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Artikel und Hintergründe zum Thema

Hilscher

Julius Abraham | Meinrad Happacher,

Effizient zum Buscontroller

Systemtechnik Leber und E-T-A entwickelten einen platzsparenden und preissensitiven Buscontroller zur Überwachung elektronischer Sicherungsautomaten. Ein Entwicklungsbeispiel aus der Praxis.

Dank des hohen netX-Knowhows unserer Kollegen und des reibungsfreien Teamworks mit E-T-A konnten wir trotz der beginnenden Coronapandemie in kürzester Zeit ein serienreifes Produkt entwickeln.

© Hilscher

Auf Wunsch eines Kunden entschied sich E-T-A im Jahr 2019 dazu, einen preisgünstigen Buscontroller für die elektrischen Sicherungsautomaten der REX12D-Serie zu entwickeln. Der Controller ist unter anderem für Maschinensteuerungen in automatisierten Umgebungen konzipiert, konkret für eine Drehbank mit multiplen Sensoren und Antrieben. Die Feldbusanbindung dient dabei der fortlaufenden Datenübermittlung aller Statusinformationen und Messwerte des Sicherungssystems. Durch die zuverlässige Überlast- und Kurzschlusserkennung schützt sie vor den Folgen ungewünschter Anomalien und Anlagenstillständen.

Für die Konzeption und Entwicklung der Feldbusanbindung zog E-T-A das Unternehmen Leber zurate. Der Dienstleister aus Schwaig bei Nürnberg verfügt über Erfahrungen in der Integration von Kommunikationsfunktionen in verschiedenste Systeme und Produkte. Die Aufgabe von Leber bestand darin, eine multiprotokollfähige Hardware inklusive Schaltplan, BOM, Layout, EMV- und ESD-Test zu generieren. Dazu galt es, die für E-T-A relevanten Protokoll-Stacks für Profinet, Modbus, EtherCAT und Ethernet/IP zu implementieren und zu zertifizieren.

Als Ergebnis der Kooperation entstand das ControlPlex System CPC12, das auf Basis von Hilschers netX-90-Kommunikationscontroller Transparenz über alle Ebenen der Automatisierungspyramide schafft. Zu der Entscheidung für die Hilscher Technologie trugen drei wesentliche Faktoren bei: die Entwicklungsgeschwindigkeit, der Formfaktor und die Preisgestaltung.

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Maximale Entwicklungsgeschwindigkeit

Für E-T-A ist der CPC12 das erste Produkt mit integrierter Technologie von Hilscher. Andreas Funcke, Projektleiter in der Produktsparte Automation & Process Control bei E-T-A, holte sich für die Entwicklung externe Expertise ins Haus. „Unser Ziel war die preisgünstige Entwicklung eines Buscontrollers für elektronische Sicherungen“, erklärt Funcke. „Um dies zu erreichen, wollten wir natürlich auch die Entwicklungszeit möglichst gering halten. Also holten wir Leber ins Boot, die bereits über viele Jahre Erfahrung mit den netX-SoCs von Hilscher verfügen.“

Leber ist seit Ende 2018 offizieller NetX Design-In-Partner. „Vom Projektstart im Februar 2019 haben wir innerhalb eines knappen halben Jahres einen funktionalen Prototypen entwickelt“, skizziert Jörg Klenke, Geschäftsleiter bei Leber, den Projektverlauf. „Nach weiteren sechs Monaten startete die Markteinführung des Buscontrollers. Trotz der beginnenden Coronapandemie konnten wir in kürzester Zeit ein serienreifes Produkt entwickeln.“

Getrennte Kerne

Der Buscontroller CPC12 sammelt Statusinformationen sowie die Messwerte von angeschlossenen Sicherungsautomaten.

© E-T-A

E-T-A setzte bei der Entwicklung des CPC12 auf den Feldbuscontroller netX-90-SoCs. Er ist der kleinste multiprotokollfähige Chip auf dem Markt. „Das Herausstellungsmerkmal für uns war, dass der netX 90 ein Dual-Core-Feldbuscontroller ist“, erinnert sich Wilhelm Adacker, Embedded Systems Software Architekt bei Leber. „Durch diese Neuerung haben sich viele Timing-Konflikte, die uns bei früheren netX-Projekten begegnet sind, leicht lösen lassen.“

Anders als beim netX 51 oder netX 52, zweier Hilscher-Kommunikationscontroller einer vorangegangenen Generation, teilen sich beim netX 90 Kundenapplikation und Netzwerkkommunikation nicht mehr einen Kern. Stattdessen stehen beiden Aufgaben jeweils ein 100 MHz ARM Cortex-M4 zur Verfügung. Probleme wie Prioritätenverteilung, Komplikationen bei hoher Netzwerklast oder verschobene Task-Interaktionen werden damit behoben.

Dank des hohen netX-Knowhows unserer Kollegen und des reibungsfreien Teamworks mit E-T-A konnten wir trotz der beginnenden Coronapandemie in kürzester Zeit ein serienreifes Produkt entwickeln. Jörg Klenke, Geschäftsleitung Leber

© Leber

Der Kommunikationspart wird beim netX 90 dabei komplett von Hilscher bereitgestellt samt einheitlicher Schnittstellen, Tools und Stacks für alle industriellen Kommunikationscontroller. Sobald der entsprechende Core im netX 90 durch Leber initialisiert war, hat dieser den Feldbus-Stack abgewickelt und Timings entsprechend eingehalten.

Der zweite Core steht komplett für User-Applikationen bereit. „Auf diesen haben wir gleich unser eigenes RTOS installiert und mit den Tools von Hilscher die Entwicklung für E-T-A begonnen“, sagt Adacker. Besonders hilfreich waren hierbei die mitgelieferten Applikationsbeispiele von Hilscher. „Damit hatten wir Applikationsbeispiele zur Hand, die ad hoc kompiliert waren und mit denen wir direkt erste Feldbus-Anwendungen prüfen konnten.“ Ein guter Startpunkt, um für das weitere Projekt zum Beispiel Eckpfeiler wie die Device- oder Netzklasse aufzusetzen.

Der Autor: Julius Abraham ist Marketing Manager bei Hilscher.

© Hilscher

Gegenüber der Vorgängergeneration an E-T-A Buscontrollern ergeben sich mit dem netX90 einige Vorteile. So ermöglicht der Controller einen geringeren Formfaktor des Buscontrollers CPC12. Der Raumbedarf auf der Leiterplatte reduziert sich um über 80 % und stellt somit im Vergleich zum Vorgängerprodukt eine erhebliche Verringerung dar. Die Vermeidung zusätzlicher Bauteile und des Materialaufwands für das kompakte Gerät wirken sich gleichzeitig auch auf den Stückpreis aus. Die Kombination aus schneller Entwicklung, weniger Zusatzkomponenten und des kostengünstigen netX 90 senkt die Stückkosten um mehr als 80 %.

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