Andino X1

Der kleine Industrie-PC

Wir bringen den Raspberry Pi in das industrielle Umfeld

Der kleine Industrie-PC mit integrierter Signalvorverarbeitung

raspberry-pi-im-industriellen-umfeld-andino-x1 Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse

Übersicht

Das Andino X1 ist ein Microcontroller Board für den Raspberry Pi im Hutschienengehäuse für die Montage im Schaltschrank.
Es dient der Adaptierung von digitalen Ein- und Ausgängen für eine Spannung von 24 Volt. Das X1 verfügt über einen eigenen Microcontroller für eine präzise Signalvorverarbeitung und Adaptierung von Signalgebern und Aktoren.
Zusätzlich nimmt es einen Raspberry Pi (2/3) auf. Die Ein- und Ausgänge sowie die Stromversorgung des Pi werden optimal geschützt.
Es vereinigt einen Raspberry Pi und einen Arduino kompatiblen Microcontroller in einem Hutschienengehäuse.
Die Kommunikation zwischen dem Microcontroller und dem Pi findet über die UART Schnittstelle statt.

Das Andino X1 bietet folge Vorteile:
  • Die empfindlichen GPIO des Raspberry Pi werden geschützt.
  • Schnelle Signale können von dem vorgeschalteten Microcontroller präzise erfasst werden.
  • Aktoren und Sensoren können elektrisch gesichert an den Raspberry Pi angeschlossen werden.
  • Es bietet eine industrietaugliche Stromversorgung für den Raspberry Pi.
  • Kundenspezifische Adaptierungen von den Raspberry Pi GPIO bzw. der Microcontroller IO können elektrisch geschützt auf Klemmen geführt werden.
  • Erweiterbar via SPI oder I2C, sowohl vom Raspberry Pi als auch vom Arduino Controller
  • Bietet die Montage auf einer Hutschiene für den Einbau in Verteilern.

 

Anwendungsgebiete
  • Datenerfassung an Produktionsmaschinen
    • Stückzahlerfassung, Stückzahlzäler
    • Stillstandserfassung
    • Erstellung Kennzahlen wie OEE, GAE und Nutzungsgrad
  • Datenerfassung an Umwelt-Messstationen
  • Fernwirk- und Protokollkonverter
  • Zentrale in der Haus-Automation
  • IoT Knoten. Anwendungsbeispiel mit Node-Red

Andino X1 mit Raspberry Pi

andino-x1-with-raspberry-pi-3 Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse

Andino X1 auf der Hutschiene

raspberry-pi-im-industriellen-umfeld-andino-x1 Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse

Aufbau

Block Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse
icon_pi Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse
Raspberry Pi kompatibel

Der 40-polige Anschluss ist kompatibel zu Raspberry Pi 2 B und Raspberry Pi 3.

icon_asus Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse
Asus Tinker Board kompatibel

Der 40-polige Anschluss ist kompatibel zum Asus Tinker Board

icon_arduino-kompatible Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse
Arduino kompatibel

Der Atmel Microcontroller des Andino X1 wird mit einem Arduino kompatiblen Bootlader geliefert.
Die Kombination aus Arduino und Raspberry Pi auf dem Andino X1 eignet sich hervorragend sowohl für den Einsatz in der Heimautomation und Sensorik, als auch in anspruchsvolleren Anwendungen der industriellen Automatisierung.
Die Stärken beider Boards ergänzen sich hierbei perfekt. Während der Single-Board-Computer Raspberry Pi als vollwertiger Rechner komplexe Aufgaben übernehmen kann (z.B. Hosting von Datenbank und WebServer), kann sich der Arduino Microcontroller um die schnelle Signalvorverabeitung  kümmern.
Der Atmel Controller kommuniziert via UART mit dem Pi.
Programmierbar ist das X1 mit der Arduino IDE via USB von einem PC oder von einem Raspberry (Firmware Update im Feld).

icon_spannungsversorgung-netzteil Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse
Integriertes Netzteil

Das X1 Board verfügt über ein 9-24V Weitbereichs-Gleichspannungseingang mit Verpolungsschutz.
Leistungsstarke, zuverlässige, stabile Spannungsversorgung: 5 Volt, 2,6 Ampere – genug Leistung für den Raspberry, Ihre USB Hardware und kundenspezifische Adaptierung.
Die integrierten EMV Schutzschaltungen schützen den Pi vor Spannungsspitzen und Stromstößen auf der Versorgungsleitung.

icon_8-bit-mikrocontroller Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse
8 Bit Microcontroller

Programmierbarer 8-Bit Mikrocontroller (Atmega 168 8Mhz) zur Adaptierung der Ein- und Ausgänge.
Präzise und zuverlässige Erfassung von digitalen und analogen Signalen.

icon_galvanisch-getrennte Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse
Galvanisch getrennt

