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Das Siemens IoT2020 bietet ein Gateway für künftige industrielle Anwendungen

Andrew Back
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Leistungsstarke neue Arduino-fähige Plattform schließt die Lücke zwischen Anwendern und Industrie.

Das Siemens IoT2020 zählt zu den jüngsten Ergänzungen der umfassenden Automations-Produktfamilie SIMATIC , die von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) und Industrie-PCs mit Unterstützung für PROFIBUS und PROFINET bis zu Mensch-Maschine-Schnittstellen (Human Machine Interface, HMI) und hochentwickelten verteilten Systemen für die Fertigungsautomatisierung reicht.

Die industrielle IoT-Plattform IoT2020 entstand aus der Zusammenarbeit von RS Components und Siemens und wurde auf der Maker Faire in Rom von Massimo Banzi, einem der Mitgründer von Arduino, vorgestellt. In diesem Beitrag beleuchten wir Hardware und Entwicklungsoptionen.

Hardware

Jeder, der sich schon einmal mit dem Einbau einer für Anwender gedachten Platine in einen Geräteschrank abquälen musste, wird sich über eine Arduino-kompatible Platine in einem industriellen DIN-Schienengehäuse freuen. Die Namen Siemens und SIMATIC geben Ihnen die Gewissheit, dass diese Platine den Anforderungen industrieller Umgebungen gewachsen ist.

Hinter einer Klappe rechts am Gehäuse gibt es einen microSD-Kartensteckplatz und eine 6-polige „FTDI-Stiftleiste“ (3,3 V-UART-Anschluss). Eine Abdeckung links am Gehäuse lässt sich mühelos entfernen und gibt Zugang zu Arduino Uno-kompatiblen Stiftleisten für die Verwendung mit Shields.

An der Unterseite des Gehäuses gibt es Anschlüsse für USB-Host (Typ A) und Geräte (Typ Micro-B), Reset- und Benutzertasten sowie einen Ethernet-Stecker. An der Oberseite befinden sich LED-Anzeigen für Stromversorgung, SD, USB, Überstrom und Benutzer.

Das Herzstück des IoT2020 ist ein Intel Quark X100 SoC, der in der Abbildung oben neben den Arduino-Stiftleisten zu sehen ist. Er ist auf 400 MHz getaktet und bietet 512 MB verfügbaren RAM, 8 MB SPI-Flash-Speicher für das BIOS und Unterstützung für bis zu 32 GB Hauptspeicher über microSD-Karte.

Bildquelle: SIMATIC IoT2000 Forum

Details der GPIO-Belegung sind oben zu sehen. Digitale E/A können über eine Steckbrücke für die Logikpegel 3,3 V oder 5 V konfiguriert werden. Bei 5 V entspricht das bis zu 16 mA Stromquelle oder -senke, bei 3,3 V bis zu 8 mA.

Ein Mini-PCIe-Steckplatz an der Unterseite der Platine ermöglicht die Verwendung beliebiger Erweiterungskarten – 30 x 50,59 mm oder 30 x 26,8 mm (über Adapter) – für WLAN, zusätzliche Ethernet-Anschlüsse usw.

Das IoT2020 kann über Netzteile von 9 bis 36 V DC gespeist werden und verfügt über einen Elektrolytkondensator in angemessener Größe direkt neben den Netzanschlussklemmen.

Offizielle Dokumentation

Wie zu erwarten, stellt Siemens umfassende Dokumentation zum IoT2020 bereit:

  • Bedienungsanleitung
  • Einrichtungsanleitung
  • Erste Schritte
  • Beispiel für eine Gleichstrommotor-Steuerung über Arduino Shield
  • Beispiel für I2C-gesteuerte LED

Detaillierte Informationen für Systembauer zu Umgebungsbedingungen, Stromspeisung usw.

Links zu den Dokumenten finden Sie unter Produktsupport und in den Foren.

Poky Linux

Nur einige der Quellpakete im OS-Image.

Ein durch Siemens bereitgestelltes OS-Image-Beispiel mit GNU/Linux-System auf Grundlage der Poky-Referenzdistribution vom Yocto Projekt, einer Arbeitsgruppe der Linux Foundation. Weil Siemens zur Gestaltung einer für das IoT maßgeschneiderten Linux-Distribution standardmäßige, herstellerneutrale Tools und Software-Metadaten verwendet hat, gestaltet sich die weitere Anpassung des Betriebssystems und der installierten Anwendungen weitaus einfacher.

Neben dem vorgefertigten Image steht auch ein umfangreiches Quellcode-Archiv zum Herunterladen bereit.

