Embedded-Spectroscopy in industriellen und mobilen Anwendungen

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1 Spec tro sco py {f}, Studying the interaction between light and matter. [ Partnership ] We strive for sustainable business relationships with a long-term vision. Embedded-Spectroscopy in industriellen und mobilen Anwendungen Control Vision Talks 2016 Peter Huber, tec5 AG

2 Agenda Motivation: warum embedded spectroscopy? Hardware: modularer, spektrometerbasierter Sensor Software: Parametrieren statt Programmieren Anwendungsaspekte: Echtzeit und IT-Sicherheit Industrielle Anwendungen Mobile Anwendungen Anwendungsbeispiele Zusammenfassung / Ausblick 2

3 Prozessleitsystem, Zentraleinheit, etc. Motivation klassische Spektrometersysteme GUI nur zur IBN & Parametrierung Spektraldaten Messwerte Spektrometersystem mit Lichtquelle, Spektralsensor und tec5 Betriebselektronik Windows Desktop / ipc + Software 3

4 Motivation klassische Spektrometersysteme PC mit Betriebssystem Leistungsfähige Rechnertechnik, seit langem verfügbar Flexible Programmierung Tools und Unterstützung Zusätzliche Komponente und Interface Umgebungstauglichkeit Maintenance & Administration Stabilität / Zuverlässigkeit Kurzlebigkeit / Langzeitverfügbarkeit? Zeitverhalten / Echtzeittauglichkeit IT - Sicherheit 4

5 Prozessleitsystem, Zentraleinheit, etc. Motivation Spektrometersysteme Klassisch vs. Embedded Spektraldaten PC-Interface Messwerte [Ergebnisse] Industrie - Interface Spektrometersystem mit Spektralsensor und tec5 Betriebselektronik & externer aktiver Messkopf Windows Desktop / ipc + Software 5

6 Prozessleitsystem, Zentraleinheit, etc. Motivation Spektrometersysteme Klassisch vs. Embedded Spektraldaten PC-Interface Messwerte [Ergebnisse] Industrie - Interface Spektrometersystem mit Spektralsensor und tec5 Betriebselektronik & externer aktiver Messkopf Windows Desktop / ipc + Software Embedded System Spektrometersystem [Hardware] Leistungsfähiger DV-Core Systemsoftware Spektraldatenaufnahme Auswertung Prozesskommunikation Ergebnisse 6

7 - Spectrometer as a Sensor Hardware für externe Sonde / Messkopf LWL-Anschlüsse Lichtquelle Spektralsensor Referenzsensor Elektronik [FPGA, ARM Cortex] Versorgung [9 36 VDC] Prozessinterface 7

8 - Spectrometer as a Sensor Software / Firmware Programmieren von Embedded Hardware: Programmiertools: Compiler, Betriebssystem, div. IP-Cores, etc. Entwickler mit Spezial-Know-How: Embedded Programmierung Spektroskopie Ggf. Anwendung parametrieren statt programmieren 8

9 - Spectrometer as a Sensor Software / Firmware Gerätefirmware modulare, proprietätere Implementierung auf einem schlanken OS Dediziert für industrielle Spektroskopie mit Fokus auf Sicherheit und Performance Auswahl von Funktionen und Parametern / keine Programmierung Grundlizenz mit Berechnung von T-R-A Formelparser und Result-Engine Optionale Zusatzmodule: Chemometrie, Farbmetrik Optionen für Prozessanbindung [z.b. Modbus] Optional kundenspezifische Firmware [Interface zur Einbindung von Kundenbinaries] 9

10 Inbetriebnahme Monitoring und Parametrierungstools SmartSensor Spektrometer oder Photometer System tecsaas-mpt - Monitoring & Parametrierungstool Android APP Ethernet Weboberfläche Modbus-TCP [oder andere] Messwerte/ Status, Logs, etc. 10

11 Anwendungsaspekte: Echtzeit Nicht schnell, sondern Rechtzeitig: Ergebnisse bzw. Antworten zum gewünschten Zeitpunkt Echtzeit-Qualität des Sensors [Design, z.b. RTOS] vs. Echtzeit-Anforderungen der Anwendung Harte, feste oder weiche Echtzeit Einzelfallbewertung für jede Anwendung 11

12 Anwendungsaspekte: IT-Sicherheit Sensoreinsatz in vernetzter Infrastruktur: Sicherheitskonzept Schlankes RTOS: Minimum an Funktionalität und Interfaces Verschlüsselungs-und Hashverfahren: Authentifizierung und Datensignierung Mehrere, passwortgeschützte Zugriffslevel Zugriffsbeschränkungen [Interfaces] auf nötigstes Minimum Generierung von Schlüsselpaaren auf Basis von Hardware-Zufallszahlen Proprietäres Design von Hardware und Gerätesoftware: niedrigere Attraktivität für Angriffe [aber nicht sicherer] 12

13 in industriellen Anwendungen 13

14 in industriellen Anwendungen SmartSensor in Maschine oder Anlage Kunden- oder globales Netzwerk Ethernet / WLAN / UMTS Monitoring und IBN Prozesschnittstellen [z.b.] Prozess- oder Maschinensteuerung 14

15 Anwendungen / Beispiele IP 65 geschütztes UV-VIS Spektrometer Integrierte Durchflusszelle Gehäusematerial V4A On-Board Datenverarbeitung [Lineare Regression mit Resultengine] Modbus TCP -Anbindung für die Analyse von Galvanik-Bädern 15

16 in mobilen Anwendungen 16

17 Anwendungen / Beispiele Vom Detektor bis zur Mathematik alles aus einer Hand Analyse der Inhaltsstoffe von Gülle bei der Ausbringung integriert an der Rohrleitung für das Ausbringen, direkt im Güllestrom direkte Kommunikation mit der zentralen Maschinensteuerung Auflagen zur dokumentierten und effizienten Ausbringung werden vom Gesetzgeber weiter reglementiert 17

18 Anwendungen / Beispiele NIR Inhaltsstoffesensor für Maissilage Messystem auf einem Maissilagehäcksler NIR basierend Serienproduktion 18

19 Zusammenfassung & Ausblick Embedded Spektrometer als Alternative zu PC-basierenden Systemen Modulare Plattform [Hardware und Software] Standardfunktionalität für viele Anwendungen schnelle Umsetzung Kundenspezifische Anpassungen und Erweiterungen Sprechen Sie mit tec5 zur Abklärung aller Details! 19

20 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! www. embedded-spectroscopy.com 20

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