S jednodeskovým počítačem Raspberry Pi a jeho nejrůznějšími variacemi se vyskytuje na trhu již poměrně velké množství nejrůznějších produktů, včetně těch upravených pro průmyslové prostředí, kde zařízení musí splňovat přísnější normy a obvykle se od nich vyžaduje větší odolnost. Pro tuto oblast přišla na trh německá firma Kunbus se svou kompletně novým modulárním PLC systémem Kunbus RevolutionPi RevPi určenou pro montáž na DIN lištu do řídích skříní průmyslových aplikací.

Základem je Raspberry Pi Compute module, který je připojen k desce od firmy Kunbus a celé je to zabaleno do hezké krabičky určené na DIN lištu. K základnímu modulu můžete pak připojit další krabičky, také určené na DIN lištu. Proti standardnímu Raspberry Pi provedení je pak uzpůsobeno a otestováno na splnění všech potřebných průmyslových norem potřebné pro nasazení v řídících skříních strojů. Pro tento účel je přizpůsobeno i napájení základního modulu RevPi Core v rozsahu 12 až 24VDC.

Základní CPU modul RevPi Core

Základním modulem systému Revolution Pi je vždy řídicí modul RevPi Core. Ten vybaven výpočetním modulem Raspberry Pi, tedy přesněji Raspberry Pi Compute module, který je jako výpočetní modul osazen procesorem Broadcom BCM2835 s frekvencí 700 MHz a 500 MB RAM a 4 GB flash paměti eMMC. Ten je pak připojen k základní desce vyvinutou právě firmou Kunbus, která to také celé "zabalila" do hezké krabičky určené na DIN lištu.

Pokud jde o rozhraní, je modul RevPi Core vybaven dvěma klasickými USB porty 2.0 Host podporující USBflash paměti i různý periferní zařízení typu klávesnice a myši, microUSB portem a ethernetovým portem RJ-45. Z pohledu operačního systému je modul RevPi Core standardně přizpůsoben pro operačním systémem Raspbian (varianta Debian) ve verzi Wheezy s Linux kernelem 4.1.13.

Specifikace základního modulu:

• Řídící CPU: SoC – Broadcom BCM2835 ARM11 processor @ 700 MHz.
• RAM paměť: 512 MB.
• Flash paměť: 4GB.
• Připojovací rozhraní:
  • Video výstup: Micro HDMI port,
  • Ethernet: 10/100M Ethernet port RJ-45,
  • USB: 2x USB 2.0 host port, 1x micro USB port.
• Další vlastnosti: obvod reálných hodin RTC, 3x stavové programovatelné LED.
• Napájení: 10.7 V až 28.8 V; ESD & EMI ochrana podle standardu EN61131-2 a IEC 61000-6-2.
• Spotřeba: max: 10 W, včetně 2 x 450 mA USB zátěže; typ.: 4 W.
• Rozměry: 96 x 22.5 x 110.5 mm (polykarbonátový kryt).
• Upevnění na DIN lištu dle normy EN 50022 .
• Stupeň krytí: IP20 .
• Provozní teplotní rozsah: -40 °C to +55 °C (dle normy EN61131-2) .
• Odolnost proti vlhkosti: až 93% (nekondenzující při teplotě 40°C).

Rozložený základní CPU modul Kunbus RevPi Core.

Rozšiřující moduly pro PLC Kunbus RevPi :

Mezi základní rozšiřující moduly, vzhledem k tomu, že CPU RevPi nemá žádné přímé připojovací vstupy/výstupy, asi bude SPS Kunbus RevPi DIO modul. Pomocí tohoto modulu lze rozšířit řídicí modul RevPi Core o 14 digitálních vstupů a stejný počet digitálních výstupů. Díky tomu jej bude možné využít jako mikro řídicí jednotku pro průmyslové aplikace. Rozšiřující modul se k modulu RevPi Core připojuje pomocí konektoru na horní straně. Dále jsou k dispozici i jen moduly samostatných 16 digitálních vstupů (SPS Kunbus RevPi DI) a samostatných 16 digitálních výstupů SPS Kunbus RevPi DO. Všechny uvedené moduly jsou dimenzovány na signály 24V úrovně.

Pro analogové signály jsou pak opět k dispozici analogové I/O rozšiřující moduly. Pod označením RevPi AIO se skrývá modul se 2 analogovými volitelnými napěťovými / proudovými vstupy (+-5/+-10 V, 0/4-20mA), 2 analogovými výstupy (+-5/+-10 V, 0/4-20mA) a 2 RTD kanály pro odporové teploměry Pt. Podobně jako rozšiřující moduly dvoustavových digitálních vstupů/výstupů, se zde pro připojení využívá 28pinového konektoru a umožňuje provoz při okolních teplotách  -30°C až 55°C.

Rozšiřující modul digitálních dvoustavových vstupů/výstupů DIO (vlevo) a analogových vstupů/výstupů AIO (vpravo).

Pro průmyslovou komunikaci, bez které dnes se již většinu řídích systémů nelze ani představit, slouží další dodávané moduly, které se vždy k základnímu modulu RevPi Core připojují přes systémový konektor na horní straně.

Vyráběné a prodávané jsou moduly pro průmyslový Ethernet (Kunbus GW Ethernet/IP), který v provedení Slave podporuje plnou přenosovou rychlost až 100 Mbit/s a I/O data v rozsahu 512 bajtů, pro Modbus-TCP a Modbus-RTU komunikaci (Kunbus GW Modbus TCP, resp. Kunbus GW Modbus RTU), pro CANopen komunikaci pak slouží jednotka Kunbus GW CANopen. Samozřejmě nemůže chybět u podpora Profibus-DP Slave modul (Kunbus GW Profibus), který podporuje plnou přenosovou rychlost až 12 Mbit/s a I/O data v rozsahu 244 bajtů, a Profinet-IO modul (Kunbus GW Profinet). Pro moderní rychlou komunikaci EtherCAT pak slouží modul, který je opět v Slave provedení a jeho dva RJ-45 konektory podporují přenosovou rychlost až 100Mbit/s pro přenos I/O dat v rozsahu 512 bajtů.

