PiXtend V2 Large Version: Mehr Anschlüsse für komplexe Projekte

Mit PiXtend existiert eine umfassende Lösung für den Einsatz des Raspberry Pi als industrietaugliche speicherprogrammierbare Steuerung. Der Raspberry Pi dient dabei als Plattform für Logik und Netzwerkanbindung, PiXtend erweitert den Einplatinencomputer um digitale und analoge Schnittstellen für industrielle Umgebungen. PiXtend befindet sich derzeit in der zweiten Generation und ist mit dem sogenannten Small-Modell (S-Modell) am Markt. Durch die neue Large-Version (L-Version) wird das bisherige Modell der zweiten Generation in Sachen Schnittstellen weiter ausgebaut, sodass mit PiXtend -L- nun noch mehr Anschlüsse für umfangreichere Projekte bereitstehen.

PiXtend V2 Large Variante: Wenn es etwas mehr sein darf

Durch PiXtend wird der Raspberry Pi um alle gängigen Schnittstellen erweitert – die in der Industrie gängig sind – und lässt den beliebten Einplatinencomputer als vollwertige speicherprogrammierbare Steuerung fungieren. Mit diesem Konzept schließen die Macher von PiXtend die Lücke zwischen Raspberry Pi und professioneller Automatisierungstechnik.

PiXtend: Eingänge, Ausgänge und Schnittstellen

PiXtend befindet sich mittlerweile in der zweiten Generation: Das Small-Modell wurde nun im Rahmen der sogenannten Large-Version um weitere Schnittstellen bereichert. Damit bekam das bisherige S-Modell ein Upgrade, bei dem die IO’s zahlenmäßig und teilweise funktional erweitert wurden. Das PiXtend Large-Modell umfasst insgesamt die folgenden Ein- und Ausgänge:

• 16 digitale Eingänge, wahlweise 3,3 / 5 / 12 / 24 V
• 12 digitale Ausgänge PNP, wahlweise 5 / 12 / 24 V bei max. 500 mA
• 6 PWM- bzw. Servo Ausgänge, Auflösung 16 Bit
• 4 Relais, maximal 230 V / 6 A
• 4 analoge Spannungseingänge, wahlweise 0..5 V oder 0..10 V
• 2 analoge Stromeingänge, 0..20 mA
• 2 analoge Ausgänge, 0..10 V
• serielle Schnittstellen: Rs232, RS485, CAN

Digitale Ein- und Ausgänge

Im Vergleich zur Small-Variante der zweiten Generation wurden beim Large-Modell die digitalen Eingänge von 8 auf 16 Ports und die digitalen Ausgänge von 4 auf 12 Ports angehoben. Die digitalen Eingänge sind wie bisher als “Active High” ausgelegt und können mittels Jumperkonfiguration 5 Volt und 24 Volt Signale verarbeiten. Im 24 Volt Bereich decken die Eingänge damit die in der Industrie üblichen 24 Volt Pegel ab und erkennen gleichermaßen KFZ-typische 12 Volt Signale. In der 5 Volt Konfiguration können TTL Signale verarbeitet werden. Gleichzeitig deckt diese Hardwarekonfiguration 3,3 Volt CMOS Pegel ab.

Digitale Ausgänge bleiben nach wie vor PNP schaltbar und können Gleichstromverbraucher mit Spannungen von 5 Volt bis 30 Volt und 500 mA versorgen. Die Spannung, welche als digitale Ausgangsspannung dient, wird bei PiXtend Large separat gespeist. Neben den digitalen Ausgängen stehen unverändert zum Small-Vorgänger vier Relais bereit. Damit können Wechselspannungen unterschiedlicher Spannung und Frequenz (typisch: 115 V / 230 V AC), als auch große Lasten bis zu einem Nennstrom von 6 A geschalten werden. Für Relais gilt dabei, dass Verbraucher mit weniger häufigen Schaltzyklen bedient werden. Weiterhin stehen wie bei allen PiXtend-Modellen vier GPIO-Pins bereit, welche mit 5 Volt arbeiten. In Sachen Digitalwelt stellt PiXtend weiterhin PWM-Ausgänge (5 Volt) zur Verfügung: Die Anzahl wurde hierbei auf sechs Kanäle erhöht.

Analoge Ein- und Ausgänge

In Sachen analoger Signalverarbeitung stehen vier 0 bis 10 Volt Eingänge bereit – zwei mehr als beim Small-Modell. Mittels Jumperkonfiguration können diese in einen Spannungsbereich von 0 bis 5 Volt umgeschalten werden. Neu hinzugekommen sind zwei analoge Stromeingänge die einen typischen Eingangsbereich von 0 bis 20 mA abkönnen. Damit lassen sich beispielsweise Strommessungen mit einem externen Shunt vornehmen. Alle analogen Eingänge sind mit einem Überspannungsschutz bis zu 30 Volt robust ausgeführt und werden mit einem 10 Bit Analog-Digital-Wandler umgesetzt. Mit zwei analogen Ausgängen von 0 bis 10 Volt bleiben diese in Anzahl und Ausführung gleich zum Vorgänger.

