HARTING MICA - wytrzymały mechanicznie, modułowy komputer przemysłowy

DLA KOGO I DO JAKICH APLIKACJI?

Rys. 1. Ekran systemu z zainstalowanymi aplikacjami

O MICA zrobiło się głośno podczas zeszłorocznych targów Hannover Messe, gdy HARTING otrzymał za komputer prestiżową nagrodę Hermes Award. Podczas wystawy prezentowany był m.in. samochód Rinspeed, gdzie MICA został wykorzystany do długoterminowego monitoringu warunków pracy pojazdu oraz kontroli emisji spalin.

O ile użycie w transporcie to dla omawianego urządzenia rzeczywiście jedna z podstawowych aplikacji, o tyle może ono być stosowane w wielu innych obszarach w przemyśle, kolejnictwie, logistyce czy ochronie środowiska. Komputer został zaprojektowany do pracy w trudnych warunkach środowiskowych, dzięki czemu może być montowany bezpośrednio w maszynach, pojazdach i generalnie miejscach, gdzie występują duże wibracje, wilgotność, narażenia mechaniczne czy zaburzenia elektromagnetyczne. W tych zastosowaniach służyć może do akwizycji i przetwarzania danych, sterowania, dokumentowania procesów i wielu innych zadań.

Chociaż komputer jest nowością rynkową, na stronie internetowej www.harting-mica.com znaleźć można kilka opisów wykorzystania go przez klientów. Przykładami są: zarządzanie aktywami firmy z wykorzystaniem RFID, optymalizacja procesu pakowania i wysyłki towarów, gdzie MICA komunikuje się bezpośrednio ze sterownikami PLC oraz systemem ERP, a także monitorowanie stanu maszyn i predykcyjne utrzymanie ruchu.

MICA został również wykorzystany do optymalizacji tras przejazdów wózków widłowych w dużym magazynie (w tej aplikacji wyposażony był w interfejsy Bluetooth Low Energy oraz RFID), a także w długoterminowej akwizycji danych. W ostatnim z przypadków MICA z dyskiem SSD montowany był bezpośrednio w maszynach i odpowiadał za pobieranie oraz przechowywanie danych podczas pracy u klientów końcowych.

PIERWSZE WRAŻENIA

Rys. 2. Instalacja oraz konfiguracja nowych aplikacji

Jak w praktyce wygląda korzystanie z MICA? Już w trakcie wyjmowania komputera z pudełka można się przekonać, że mamy do czynienia z urządzeniem do zastosowań profesjonalnych. MICA wytwarzany jest w malowanej proszkowo obudowie w postaci aluminiowego odlewu, która chroni wewnętrzne elementy elektroniczne.

Zarówno obudowę, jak i wyprowadzone na zewnątrz złącza cechuje stopień ochrony IP67, dodatkowo z przodu znajduje się fabrycznie zasłonięte miejsce pozwalające na ewentualny montaż dodatkowego modułu. Całość sprawia wrażenie produktu bardzo solidnego, spełniającego wymagania stawiane wyrobom do zastosowań specjalnych i wojskowych!

MICA w wersji podstawowej (Basic) ma dwa złącza M12 - port I/O oraz złącze ethernetowe (PoE). Testowany przez nas model był drugą z wersji komputera, czyli MICA USB, która wyposażona jest dodatkowo w dwa porty USB o stopniu ochrony IP67.

Uruchomienie komputera jest intuicyjne. Po podłączeniu zasilania oraz przewodu ethernetowego do laptopa uzyskujemy zdalny dostęp do interfejsu poprzez przeglądarkę internetową. Komputer działa pod kontrolą wbudowanego systemu operacyjnego bazującego na Linuksie, który zapewnia ustawienie jego podstawowych parametrów oraz dostęp do danych. Przede wszystkim jednak pozwala on na instalowanie komponentów oprogramowania (aplikacji) oraz zarządzanie ich pracą.

KLUCZEM JEST MODUŁOWOŚĆ

Rys. 3. Przykłady aplikacji: służąca do pomiarów i monitorowania oraz będąca elementem systemu RFID

Podczas naszej wizyty w firmie HARTING (relacja w APA 6/2016 oraz na stronie www.automatykaB2B.pl) rozmawialiśmy z twórcą komputera, którym jest dr Jan Regtmeier. Opisywał on go wtedy jako otwartą, modułową platformę obliczeniową, która może być dostosowywana do potrzeb użytkownika. MICA bazuje na trzech umieszczonych w obudowie płytkach elektronicznych, przy czym jedna może być dowolnie dobierana przez użytkownika. HARTING zapewnia specyfikację mechaniczną i elektryczną, co pozwala na zaprojektowanie i umieszczenie w obudowie dedykowanego rozwiązania.

