Kundenspezifisch angepasstes CPU-Modul für flexibles Antriebssystem

Zur Realisierung von unterschiedlichen Bearbeitungsprozessen können bei dem Antriebssystem SD3 von Sieb & Meyer Antriebsverstärker eingesetzt werden, die sich in ihrem Bewegungsprofil und der Auswertung von Prozessgrößen unterscheiden. Das Antriebssystem SD3 ist für komplexe Antriebsaufgaben ausgelegt, zum Beispiel für hochdynamische Positionieranwendungen oder für das servomotorische Schrauben und Pressen (Bild 1).

Dank einer offenen Systemarchitektur lassen sich praktisch alle Steuerungs-, Antriebs- und Visualisierungsaufgaben applikationsspezifisch lösen. Durch das breite Spektrum an mitgelieferten Funktionsbausteinen für eine prozessrelevante Applikationsprogrammierung kann sich der Endkunde auf seine Kernkompetenz fokussieren. Die getrennte Aufgabenteilung im Entwicklungsprozess ermöglicht darüber hinaus ein schnelleres „Time to Market“.

Bild 1: Das Antriebssystem SD3 integriert ein kompaktes COM-Express-Mini-Modul mit USB-Client-Funktionalität. Sieb & Meyer

Da das Antriebssystem SD3 über ein offenes Betriebssystem verfügt, können zusätzliche kundenseitige Funktionen und Programme wie User-Interface, Statistik, Kameraintegration, Kommunikation und Datenspeicherung zeitgleich ausgeführt werden. Über ein USB-angesteuertes Operator-Panel lassen sich eine gute Visualisierung des Prozesses und ein leicht verständliches User-Interface erzeugen. Die SD3-Plattform integriert einen OPC-UA-Server und unterstützt Industrie-4.0- beziehungsweise IoT-Implementierung.

Herz des Antriebssystems

Herz des Antriebssystems SD3 ist das COM-Express-Mini-Modul MSC C10M-BT mit Type 10 Pinout, das von MSC Technologies in Deutschland entwickelt und gefertigt wird (Bild 2). Das 55 × 84 mm² kleine Modul ist für Anwendungen mit hoher Belastung (ruggedized) ausgelegt. Deshalb sind alle Bauteile, einschließlich eines bis zu 8 GByte großen DDR3 DRAM-Speichers, auf die Platine gelötet und nicht einfach gesteckt. Spezifiziert ist das Board für den erweiterten Betriebstemperaturbereich von -40 bis +85 °C.

Bild 2: Das COM-Express-Mini-Modul MSC C10M-BT wird von MSC Technologies in Deutschland entwickelt und gefertigt. MSC Technologies

Die skalierbare Modulfamilie integriert unterschiedliche Intel-Atom-Prozessorvarianten E38xx mit Single, Dual- bis Quad Core (Codename Bay Trail). Auf dem Intel-Atom-Prozessor E3845 (1,91 GHz, 10 W TDP) mit vier Kernen basiert die leistungsfähigste Baugruppe. Kompatibel dazu sind die Module mit den Dual-core Intel Atom-Prozessoren E3827 (1,75 GHz, 8 W TDP), E3826 (1,45 GHz, 6 W TDP) und E3825 (1,33 GHz, 6 W TDP) und für weniger anspruchsvolle Anwendungen mit Single-core-Intel-Atom-Prozessor E3815 (1,46 GHz, 5 W TDP).

Die Computer-on-Module mit Quad-core Intel Celeron N2930 beziehungsweise J1900 mit 1,83/2,16 GHz beziehungsweise 2,00/2,42 GHz bieten durch den implementierten Turbo-Boost-Mode zusätzliche Reserven bei der Rechenleistung. Über eine hochauflösende Grafikfunktionalität mit 3D-Fähigkeiten verfügt die on-chip Intel Gen 7 Graphics und sie unterstützt DirectX 1.1, OpenGL 3.2, OpenCL 1.1 sowie eine flexible Hardware-Dekodierung für Full-HD-Videos.

Hohe Datenintegrität

Die im Prozessor implementierte Intel-VTx-Virtualization-Technologie und eine Built-in Security Engine sorgen für ein hohes Maß an Datenintegrität und Zuverlässigkeit. Mit den Intel-Advanced-Encryption-Standard New Instructions (AES-NI) zur Datenverschlüsselung lassen sich beispielsweise die zu übertragenden und gespeicherten Daten in Echtzeit verschlüsseln, ohne die CPU zu belasten. Darüber hinaus steht eine Reihe von Sicherheitsmechanismen zur Verfügung, die vor unerlaubtem Zugriff von außen schützen. Einige Funktionen sind direkt im Chip integriert, andere können per Software aktiviert werden.

Die Auswahl an Schnittstellen umfasst unter anderem 1× USB 3.0, bis zu 7 × USB 2.0, 3 × PCIe x1 Gen. 2.0, Gbit Ethernet, HD Audio, LPC und zwei SATA-Kanäle. An Grafikschnittstellen sind für den Anschluss von zwei unabhängigen Displays ein Digital-Display-Interface (DP 1.1a, DVI/ HDMI 1.4a) mit einer Auflösung von maximal 2560 × 1600 Pixel und ein LCD-Interface nach LVDS-Standard vorhanden. Wahlweise kann die LVDS-Schnittstelle auch als Embedded-Display-Port (eDP) 1.3 genutzt werden. Als Boot-Medium oder Datenspeicher unterstützt das MSC-C10M-BT-Modul eine optional bestückbare eMMC SSD mit bis zu 16 GByte Speicherkapazität.

USB-Client-Funktionalität

Einziges Feature, das für das SD3-Projekt fehlte, war eine USB-Client-Funktionalität. MSC Technologies hat deshalb entsprechend der Anforderung des Kunden das Embedded-Modul angepasst und ein MSC C10M-BTC mit USB-Client entwickelt. Zum vereinbarten Termin, der sich mit dem geplanten Verkaufsstart des Antriebssystems deckte, wurden die ersten funktionstüchtigen Muster geliefert. Das kompakte COM-Express-Mini-Modul entspricht jetzt zu 100 % den technischen Vorgaben des Kunden.

Zur Design-Unterstützung werden Board Support Packages für verschiedene Microsoft-Windows- und Linux-Varianten sowie optimierte Kühllösungen, zum Beispiel Heatspreader und Heatsink, angeboten. Neben dem schnellen und flexiblen Support war entscheidend für die Wahl des CPU-Moduls von MSC Technologies die gewährleistete verlängerte Lieferzusage von mindestens zehn Jahren ab Produkteinführung, somit bis Ende 2023. Damit wird ein durch eine Abkündigung nötiges Redesign des Industrieprodukts herauszögert und der Entwicklungs- und Zertifizierungsaufwand reduziert.

(ah)