Das X1 Board verfügt über zwei galvanisch getrennte Eingänge (bis 5kV isoliert) sowie zwei Relais Ausgänge für 42 Volt und 1 Ampere. Gesteuert werden die IO von einem Microcontroller.
Weitere GPIO des Raspberry Pi sowie IO des Microcontrollers sind auf eine interne Stiftleiste geführt. Damit ist es möglich, eigene Adaptierungen auf die Schraubklemmen zu bringen.

icon_extendable Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse
Erweiterbar

Über die SPI und die I2C Schnittstelle des Raspberry Pi können weitere Hardwareerweiterungen angebunden und auf die freien Schraubklemmen geführt werden. Somit ist eine stabile, Schaltschrankkonforme Verdrahtung möglich.
Weiter Schnittstellen:

  • Dual-Channel RS232
  • RS485 / RS422 (2/4 Draht)
  • M-Bus (Meter Bus)
  • Analog Input (z.B. via Microchip MCP3008)
  • Digital Input
icon_rtc Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse
Realtime Clock (RTC)

Die integrierte, batteriegepufferte RTC liefert auch dann die richtige Uhrzeit, wenn kein NTP (Zeit) Server zur Verfügung steht. Verwendet wird der hochpräzise Zeitchip DS3231 von Dallas Semiconductors.
Durch die interne Temperaturkompensation des Oszilators,  erreicht der Chip eine sehr hohe Genauigkeit von ±2ppm bei 0°C bis +40°C.

icon_made-in-germany Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse
Made in Germany

Entworfen, entwickelt und gefertigt in Deutschland.

icon_gepruefte-normen-emv Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse
Geprüfte Normen – EMV

Das Andino X1 wurde zusammen mit einem Raspberry Pi in seinem Hutschienengehäuse auf seine Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) geprüft.

Zur Prüfung standen die Störfestigkeit gegen die Entladung statischer Elektrizität, hochfrequente elektromagnetische Felder, schnelle transiente elektrische Störgrößen (Burst), Stoßspannungen, leitungsgeführte Störgrößen – induziert durch hochfrequente Felder sowie gegen Magnetfelder mit energietechnischen Frequenzen.

Das Andino X1 hat diese Prüfungen nicht nur mit Bravour gemeistert, sondern den jeweils strengeren Grenzwert erfüllt. Damit unterstreicht es seine Industrietauglichkeit und bringt den Raspberry Pi in das industrielle Umfeld.

Die geprüften Normen im Detail

Radiated field strength / conducted emissions
DIN EN 55022: 2011 according to VDE 0875 part 22 of 12.2011
Störaussendung: Klasse B (Wohnbereich) (strengere Grenzwerte)
Störfestigkeit: Klasse A (Industriebereich) herangezogen. (höhere Einstrahlung)

Immunity ESD
DIN EN 61000-4-2: 2009 according to VDE 0847 part 4-2 of 12.2009

Immunity radiated electromagnetic fields
DIN EN 61000-4-3: 2006+A1:2008+ A2: 2010 according to VDE 0847 part 4-3 of 04.2011

Immunity Burst
DIN EN 61000-4-4: 2012 according to VDE 0847 part 4-4 of 04.2013

Immunity Surge
DIN EN 61000-4-5: 1995 +A1: 2014 according to VDE 0847 part 4-5 of 03.2015

Immunity high frequent uncoupled emission
DIN EN 61000-4-6: 2014 according to VDE 0847 part 4-6 of 08.2014

Immunity magnetic fields
DIN EN 61000-4-8: 2010 according to VDE 0847 part 4-8 of 11.2010

vde Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse
Warum ist das Andino X1 nicht VDE zertifiziert?
Die zutreffenden EMV-Normen sind bereits erfüllt.

Zitat:

Die Überprüfung Ihrer zugesandten Unterlagen hat ergeben, dass für das beschriebene Produkt tatsächlich nur eine VDE-Zertifizierung nach den genannten EMV-Normen in Frage käme. Falls daran trotz der bereits durchgeführten EMV-Prüfungen Interesse besteht, können Sie sich gerne mit uns in Verbindung setzen.

VDE Prüf- und Zertifizierungsinstitut GmbH

Industrieller Einsatz

Der Raspberry Pi im industriellen Umfeld. Geht das?

Mit dem Andino X1 werden alle relevanten Schnittstellen des Pi so geschützt, dass sie den Anforderungen für den robusten Einsatz entsprechend der relevanten Normen.
Dazu wurde das Netzteil so entworfen, dass Störsignale und Spannungsspitzen ausgefiltert werden.
Die digitalen Ein- und Ausgänge sind galvanisch getrennt und trennen den Pi vor Spannungsspitzen bis 5 kV.

Durch den Einsatz eines Hutschienengehäuses und einer Spannungsversorgung von 24 Volt, lässt sich das X1 ideal in Schaltschränke verbauen.

SD Karte - geht das?

