssystem eingebettet ist, sowohl Hardware als auch Firmware per Release verwaltet und somit langfristig kopierbar sind, versteht sich dann schon von selbst. Der Ausflug in die Vielfalt der Bildverarbeitungsanwendungen zusammen mit einer Beispielkonfiguration zeigt, dass Box- PCs keine Lösung darstellen. Ergänzend zu den Hardware-Schnittstellen kommt die Anforderung, dass eine intelligent aufgesetzte Middleware dafür sorgt, dass heutige und zukünftige, stets komplexer werdende Anwendungen auch robust und langfristig funktionieren – so wie mit der VisionBox. www.imago-technologies.com 02 VisionBox - Beispielbeschaltung

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