Hardware, Software und Anschlusstechnik
Embedded Systems in der Gebäudeautomation
Embedded Systems sind nicht nur Hidden Champions der elektrotechnischen Automation. Sie sind ein enormer Marktplatz für Investitionen und Innovationen - und die hören nicht bei der Prozessorarchitektur auf. Auch im Gebäudebereich sind Embedded Systems in nahezu allen Branchen unverzichtbare Teilsysteme der elektrotechnischen Automation.
Bild: ©Alexander.Kirch/shutterstock.com/Phoenix ContactEckdaten - der Markt
Der globale Markt für eingebettete Elektronik wächst kontinuierlich. Analysten prognostizieren bis 2020 eine Marktgröße von mehr als 210 Milliarden Dollar [1]. Schrittmacher für dieses Wachstum sind die zunehmende Vernetzung und Kommunikation in Schlüsselbranchen wie der Gebäudeautomatisierung, der Automobilindustrie oder der Industrie- und Prozessautomation. Der Großteil des Marktvolumens und -wachstums entsteht durch technologische Fortschritte in der Prozessor- und Kommunikationstechnologie. Wenngleich Embedded Systems dem gleichen logischen Aufbau folgen, erlauben erst elektromechanische Schnittstellen und schützende Gehäuse die funktionale Ausgestaltung und Anpassung an unterschiedliche Anforderungen.
[1] vgl. https://www.transparencymarketresearch.com/pressrelease/embedded-system.htm
https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/embedded-system-market
Checkliste @Checkliste_Überschrift:xxx
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Als solche erfassen und verarbeiten sie Signale und Daten, steuern Prozesse und bilden die Schnittstelle zwischen physikalischen Systemen, ihren Benutzern und der Umgebung. Wenngleich die eingebetteten Systeme stets dedizierte Aufgaben erfüllen und daher logisch ähnlich aufgebaut sind, orientiert sich die tatsächliche Hardware-Ausstattung an den Anforderungen der jeweiligen Anwendung. Platzbeschränkungen, Schutz vor physikalischen, elektromagnetischen oder mechanischen Störeinflüssen oder die (Echtzeit-)Kommunikation mit der Peripherie und dem Benutzer bilden den Rahmen für den Design-Raum. Und dessen Ausgestaltung endet nicht bei der Auswahl der eigentlichen Kontrolleinheit. Erst die Software, elektromechanische Schnittstellen sowie schützende Gehäuse machen aus Mikroprozessoren und Speichermodulen funktional eingebettete Systeme.
Hohe Anforderungen
Anders als handelsübliche PC laufen Embedded Systems in der Regel im Dauerbetrieb - nicht selten in sicherheitskritischen Anwendungen. Beispiele sind die Car-to-X-Kommunikation, Industrie-PC zur Maschinensteuerung und Prozessvisualisierung sowie Smart Meter. An die Ausfallsicherheit der verwendeten Komponenten werden in derartigen (semi-)industriellen Anwendungen deutlich höhere Anforderungen gestellt als im Bereich der Heim- und Freizeit-Elektronik. Speziell für diese hohen Anforderungen bietet Phoenix Contact unterschiedliche elektromechanische Lösungen. Versteht man Embedded Systems als flexibel integrierbare Single-Board-Lösungen, kommt deren Anschlussfähigkeit eine besondere Bedeutung zu. Konventionelle PCI-Busse sind seit den 1990er Jahren als Standardschnittstelle für solche Erweiterungskarten etabliert und erfüllen als 32- oder 64-Bit-Datenbus auch hohe Anforderungen an die Echtzeitdatenübertragung. Häufig sind die Schnittstellen als Edge Connectors - also als Kontaktflächen an den Leiterplattenrändern - ausgelegt und daher auf die koplanare oder orthogonale Ausrichtung der zusätzlichen Leiterplatte beschränkt. Eine platzsparende mezzanine Ausrichtung ist mit dieser technischen Auslegung nicht möglich.
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbHFlexibilität im Layout
Hier kommen Board-to-Board-Steckverbinder ins Spiel, die deutlich mehr Flexibilität in der Leiterplattenanordnung und im Geräte-Design mitbringen. Phoenix Contact bietet entsprechende Steckverbinder der Familie Finepitch in den Rastern 0,8mm und 1,27mm an. Beide Produktserien eignen sich für die geräteinterne Verbindung mehrerer Leiterplatten. Dank horizontal und vertikal ausgeführter Varianten können Systemhersteller je nach Anwendung mezzanine, orthogonale oder koplanare Leiterplattenanordnungen umsetzen. Die Steckverbinder für 12 bis 80 Pole lassen Stapelhöhen zwischen 6mm und 13,8mm zu - und ermöglichen flexible Elektronik-Layouts. Für die Highspeed-Datenübertragung eignet sich vor allem die Serie Finepitch 0,8. Die besonders kompakten Steckverbinder übertragen Daten mit bis zu 16GBit/s und verfügen optional über seitliche Schirmmetalle für eine hohe Datenintegrität. Das neu entwickelte ScaleX-Kontaktsystem sorgt nicht nur für eine hohe mechanische Stabilität. Es erlaubt auch hohe Toleranzen bei produktions- oder montagebedingt abweichend positionierten Messer- und Federleisten. Ihr Fangbereich liegt bei +/-0,7mm je Achse, die Winkeltoleranzen liegen beim Stecken bei bis zu +/-2° in Längsrichtung und +/-4° in Querrichtung.
