Doppelte Premiere am Stand 228 in Halle 3A: Conrad Business Supplies ist zum erstem Mal als Aussteller in Nürnberg vertreten. Auf dem Stand des Distributors ebenfalls erstmals zu sehen: Die Controllino-Steuerungen des österreichischen Unternehmens SG-Tronic. Hierbei handelt es sich um ein neues Geräte-Konzept auf Basis der Open Source Plattform Arduino. Das heißt: Controllino basiert auf denselben Amtel-Prozessoren wie die Arduino-Familie und setzt auch vom schematischen Aufbau und den Schnittstellen auf diese Plattform, ist aber darüber hinaus aber von SG-Tronic für industrielle Zwecke fit gemacht worden. Zu den Hauptfunktionen zählen die direkte Prozessorverbindung mit 4000-V-ESD-Schutz an allen Anschlüssen, eine Reihe an Schnittstellen wie SPI, I2C, RS232, RS485 sowie eine integrierte Echtzeituhr, die sich ein- und ausschalten lässt. Ein USB-Anschluss an der Vorderseite ermöglicht eine einfache Programmierung.

Konkret umfasst die Controllino-Familie zum Start drei verschiedene Modelle: Mini, Maxi und Mega. Die Mini-Version bietet verschiedene Ein- und Ausgänge (6 Relais-Ausgänge, 8 Analog-/Digital-Eingänge und 8 Digital-Ausgänge) im kompakten Gehäuse (94,5 x 59,4 x 36 mm). Das Maxi-Modul bietet mehr Flexibilität (10 Relais-Ausgänge, 12 Analog-/Digital-Eingänge und 12 Digital-Ausgänge) sowie einen Ethernet-Anschluss und eine zweite RS232-Schnittstelle. Die höchste Spezifikation bietet das Mega-Modul, das Ströme bis zu 30 A handhaben kann und 16 Relais-Ausgänge, 24 Analog-/Digital-Eingänge, 12 High-Side-Switch-Digital-Ausgänge und 12 weitere Halbbrücken-Digital-Ausgänge bietet.

Auf die Frage, welche Chancen er Steuerungen auf Open-Source-Basis im Industrieumfeld abgesehen von Entwicklungsprojekten einräumt, entgegnet Markus Obermeier, Produktmanager bei Conrad Business Supplies: "Die Controllino-Geräte lassen sich grundsätzlich für einfachste Schaltaufgaben bis hin zu komplexen und zeitkritischen Applikationen zum Beispiel in Anlagen der Lebensmittelindustrie einsetzen. Wir sehen hierbei keine Limits und es sind auch keine umfangreichen IT-Kenntnisse zum Umgang mit diesen Controllern notwendig. Die Verantwortung liegt aber immer bei dem, der die Anwendung umsetzt. Dieser sollte natürlich wissen, was er programmiert. Das heißt zum Beispiel: Ist eine Anwendung in einem sicherheitsrelevanten Umfeld, muss bei der Programmierung darauf geachtet werden, dass die entsprechend gültigen Normen eingehalten werden."

Neben Controllino zeigt Conrad in Nürnberg auch das erste Produkt der Serie C-Control Open. Damit trägt der Distributor bei seiner Steuerungs-Eigenmarke ebenfalls dem Open Source Softwaretrend Rechnung, sprich die C-Control Open wird mit der Programmieroberfläche von Arduino programmiert.

So entstand die Controllino-Steuerung

Hinter den Controllino-Steuerungen, die auf dem Conrad-Stand erstmals zu sehen sind, steckt eine kleine Firma aus Österreich mit Namen SG-Tronic, die ihren Schwerpunkt in der kundenspezifischen Elektronik-Entwicklung hat. Dessen Geschäftsführer Marco Riedesser erläutert, wie die Idee dazu entstand:

"Ende 2013 war ich mit der Problematik konfrontiert die kaputte, aber sehr teure, Espressomaschine meines Schwagers zu reparieren", blickt Riedesser auf die Geburtsstunde der Controllino zurück und ergänzt: "Mir war schnell klar, dass eine neue, auf seine Wünsche zugeschnitten Elektronik zu designen, zu kostspielig würde. Durch eine Internetsuche kam ich damals erstmals mit der Arduino-Welt in Kontakt und erkannte schnell die Vorteile der Plattform und seiner hunderttausenden Anhänger. Zur Reparatur der Espressomaschine reichten damals natürlich ein Arduino-Board und drei Relais. Doch danach fragte ich mich selber: Wieso gibt es noch keine professionelle Steuerungslösung auf Arduino-Basis?"