Jeżeli chodzi o dwie pozostałe płytki, to zawierają one odpowiednio: moduł zasilania, sieciowy i we/wy 24 V oraz CPU, pamięć (w tym eMMC) i gniazdo kart MicroSD. Do komunikacji pomiędzy nimi wykorzystywane jest połączenie USB, co ułatwia ewentualną rozbudowę komputera.

Korzyścią z zastosowania omawianej architektury jest możliwość stworzenia w pełni dopasowanego do aplikacji, modyfikowanego systemu, przy czym projektant nie musi projektować całości układu, a może skupić się jedynie na wymaganej funkcjonalności - np. w zakresie niestandardowych interfejsów we/wy. HARTING oferuje również standardowe płytki rozszerzeń, takie jak moduł RFID oraz złącze USB PushPull.

Dotychczasowy opis ujawnia jedynie część potencjału urządzenia, bowiem reszta kryje się w warstwie oprogramowania. To ostatnie jest również modułowe i elastycznie konfigurowane przez użytkownika.

SZEROKA GAMA APLIKACJI

Rys. 4. Strona www.harting-mica.com z repozytorium plików do pobrania

W przypadku MICA wykorzystywany jest wbudowany system Linux, który zapewnia działanie aplikacji na osobnych maszynach wirtualnych. Ich praca w takim środowisku gwarantuje zupełną niezależność instalacji oraz uruchamiania. Wszystkie biblioteki, sterowniki i inne elementy pracują w ramach wirtualnego kontenera, co również eliminuje ewentualne niekompatybilności pomiędzy nimi. Gdy wystąpią zaś zmiany (w tym te nieplanowane), mają one jedynie wpływ na daną aplikację.

Do komunikacji pomiędzy kontenerami wykorzystywany jest protokół IP, co zapewnia łatwą transmisję danych pomiędzy aplikacjami oraz przejrzystość systemu. Jest to szczególnie ważne, gdy różne aplikacje korzystają z elementów dołączanych do komputera - np. czujników czy podzespołów wykonawczych.

Komputer powinien spodobać się deweloperom i projektantom systemów. Mogą oni korzystać ze standardowej architektury linuksowej, skupiając się na rozwoju algorytmów oraz aplikacji. W przypadku MICA można używać różnych języków programowania - m.in. C++, C#, Java, Python Aure, Hadoop oraz standardu OPC UA. Komputer zapewnia też obsługę baz danych, możliwa jest również łatwa komunikacja z chmurami obliczeniowymi.

Na stronie internetowej www.harting-mica.com znajduje się szereg gotowych do pobrania aplikacji. Kilka z nich własnoręcznie sprawdziliśmy, instalując na testowanym komputerze. Łatwość tego ostatniego można przyrównać do pobierania aplikacji z Apple Store czy podobnego miejsca (przy czym nie musimy sięgać po kartę kredytową!).

Należy w tym miejscu dodać, że aspiracją przedstawicieli firmy jest stworzenie wokół produktu społeczności użytkowników, projektantów i innych osób, które korzystają z platformy obliczeniowej MICA. To właściwie już się dzieje, bowiem pierwsze spotkanie w ramach MICA.network odbyło się pod koniec czerwca ubiegłego roku.

PODSUMOWANIE

Widok komputera wraz z okablowaniem

MICA firmy HARTING to z pewnością produkt wyróżniający się na tle innych urządzeń embedded. Cechuje się on z jednej strony ogromną elastycznością aplikacyjną, z drugiej zaś cechami mechanicznymi i elektrycznymi, o które trudno w przypadku wielu mniejszych gabarytowo komputerów.

W pierwszym z przypadków mamy do czynienia z Linuksem i zgodnością urządzenia z wymogami Przemysłu 4.0. To ostatnie to z jednej strony możliwość integracji z maszynami i systemami produkcyjnymi, z drugiej zaś - programowanie i technologie komunikacyjne znane z systemów IT. Komputer zapewnia też dużą łatwość uruchomiania aplikacji, którą można porównać z nowoczesnym smartfonem. Do tego daje on spore możliwości rozwoju systemów z obszaru Internetu Rzeczy i przemysłowych aplikacji obliczeniowych.

Warto dodać, że platforma jest rozbudowywana cały czas nie tylko w zakresie oprogramowania, ale też pod względem sprzętowym. Podczas listopadowych targów SPS IPC Drives 2016 HARTING zaprezentował prototyp komputera z interfejsami do sieci EtherCAT. Urządzenie pokazywane będzie również m.in. podczas marcowych targów Automaticon w Warszawie, gdzie zostało ono zgłoszone do konkursu o Złoty Medal Automaticonu.

Zbigniew Piątek