Die SD-Karte bespielen

Die offizielle Dokumentation richtet sich an Benutzer von Windows, denn der Großteil der Elektroingenieure, insbesondere auf dem Gebiet der SPS, arbeitet in erster Linie mit Windows-Computern.

Das OS-Image wird im „.wic“-Format bereitgestellt. Laut Einrichtungsanleitung kann es mit Win32 Disk Imager auf eine microSD-Karte geschrieben werden, aber unter Linux können Sie dazu auch „dd“ verwenden. Zum Beispiel (beachten Sie, dass das „of“-Argument variieren kann!):

$ sudo dd if=iot2000-example-image-iot2000.wic of=/dev/mmcblk0 bs=4M

Nach Abschluss des Vorgangs können Sie die microSD-Karte in das IoT2020 einsetzen oder zunächst auf einem Desktop-Gerät installieren, um Boot- und Root-Dateisysteme zu prüfen.

Intel System Studio for IoT

Das Eclipse-basierte Intel System Studio for IoT ist die offizielle Entwicklungsumgebung für IoT2020-Anwendungen und für Windows, OS X und Linux verfügbar. Anwendungen werden in C/C++ entwickelt, und eine Reihe von Beispielen erleichtert Ihnen den Einstieg. Die  UPM- und MRAA-Bibliotheken von Intel erleichtern den Zugriff auf GPIO und Sensoren und ermöglichen die Übertragung der Anwendungen auf andere Plattformen, die sie zur Bereitstellung des Gerätezugangs verwenden.

Die IDE ist eng in das Poky-System integriert und vereinfacht das Erstellen komplexer Anwendungen mit umfangreichen Abhängigkeiten.

Über die Arduino IDE programmieren

In der bislang verfügbaren Dokumentation wird die Arduino IDE nicht erwähnt. In Anbetracht der Ähnlichkeiten mit der Hardware- und Software-Architektur von Intel Galileo wollte ich jedoch ausprobieren, ob sie zum Programmieren des IoT2020 verwendet werden kann.

Das Experiment begann mit dem Herunterladen der neuesten Version der Arduino IDE unter arduino.cc. Auf den Start und die Auswahl von Tools → Board → Boards Manager folgten die Suche nach Supportpaketen für Intel Boards und die Installation des Pakets für Intel i586 Boards wie das Galileo. Kurz vor Abschluss der Installation trat ein Fehler auf, für den sich zum Glück auf Askubuntu.com eine Lösung fand. Kurz:

$ cd ~/.arduino15/packages/Intel/tohttp://www.rs-components.com/designspark/index.html?mpn=ols/i586-poky-linux-uclibc/1.6.2+1.0/i586

$ vi install_script.sh

Suchen Sie die Zeilen, die mit „executable_files“ beginnen, und ändern Sie die Zeichenfolge „+111“ in „/111“.

$ ./install_script.sh

Dieses Problem hat nichts mit dem IoT2020 zu tun. Es handelt sich um einen Fehler in Arduino und/oder Ubuntu.

Anschließend konnten in der IDE das Intel Galileo Gen2 Board sowie nach Anschluss an das micro-B-USB des IoT2020 auch port /dev/ttyACM0 ausgewählt werden. Das bewährte Beispielprogramm  blink konnte kompiliert und erfolgreich hochgeladen werden, und die Benutzer-LED begann zu blinken.

Die Benutzer-LED befindet sich ganz rechts, neben der UART-Stiftleiste.

Erste Eindrücke

Mit der umfassenden Dokumentation (einschließlich detaillierter Spezifikationen und Richtlinien für Systembauer), dem DIN-Schienengehäuse, dem Versorgungsspannungsbereich von 9 bis 36 V DC und der hohen Verarbeitungsqualität der Hardware von Siemens ist das SIMATIC IoT2020 bestens für industrielle Anwendungen geeignet.

Das IoT2020 bietet bei der Arbeit mit SPS und anderen traditionellen Automationstechnologien eine flexible Plattform für die Prototypenentwicklung neuer Lösungen und ein Bindeglied zwischen den vorhandenen Lösungen und Online-Services. Auch Anwender werden das Anwendungsangebot vom Desktop gerne in eine industrielle Umgebung übernehmen.

Ich werde die weitere Entwicklung dieser ersten Lösung in der IoT2000-Reihe sowie ihres Software-Ökosystem und ihrer Anwendungen mit Interesse verfolgen.

Andrew Back

Open source (hardware and software!) advocate, Treasurer and Director of the Free and Open Source Silicon Foundation, organiser of Wuthering Bytes technology festival and founder of the Open Source Hardware User Group.

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