Marco Riedesser: "Die drei Steuerungen, die wir in Nürnberg zeigen, sind nur ein Startpunkt. In den nächsten Wochen werden wir neue Modelle und Erweiterungen vorstellen, die dann das Gesamtkonzept abrunden."

© SG-Tronic

Was dann folgte, war der Start einer Kickstarter-Kampagne über die SG-Tronic als professioneller Hard- und Softwareentwickler schließlich die erste Controllino-Baureihe entwickelte, welche hier in Nürnberg ihr Messe-Debüt gibt. Doch was ist das Besondere an dieser neuen Steuerungsplattform. Riedesser: "Ein Arduino-Board ist ja im Grund nur ein Prozessor auf einer Platine mit gerade so vielen Bauteilen die ihn umgeben, damit er läuft und programmiert werden kann. Die Pins des Prozessors werden ungeschützt herausgeführt. Obwohl heute Prozessoren schon gut gegen ESD geschützt sind, reicht dies nicht für Anforderungen der industriellen Automatisierung. Gleiches gilt für Ein- und Ausgänge, die nur 5V bei etwa 20mA liefern. Anders bei den E/As der Controllino-Steuerung: Mit unseren PWM-fähigen digitalen Ausgängen steuern wir bis zu 2A pro Kanal. Dies bedeutet dass wir bis zu 30A über die einzelnen Kanäle an Aktoren liefern und somit in der Lage sind, passende DC-, Brushless- und Schrittmotoren direkt zu treiben."

Als weiteres Alleinstellungsmerkmal nennt Riedesser die Steckverbinder an der Oberseite: "Über diese hat man die Möglichkeit, wieder wie auf einem Arduino-Board auf 5-Volt-Niveau zu kontaktieren und sich damit mit der bekannten Elektronik-Welt der Displays, Sensoren, Funkmodule, und so weiter zu verbinden." Nicht zuletzt sieht Riedesser in der IoT-Fähigkeit der Controllino einen entscheidenden Vorteil gegenüber den am Markt vielfältig verfügbaren Kleinststeuerungen beziehungsweise intelligenten Steuerrelais: "Wenn heute ein Prototyp einer IoT- Anwendung entwickelt wird, dann doch mit den gängigen Open-Source-Plattformen und nicht auf einer herkömmlichen Steuerung, die dazu gar nicht in der Lage ist." Last but not least biete die Controllino die größte Palette an Programmiermöglichkeiten – darunter IEC 61131, eine grafische Drag-and-drop Oberfläche, ein Realtime Tool, ein "old-schooL" Kontaktsplan (Ladder) Tool sowie ein Labview-Plug-in.

Zu seinen Geschäftserwartungen mit der neuen Steuerungsplattform gefragt, gibt sich Riedesser optimistisch: "In Summe planen wir über unsere größer werdende Produktpalette etwa 50.000 bis 75.000 Einheiten für die nächsten zwei bis drei Jahre. Zu unseren industriellen Kunden zählen bereits VW, Audi, Sony, Dyson, Mattel und Cummins - um nur die bekanntesten zu nennen." Um dies auch fertigungstechnisch stemmen zu können – immerhin ist SG-Tronic ein kleine, lediglich acht Mitarbeiter zählende Firma – soll Controllino und damit die Produktion der Steuerungen noch in diesem Jahr aus der SG-Tronic in ein eigenes Unternehmen ausgelagert werden.

Controllino nach IEC 61131-3 programmieren

Programmieren nach IEC 61131-3

Wer Software für Controllino-CPUs entwickeln beziehungsweise diese Steuerungen programmieren möchte, kann dazu üblicherweise die auf C/C++ basierende Open-Source-Programmierumgebung ArduinoIDE heranziehen. Der quelloffene Compiler (avr-gcc) erlaubt zudem die lizenzfreie Erzeugung von Anwendercode, so dass auch Entwicklungen auf anderen Hostsystemen als Windows – zum Beispiel auf Linux - problemlos möglich sind.

Doch was, wenn der Anwender lieber in seiner gewohnten IEC-61131-3-Welt arbeiten möchte? Das österreichische Systemhaus logi.cals hat sich mit dieser Frage beschäftigt und jetzt für die Arduino-Plattform mit ihren begrenzten Ressourcen in puncto Rechenleistung und Prozessorgeschwindigkeit eine maßgeschneiderte Lösung basierend auf der eigenen Entwicklungsumgebung logi.CAD 3 entwickelt. Zudem wurde das vorhandene SPS-Laufzeitsystem logi.RTS soweit angepasst, dass dieses auf den Controllino-Steuerungen ausgeführt werden kann.