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbHFunktional verpackt
Mit der Gehäuseserie UCS hat das Unternehmen auch eine passende 'Verpackung' für Embedded Systems im Programm. Die Gehäuse eignen sich zur Aufnahme der Raspberry-Pi-Single-Board-Computer. Dank flexibler Leiterplatten-Befestigungen können Gerätehersteller ebenso einfach Leiterplatten in Standard-Formfaktoren sowie individuelle Leiterplatten unterbringen. Diese Flexibilität ist für modulare Gerätekonzepte ideal, da sich je nach Anwendung ein oder mehrere Standard- und Erweiterungsboards einbauen lassen. Da in beiden Gehäuseschalen die volle Grundfläche zur Verfügung steht, begrenzt lediglich die Aufbauhöhe der elektronischen Bauteile die Gestaltungsoptionen. Speziell für Prototypen, Kleinserien oder einfache Heimanwendungen gibt es die Gehäuseserie auch mit vorgefertigten Wandausschnitten für Schnittstellen und Displays der Raspberry-Pi-Varianten B2, B3 und B4. Die Polycarbonat-Gehäuse schützen die eingebauten Minicomputer zuverlässig vor mechanischen und physikalischen Einflüssen und eignen sich für den mobilen Tischeinsatz als auch für die Wandmontage.
Elektromechanik als Maßanzug
Embedded Systems sind so vielseitig und individuell, dass elektromechanische Standardlösungen häufig nicht alle Anforderungen abdecken können. Ein Beispiel sind explosionsgefährdete Bereiche in der Prozesstechnik. Dort eingesetzte Kommunikationsgeräte, HMI oder Kompaktsteuerungen müssen strenge Anforderungen an die elektrische Sicherheit erfüllen. Dies gilt im Speziellen auch für die Elektromechanik. Luft- und Kriechstrecken, Erwärmungsverhalten, Alterungsbeständigkeit und das Isolationsvermögen der Werkstoffe müssen auf die jeweilige Zündschutzart abgestimmt sein. Kunden unterstützt Phoenix Contact daher schon im Planungs- und Entwicklungsprozess mit Werkstoff-, Technologie- und System-Knowhow. So entstehen bei Phoenix Contact in der Organisationseinheit Device Connector Solutions kundenspezifische Neuentwicklungen, die - je nach Anforderung - einzelne Komponenten umfassen, Technologien neu kombinieren, oder vollständig neue Lösungen ermöglichen.
Fazit
Eingebettete Systeme sind so vielseitig wie die Branchen und Anwendungen, in denen sie zum Einsatz kommen. Erst die richtige Kombination aus Hardware, Software und Anschlusstechnik macht aber aus Single-Board-Computern oder Erweiterungskarten funktionale Einheiten. Da sich elektronische Bauteile rasant weiterentwickeln und so stets in neue Einsatzgebiete vordringen, sind Embedded Systems auch für die integrierte Elektromechanik ein Innovations- und Investitionstreiber.
Embedded Systems sind nicht nur Hidden Champions der elektrotechnischen Automation. Sie sind ein enormer Marktplatz für Investitionen und Innovationen - und die hören nicht bei der Prozessorarchitektur auf. Auch im Gebäudebereich sind Embedded Systems in nahezu allen Branchen unverzichtbare Teilsysteme der elektrotechnischen Automation.
Bild: ©Alexander.Kirch/shutterstock.com/Phoenix ContactEckdaten - der Markt
Der globale Markt für eingebettete Elektronik wächst kontinuierlich. Analysten prognostizieren bis 2020 eine Marktgröße von mehr als 210 Milliarden Dollar [1]. Schrittmacher für dieses Wachstum sind die zunehmende Vernetzung und Kommunikation in Schlüsselbranchen wie der Gebäudeautomatisierung, der Automobilindustrie oder der Industrie- und Prozessautomation. Der Großteil des Marktvolumens und -wachstums entsteht durch technologische Fortschritte in der Prozessor- und Kommunikationstechnologie. Wenngleich Embedded Systems dem gleichen logischen Aufbau folgen, erlauben erst elektromechanische Schnittstellen und schützende Gehäuse die funktionale Ausgestaltung und Anpassung an unterschiedliche Anforderungen.
[1] vgl. https://www.transparencymarketresearch.com/pressrelease/embedded-system.htm
https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/embedded-system-market
Checkliste @Checkliste_Überschrift:xxx
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Als solche erfassen und verarbeiten sie Signale und Daten, steuern Prozesse und bilden die Schnittstelle zwischen physikalischen Systemen, ihren Benutzern und der Umgebung. Wenngleich die eingebetteten Systeme stets dedizierte Aufgaben erfüllen und daher logisch ähnlich aufgebaut sind, orientiert sich die tatsächliche Hardware-Ausstattung an den Anforderungen der jeweiligen Anwendung. Platzbeschränkungen, Schutz vor physikalischen, elektromagnetischen oder mechanischen Störeinflüssen oder die (Echtzeit-)Kommunikation mit der Peripherie und dem Benutzer bilden den Rahmen für den Design-Raum. Und dessen Ausgestaltung endet nicht bei der Auswahl der eigentlichen Kontrolleinheit. Erst die Software, elektromechanische Schnittstellen sowie schützende Gehäuse machen aus Mikroprozessoren und Speichermodulen funktional eingebettete Systeme.
Phoenix Contact Deutschland GmbH
Dieser Artikel erschien in GEBÄUDEDIGITAL 1 (Light+Building) 2020 - 19.02.20.Für weitere Artikel besuchen Sie www.gebaeudedigital.de