Rozšiřující komunikační moduly pro PLC Kunbus - zleva: Ethernet/IP, Profibus, EtherCAT.

Možnosti nastavení a programování:

Narozdíl od klasických PLC, které obvykle z pohledu softwarového vybavení obsahují vlastní integrovaný firmware přímo "postavený" pro dané programovací prostředí na PC, u PLC postavených na deskách s některou verzí Linuxu jako OS pak pro programování "PLC funkcí" je nutné buď ovládat některý "linuxovský programovací jazyk" (např. C/C++, Python atd.) nebo pak musí být v OS k dispozici nějaký program umožňující vykonávání programu vytvořeného například v Ladder diagramu.

V případě PLC Kunbus RevPi je mimo možnosti naprogramovat aplikaci přímo v jazyku C, také možné využít další již grafické nastavovací a programovací nástroje. Tím výrazně výrobce usnadňuje prvotní použití PLC pro neprogramátory ve zdrojovém kódu.

Jednak pro konfiguraci hardwaru PLC, tedy nastavení vlastností CPU jednotky, jejích komunikačních rozhraní a pak také konfiguraci celého systému z pohledu připojených rozšiřujících modulů, slouží grafická klikací aplikace PiCtory. Ta je založená na webovém prohlížeči. Běží tak na všech standardních webových serverech s podporou PHP a tedy není vyžadována samostatná instalace. Pomocí funkce PiCtory je možné určit umístění hardwarových modulů na zařízení PiBridge a symbolické názvy vstupních a výstupních signálů. Navíc PiCtory také slouží k konfiguraci připojených hardwarových modulů nebo nainstalovaných ovladačů. Tyto informace pak předávají jako soubor RSC (soubor JSON) centrálnímu ovladači RevPi Core (PiControl) a všem ostatním ovladačům. Aplikace mimo jiné také přímý export jako EN 61131-3 jako strukturovaný text. "VAR_GLOBAL".

Pro grafické programování přímo řídící aplikace je pak od výrobce k dispozici počítačový software "logi.CAD 3". Ten slouží pro programování aplikace / řídícího programu pomocí ST strukturovaného textu a od roku 2017 také pomocí standardizovaného ladder diagramu a funkčních bloků dle normy IEC 61131-3.Tento inženýrský nástroj bude k dispozici zdarma na platformě Revolution Pi od listopadu 2017 a případně jej lze můžete zdarma stáhnout na webových stránkách výrobce "http://www.logicad3.com".

Programovací prostředí " logi.CAD 3" pro PLC Kunbus RevPi.

Řídící programy v něm vytvořené jsou pak přímo v PLC Kunbus Revolution Pi vykonávány prostřednictvím vysoce účinného a přenosného runtime systém logi.RTS. U něj lze v závislosti na velikosti programu PLC lze volně definovat doby cyklu až do 1 ms. Nicméně tyto časy cyklu nelze dosáhnout ve spojení s ovladači PiBridge a PiCon, protože logi.RTS se synchronizuje s cyklem tohoto ovladače. S dobou cyklu PiBridge 10 ms jsou realistické s průměrnou expanzí. Modulová a otevřená struktura logi.RTS nabízí však zkušenému vývojáři i příležitost rozvíjet vlastní systémové služby a oslovit je z kontrolního programu.

Počítačový software logi.CAD 3 je k dispozici pro OS systémy Windows, Linux a Mac OS a není u něj nutná žádná instalace. V základu obsahuje moderní editor ST editor s možností integrace kódu v C a C ++. Pomocí rozšiřujících plug-inů však lze doplni to editor "Full Graphic FBD Editor LE" (funkčních blok), spravu centrálních zdrojových kódů, nebo aplikace připravené pro průmysl 4.0 (MQTT) atd.

Programovací prostředí " logi.CAD 3" pro PLC Kunbus RevPi - knihovny s bloky funkcí pro MQTT komunikaci atd.

Závěr

Různých PLC systémů různých výrobců postavená na některé z masově vyráběných CPU vývojových desek typu RaspberryPi nebo Andruido velmi rychle přibývá. Většinou se mezi sebou liší provedením tzv. základní desky, do které je CPU deska zasazena, a která obvykle poskytuje další přidané funkce nebo zajišťuje společně ze zakrytováním dostatečnou odolnost pro průmyslové nasazení. 

Toto je i případ PLC Kunbus RevolutionPi RevPi. Proto také takové PLC bývají často i více jak 2x až 3x dražší než samotný RaspberryPi desky. On totiž návrh základní desky, krytování i systém rozšiřujících modulů a následné celé certifikace něco stojí. To je i zdejší případ, kdy například základní modul PLC Kunbus RevPi stojí v eschopu Conrad cca 5 tis. Kč. bez DPH. Nicméně navíc k tomu výrobce púoskytuje zdarma konfigurační i programovací software. Takže i z pohldu porovnání s jinýmu průmyslovými PLC není ve výsledku cena přemrštěná.

Odkazy:

• Webové stránky výrobce PLC Kunbus: https://revolution.kunbus.com/ .
• Prodejci PLC Kunbus v ČR - společnost Conrad: https://www.conrad.cz/kunbus-programovatelne-automaty-plc.c0213022 .