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Framework zur Realisierung internetbasierter eingebetteter Systeme

Die Fähigkeit zur Kommunikation über das Internet ist heute ein wichtige Eigenschaft vieler eingebetteter Systeme. Leider ist die Realisierung nicht-trivialer Systeme noch immer recht aufwendig und komplex. Um die Realisierung derartiger Anwendungen zu vereinfachen wurde ein leistungsfähiges Framework zur Realisierung internetbasierter eingebetteter Systeme entwickelt.

Typische Einsatzfälle

  • Datenerfassung und Visualisierung in abgesetzten Automatisierungsanlagen

  • Fernkonfiguration und -diagnose

  • Anlagenüberwachung und Fehlersignalisierung

Architektur

Bild: Framework Architektur

Besonderheiten unserer Lösung

  • Ein modulares Konzept ermöglicht die Zusammenstellung nur der benötigten Komponenten.

  • Die Portabilität des Frameworks erlaubt den Einsatz in unterschiedlichen System- und Entwicklungsumgebungen.

  • Alle Komponenten wurden so konzipiert, dass sie den speziellen Anforderungen eingebetteter Systeme gerecht werden. Dazu wurden für die jeweiligen Komponenten geeignete Architekturen entwickelt, die ressourcenschonende Implementierung und einfache Nutzung erlauben.

  • Ein integrierter HTTP-Server ermöglicht die Visualisierung erfasster Daten sowie die Konfiguration des Systems mittels eines HTML-Browsers.

  • Möglichkeit zum Softwareupdate im System über das Internet.

  • Unterstützung relevanter Internetdienste (HTTP, SMTP, NTP, ...)

  • Zusätzlich zu den Kommunikationsdiensten bietet das Framework ergänzende Dienste zur einfachen und effizienten Realisierung neuer Anwendungen, z.B. Systemüberwachung, Ereignisprotokollierung, Debugging, ... .

Systeme mit diesem Leistungsumfang werden heute oft mit einem embedded-Linux entwickelt. Für besonders ressourcenkritische Systeme ist der Einsatz von Linux nicht geeignet. Die von uns entwickelte Lösung trägt den Anforderungen solcher Systeme Rechnung. Abhängig vom konkreten Funktionsumfang werden für das Framework zwischen 32 und 128 kByte Codespeicher und entsprechend der zu erfassenden Daten RAM benötigt.

Die entwickelte Lösung ist weitgehend unabhängig von konkreten Hardwarekomponenten und lässt sich auf unterschiedliche Systemumgebungen portieren. Um die Entwicklung entsprechender Systeme zu vereinfachen, wurden eine Reihe entsprechender Hardwarekomponenten entwickelt.

Internetdienste

Die Integration wichtiger internetbasierter Dienste erlaubt die Nutzung von Komponenten der existierenden Netzwerkinfrastruktur:

  • Zeitsynchronisation des Frameworks über verfügbare Zeitserver und NTP (Net Time Protocol).

  • DNS (Domain Name Service) ermöglicht die Benutzung von Rechnernamen anstelle von IP-Adressen.

  • SMTP-Client (Simple Mail Transport Protocol) lässt sich unter anderem zum regelmäßigen Versand von Anlagenlogs oder zur Benachrichtigung von Wartungspersonal im Fehlerfall benutzen.

  • Der HTTP-Server (Hyper Text Transfer Protocol) ermöglicht die Visualisierung erfasster Daten und anlagenrelevanter Parameter über einen beliebigen Webbrowser. Ebenso lässt er sich zur Anlagenfernbedienung und zur Konfiguration des Frameworks selbst einsetzen. Zu den Besonderheiten der realisierten Lösung gehört eine dynamische Seitengenerierung on the fly und die Möglichkeit zur Laufzeit neue Seiten hinzuzufügen.

Netzanbindung

Zur Netzanbindung stehen Lösungen unter Einsatz eines ISDN-Modems oder serielle Ankopplung über PPP zur Verfügung. Komponenten zur Vernetzung mittels GSM, Bluetooth, USB und Ethernet wurden in das System integriert.

Prozesskopplung

Bisher realisierte Lösungen setzen auf eine Anbindung mittels CANOpen oder PROFIBUS auf. Direkte Ein-/Ausgabe ist ebenso wie die Anbindung über andere Netzwerke möglich.

Anwendungsbeispiel

Auf der Basis des von uns entwickelten Framework zur Realisierung internetbasierter eingebetteter Systeme wurde im Rahmen einer Industriekooperation ein internetbasiertes Diagnose- und Fernwartungssystem zur Überwachung einer bestehenden industriellen Automatisierungsanlage realisiert. Es ermöglicht die Erfassung und Visualisierung von Prozeßdaten, die Konfiguration und Überwachung der Anlage und eine Benachrichtigung von Wartungspersonal bei auftretenden Fehlern.

Bild: Fernwartung

Besonderheiten:

  • Unterstützung relevanter Internetdienste (HTTP, SMTP, NTP, ...)

  • Netz-Anbindung via ISDN und PPP

  • Prozeßankopplung via CANOpen)

  • Webbasierte Datenpräsentation und Konfiguration

  • Mail-Benachrichtigung von Wartungspersonal im Fehlerfall

Bild: Konfiguration Bild: Visulaisierung Bild: Notifikation


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