Eine SD-Karte im industriellen Umfeld. Geht das?
ja – gerade für Einsatzzwecke, bei denen eine hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit gefordert ist, haben Hersteller von SD-Karten spezielle „industrielle“ Speicherkarten entwickelt.
Diese Karten arbeiten häufig mit der SLC-NAND Chips (Single Level Cell). Diese Chips speichern ein Bit pro Zelle. Damit sind sie unempfindlicher gegen Störeinflüsse von außen.
Hersteller geben Garantien für Schreibzyklen bis > 700 TB sowie eine MTBF von > 5 Mio Stunden!

INDUSTRIAL_microSD_small Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse
andino-x1-topview-xsmall-1 Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse

Signalvorverarbeitung

Das Andino X1 kommt mit einem 8 MHz Atmega168 (3,3V) und vorinstallierten Arduino kompatiblen Bootloader.
Der Microcontroller ist mittels UART mit dem Raspberry Pi verbunden.
Damit wird es möglich, zeitkritsche Signalverläufe zu messen und an den Pi zu melden.
Ein Anwendungsfall ist das entprellen (debounceing) der digitalen Eingänge.

Erweiterbar

Durch die fünf frei zur Verfügung stehenden Schraubklemmen können weitere Adaptierungen incl. der nötigen Schutzschaltungen an den Raspberry Pi kontaktiert werden.
Mögliche Anwendungen: UART Erweiterung, Adaptierung auf RS485, RS232 und andere serielle Standards, Protokollvorverarbeitung durch einen Microcontroller. Wir Entwickeln gerne auch Ihre Raspberry Pi Adaptierung.

Extension-Pinout Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse

Anschlüsse des Andino X1 Boards

Overview-Board Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse

Erweiterbarkeit

Dual channel RS232 Shield

Die Dual-Channel RS232 Erweiterung stellt einen eignen UART mit zwei Kanälen zur Verfügung.
Die RS232 Schnittstelle kann sowohl an dem Raspberry Pi (/dev/ttySC0 und /dev/ttySC1) als auch an dem Arduino Controller (via Library) betrieben werden. Dies wird über Jumper eingestellt.
Der UART wird über SPI betrieben. An den Schraubklemmen stehen die Signale RxD1, TxD1 sowie RxD2, TxD2 zur Verfügung.
Anwendungsbeispiel hierfür ist u.A. das Auslesen von IEC1107 Zählern.
Durch die Möglichkeit den UART an dem Controller zu betreiben, sind zeitkritische Protokoll Implementierungen möglich.

  • Own SPI UART
  • Driven by Arduino Controller or Raspberry Pi
  • Two Channel RS232
  • Rx, Tx of both channels on Screw Terminals
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RS485, RS422 Shield

Die RS485, 422 Shield für Andino X1 stellt eine voll isolierte Schnittstelle zur Verfügung. Sie besitzt einen eigenen UART und wird via SPI angebunden.
Die RS485/422 Schnittstelle kann sowohl an dem Raspberry Pi (/dev/ttySC0) als auch an dem Arduino Controller (via Library) betrieben werden. Dies wird über Jumper eingestellt.
An den Schraubklemmen werden die Signale A,B und X,Y verausgeführt.
Durch die Möglichkeit den UART an dem Controller zu betreiben, sind hier ebenfalls zeitkritische Protokoll Implementierungen möglich.
Zahlreiche Konfigurationen der Abschlusswiderstände sowie der Sendereinschaltung sind konfigurierbar.
Das Modul verfügt über eine automatische Sendereinschaltung für den Zweidraht-Betrieb. Damit muss der Sender in der Applikation nicht expliziert eingeschaltet werden.

  • Own UART driven by Arduino Controller or Raspberry Pi
  • RS485 – half Duplex
  • RS422 – full Duplex
  • Fully isolated Interface
  • Termination configurable
  • Manuel Transmitter Enable
  • Automatically Transmitter Enable

RS485 / 422 Lines are connected to the Skew Terminal

rs485-extension-small Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse

3 Digital Input via Optokoppler

Dieses Modul stellt einen weiteren, mit 5kV isolierte digitale Eingänge zur Verfügung.
Es wird ein schneller Optokoppler mit integriertem Schmitt-Trigger verwendet.
Zudem werden zwei weitere Relaisausgänge auf die Klemmen geführt.

1in2out-extension-small Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse

1 Digital Input via Optokoppler + 2 Relais Output

Dieses Modul stellt drei weitere mit 5kV isolierte digitale Eingänge zur Verfügung.
Es werden schnelle Optokoppler mit integriertem Schmitt-Trigger verwendet.

3in-extension-small Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse

Breadboard

Für den Aufbau eigener Adaptierungen zwischen dem Raspberry Pi oder den Arduino Controller und den Schraubklemmen.

breadboard-extension-small Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse
Anwendungsbeispiel Node-Red Knote

Den SourceCode und eine Installationsanleitung finden Sie hier auf Github

Anwendungsbeispiel

Anwendungsbeispiel-Raspberry-Pi-im-schaltschrank Andino X1 - Raspberry Pi im Hutschienengehäuse