Der ‚FIO Controller 328‘ von Kendrion ist eine Steuerung für anspruchsvolle Automatisierungsaufgaben und datenintensive Anwendungen, der die Merkmale einer industriellen Multi-Core-Architektur mit dem Raspberry Pi Compute Module 4 kombiniert. Sein Multi-Core-Prozessor ermöglicht die parallele Aufgabenteilung zwischen mehreren CPU-Kernen: Während ein Kern die zeitkritische SPS-Steuerung abarbeitet, können weitere Kerne Visualisierung, Motion-Berechnungen, KI-Algorithmen, Condition-Monitoring oder Kommunikationsprozesse übernehmen. Diese Lastverteilung eliminiert Performance-Engpässe und gewährleistet stabile und extrem schnelle Reaktionszeiten, insbesondere in dynamischen Bewegungs- und Robotik-Applikationen. Durch das integrierte Echtzeitbetriebssystem lassen sich Steuerungszyklen im niedrigen Millisekunden-Bereich realisieren, was Präzision bei Bewegungsabläufen, synchronisierten Achsen und komplexen Safety-Anforderungen ermöglicht.

Durch die Multi-Core-Architektur und das Linux Betriebssystem hat der Hersteller verschiedene Maßnahmen realisiert, um Zykluszeiten und Jitter zu minimieren sowie das deterministische Verhalten zu optimieren. Dazu gehören zum Beispiel die Integration des PREEMT_RT-Patch, die Isolierung eines beziehungsweise mehrerer Kerne für die Echtzeitanwendung, die Konfiguration von Interrupt-Affinitäten sowie die Deaktivierung des IRQ Balancers. Für typische, hochdynamische Motion- und Robotik-Anwendungen werden Zykluszeiten von 1ms erreicht.

Das Raspberry Pi Compute Module 4 ist im FIO Controller 328 in einer industriellen Systemarchitektur integriert. Diese umfasst neben dem Baseboard, das diverse Industrieschnittstellen bereitstellt, auch das kompakte Gehäusekonzept mit passiver oder bei Bedarf auch aktiver Kühlung, eine 24-V(DC)-Versorgung und eine integrierte Mini-USV.

Der Controller erfüllt die Anforderungen der IEC 61131-2 sowie der IEC 61000-6-2 und IEC 61000-6-4. Damit wird deutlich, dass die industrielle Eignung nicht durch das Rechenmodul allein, sondern durch die Auslegung des Gesamtsystems bestimmt ist. Der spezifizierte Temperaturbereich für den Einsatz im Schaltschrank ist 0 bis +55 °C ohne Leistungsreduzierung.

Die standardisierte Ethercat-Kommunikation sorgt für deterministische Datenübertragung zwischen Steuerung und I/O-Modulen. Zusätzlich stehen OPC UA, Profinet, Modbus TCP, CAN, RS485, Ethernet, USB und weitere Industrieschnittstellen zur Verfügung, um bestehende Systemlandschaften oder Drittanbieter-Komponenten einzubinden. So kann der Controller als zentrale Steuerung, Kommunikations-Gateway oder Micro-Edge-Rechner eingesetzt werden.

Dank modularer Bauweise und passender Ethercat FIO Module lässt sich das System individuell um digitale und analoge Ein- und Ausgänge, integrierte Safety-Funktionen oder Motion-Control-Anwendungen erweitern. Für Anwendungen wie Echtzeit-Softmotion, CNC oder Robotik steht die Entwicklungsumgebung Codesys zur Verfügung. Linux und Codesys bieten die Möglichkeit, Tasks auf unterschiedliche Kerne zu verteilen und zu priorisieren. So können potenziell leistungshungrige Aufgaben wie zum Beispiel Motion oder Visualisierung gezielt aufgeteilt werden.

Für die Codesys Echtzeit Motion Task steht zum Beispiel ein isolierter Kern zur Verfügung, in dem auch die Ethercat-Kommunikation abgearbeitet wird. Mit Hilfe des Taskmonitorings haben Anwender die Möglichkeit, die Rechenlast optimal auf die zur Verfügung stehenden Kerne zu verteilen, um eine bessere Performance des Gesamtsystems zu erreichen. Darüber hinaus haben sie weitere Möglichkeiten zur Lastverteilung im Betriebssystem und können die Datenkonsistenz einfacher wahren.

Der FIO Controller 328 eignet sich insbesondere für Handling- und Montageanlagen mit hohen Taktraten, Robotik beziehungsweise kollaborative Systeme, Präzisionsantriebe und Mehrachssysteme sowie Edge-Computing. Auch Cloud-Ökosysteme und die Datenanalyse in der Produktion sowie vernetzte Fertigungsanlagen und modulare Maschinen gehören zu den Anwendungsgebieten des Controllers.