Dieter Goltz, logi.cals: "Der Formfaktor von Controllino und die Möglichkeiten der einfachen IoT-Anbindung über das in der IT gängige MQTT-Protokoll sprechen auf jeden Fall auch für einen industriellen Einsatz."

© logi.cals automation solutions & services

Über eine entsprechende Schnittstelle lässt sich ein vorhandener C-Code, der zum Beispiel mit der Arduino-DIE erstellt wurde, mit wenigen Schritten direkt in die SPS-Code-Generierung von logi.CAD 3 einbinden. Mit dieser Technologie ist die Controllino-Lib entstanden. In dieser Bibliothek ist eine Vielzahl von Bausteinen verfügbar, welche die speziellen Funktionen des Arduino unterstützen. Die Funktionen sind bereits in der Arduino-IDE teilweise vorhanden und wurden in die IEC-61131-3-Programmierwelt mit logi.CAD 3 übernommen. Dazu zählen Funktionen für die Ansteuerung der PWM-Ausgänge, die Programmierung des SPI-Busses oder die Anbindung von EA-Modulen per I2C-Bus.

Soweit zu den technischen Features. Doch braucht der Maschinen- und Anlagenbau überhaupt Lösungen wie den Controllino - immerhin ist der Markt voll von Klein(st)-SPSen und intelligenten Steuerrelais?! Dieter Goltz, Geschäftsführer der deutschen Niederlassung von logi.cals, hat hierzu eine klare Meinung: "Die Gegenspieler von Controllino & Co. sind sicherlich etablierte Steuerungen wie etwa Logo von Siemens und Easy von Eaton. Was jedoch Arduino-basierende Lösungen als Alternative hierzu besonders interessant macht, ist deren unschlagbares Preis-/Leistungsverhältnis. Zudem ist die Flexibilität deutlich größer und auch die parallele Verwendbarkeit von 'C' und IEC 61131-3 macht den Controllino auch für industrielle Zwecke interessant. Nicht zuletzt gibt es Überlegungen, als Feldbus das emBrick-System von Imacs anzubinden. Dieses hat einen speziellen Formfaktor und öffnet damit neue E/A-Möglichkeiten für die Steuerung. Die Module werden hier nebeneinander auf einer Basisplatine montiert und per Steckbrücke miteinander verbunden. Durch das praxisgerechte "Mischungsverhältnis" der Ein- und Ausgänge auf einem Modul ist eine passgenaue Adaption an die Aufgabe möglich, was sich zudem in einem besonders attraktiven Preisniveau wiederspiegelt."

Auf die konkreten Kosten der industriellen Programmier-Lösung für den Controllino angesprochen entgegnet Goltz: "Die RTS-Laufzeitlizenz macht rund 15 % des Verkaufspreises der Steuerung aus. Die Nutzung der Programmiersoftware logi.CAD 3 compact ist kostenfrei. Will der Anwender über diese Einstiegslösung hinaus weitere Funktionen, wie zum Beispiel die Integration in verschiedene Versions- und Revisionskontrollsysteme verwenden, muss er die kostenpflichtige Version logi.CAD 3 professional einsetzen."

Das Open-Source-Portfolio von RS Components

Im September ist der Distributor RS Components eine Distributionsvereinbarung mit Industrial Shields eingegangen und hat dementsprechend in Nürnberg deren Produktpalette an SPS und Panel-PCs mit im Gepäck. Laut Paolo Carnovale, Global Category Marketing Manager für Automation & Control bei RS, "vereinen diese Produkte die Vorteile von Open-Source-Hardware mit der Zuverlässigkeit von industriellen Standardprodukten." Doch braucht beziehungsweise akzeptiert die Industrie diese neuen Plattformen bereits? Carnovale: "Die Anzahl der bisher eingegangenen Bestellungen übertrifft alle unsere Prognosen. Dies werten wir als klares Zeichen, für einen deutlichen Trend im industriellen Bereich, die von Open-Source-Hardware gebotene Flexibilität zu nutzen. Ingenieure und Techniker, die ihre Prototypen auf Arduino-Basis entwickelt haben, können diese nun in den industriellen Maßstab überführen, ohne eine neue Programmiersprache lernen zu müssen. Dabei profitieren sie von einer Flexibilität, die ihnen Standard-Kleinsteuerungen nicht bieten können."