Serielle Schnittstellen

Serielle Schnittstellen wie RS232, RS485 und der CAN-Bus sind gängige und bewährte Technologien – nicht nur in der Industrie. Mit PiXtend Large unterstützt das Raspberry Pi Automationsboard diese Schnittstellen nun (wieder) alle: Bereits bei PiXtend der ersten Generation wurde alle genannten Schnittstellen bereits bedient, bei dem PiXtend Small-Modell der zweiten Generation beschränkten sich die Macher lediglich auf RS232.

Bei der Nutzung der seriellen Schnittstellen ist darauf zu achten, dass RS232 und RS485 nicht parallel betrieben werden können. Weiterhin sind die analogen Ausgänge bei Verwendung der CAN-Schnittstelle nicht nutzbar. In Anbetracht der zahlenmäßigen Vielfalt der Ein- und Ausgänge ist diese Einschränkung zu verkraften.

Weitere Hardwareeigenschaften

Mit PiXtend Generation zwei wurde der sogenannte Retain- bzw. Remanenzspeicher eingeführt. Dieser verhindert im Falle eines Spannungseinbruchs oder eines Stromausfalls, dass wichtige Anwenderdaten verloren gehen. Dies ist beispielsweise für die Prozesswelt in der Industrie wichtig und sorgt dafür, dass die Hardware in den letzten bekannten Zustand zurückversetzt werden kann, um an der letzten bekannten Position weiter zu arbeiten. Der Retainspeicher ist auch bei der Large-Variante weiterhin integriert, jedoch wurde die Speichergröße von 32 Bytes auf 64 Bytes angehoben. Dies begründet sich durch die größere Anzahl an Schnittstellen und der damit verbundenen Datenmenge.

In den Vorgängermodellen unterstützte PiXtend die Verwendung von 433 MHz Transmittern, sodass diese einfach angeschlossen und betrieben werden konnten. Auf diese Schnittstelle wurde bei PiXtend Large verzichtet: In industriellen Umgebungen sind Funktechnologien allgemein selten bis gar nicht im Einsatz (insbesondere Funktechnologien auf Basis von 433 MHz, 868 MHz, etc.). Durch die GPIO-Pins, welche PiXtend bereitstellt, kann dieser klassische Raspberry Pi Transmitter jedoch optional nachgerüstet werden.

Weiterhin verfügt PiXtend nach wie vor über eine Real-Time-Clock, um den Raspberry Pi – insofern dieser keine Netzwerk- bzw. Internetverbindung hat – mit der richtigen Zeit zu versorgen.

PiXtend Modelle im Vergleich

Abmessungen

Durch die zahlenmäßige Vergrößerung von Schnittstellen, erhöht sich die Breite der Platine um ein Stück. Mit Abmessungen von 236,3 mm x 101,8 mm ist die Large-Variante um 7 cm breiter. Hinsichtlich der Features die PiXtend mitbringt, ist die Größe der Platine mehr als zumutbar. Die Platine ist kompakt aufgebaut, professionell gelayoutet und durch die Anwendung der SMD-Technologie klein gebaut.

Modelle

PiXtend Software

Zykluszeit

Der PiXtend-Controller ist das Herzstück von PiXtend und bildet die Brücke zwischen Raspberry Pi und den PiXtend-Hardwareschnittstellen. In einem Zyklus des Controllers werden dabei alle Schnittstellen bedient, eingelesen und verarbeitet. Im Vorgängermodell lag die Umlaufzeit des Controllers bei 2,5 ms (400 Hz). Durch die größere Anzahl an Schnittstellen die der Mikrocontroller bedienen muss, erhöht sich die bei PiXtend Large auf 5 ms (200 Hz). Damit ist der Controller nach wie vor flott unterwegs und bietet für dieverse Anwendungen mehr als genug Performance.

Softwareunterstützung

Mit der zweiten Generation von PiXtend wurde die Softwareunterstützung deutlich umfangreicher ausgelegt. Dies gilt gleichermaßen für die Large-Variante. Folgende Frameworks und Softwarebibliotheken werden unterstützt:

• CODESYS V3
• OpenPLC
• FourZero
• C- & Python-Bibliothek
• FHEM
• NodeRED

Fazit

Mit PiXtend in der Large-Variante erweitern die Macher von Qube Solutions ihr Portfolio deutlich. Die neue Platine liefert wesentlich mehr Schnittstellen, welche für komplexe bzw. größere Projekte benötigt werden. Durch die Unterstützung mehrerer serieller Schnittstellen deckt PiXtend zusätzlich den Faktor der Konnektivität großzügig ab, sodass sich das Board universell einsetzen lässt.