Arduino 24V Adapter – einfach, kostengünstig und grundlagenorientiert in Industrie 4.0 einsteigen

(openPR) Die Firma FELTRON Elektronik - ZEISSLER & Co. GmbH hat einen Adapter entwickelt, um die Ausgangsspannung von Arduino Boards von 5V auf 24V anzuheben.

Der Begriff Industrie 4.0 begegnet uns derzeit überall. Da sollen Kühlschränke selbstständig die benötigten Lebensmittel ordern, Produktionsanlagen sollen sich eigenständig steuern und regeln sowie intelligent auf verbundene Produktionsschritte einwirken. Die Folgen für das produzierende Gewerbe werden heiß diskutiert und sind jetzt noch gar nicht vollständig absehbar. Einig ist man sich im Grunde genommen nur darüber, dass die Entwicklung nicht mehr aufzuhalten ist. Die dritte industrielle Revolution hat Produktionsprozesse automatisiert und ermöglicht, dass Anlagen online zu steuern und zu überwachen sind. Speicherprogrammierbare Steuerungen haben die Automatisierung möglich gemacht. Wenn man so will, ist die Hardware vorhanden, die vierte industrielle Revolution soll jetzt die Software liefern.

Innovation in der Ausbildung
Während sich die Ideen dazu oftmals sehr theoretisch anhören, ist man in der dualen Ausbildung in Deutschland schon einen Schritt weiter.
In der Berufsausbildung für Elektroniker/-in für Geräte und Systeme haben im März 2016 die ersten Auszubildenden ihre praktische Prüfung mit dem Arduino Uno durchgeführt. Dies hat neben der neuen Hardwarevoraussetzungen für die Abschlussprüfung Teil 1 und auch Teil 2 zur Folge, dass auch die Lehrinhalte angepasst werden mussten.
Vielen war anfangs gar nicht klar, was das kleine Arduino-Gerät für ein Potenzial beinhaltet. Das Programm, das früher auf dem PIC-Baustein gespeichert werden musste und dann mit diesem quer durch Deutschland und teilweise Europa verschickt wurde, konnte jetzt einfach aus dem Internet heruntergeladen werden.

Was ist Arduino?
Arduino ist eine Open Source Entwicklungsplattform. Das System besteht aus Soft- und Hardware. Die Hardware besteht aus einem einfachen E/A-Board mit einem Mikrocontroller und analogen und digitalen Ein- und Ausgängen. Je nach Board variieren die Anzahl der Ein- und Ausgänge sowie zusätzlicher Funktionen. So gibt es Arduino-Modelle, die über eine WLAN Modul oder eine Bluetooth-Schnittstelle verfügen. Im Internet gibt es für die Boards integrierte Entwicklungsumgebungen von Arduino. Damit lassen sich die Boards auch von Einsteigern in die Programmierung leicht in C bzw. C++ programmieren. Laut Bildungsexperten eine in der Zukunft unerlässliche Fähigkeit, in der wir in Deutschland im internationalen Vergleich noch Nachholbedarf haben.

Anwendungsgebiete von Arduino
Im Grunde handelt es sich bei den Arduino-Boards um MiniSPSen. Sie sind sehr kostengünstig, so dass der Einstieg keine großen finanziellen Hürden darstellt. Daher werden die Boards momentan auch eher im privaten und künstlerischen Bereich verwendet. Das liegt vor allem an der geringen Steuerspannung von 5V. Hier lag aber bis jetzt auch eine wesentliche Einschränkung für industrielle Anwendungen.

Innovation in der beruflichen Bildung
Der von FELTRON Elektronik - ZEISSLER & Co. GmbH entwickelte Arduino-24V-Adapter ist eine Neuentwicklung und hebt die Spannung der Ein- und Ausgänge auf den 24V Industriestandard. Damit stehen für alle industriellen Anwendungen die Arduino-Plattform und ihre Vorteile zur Verfügung. Natürlich wird niemand seine millionenteure Fertigungsstraße mit Open Source Software steuern, da in diesem Bereich auf seit Jahrzehnten bewährte Erfahrungswerte in der konventionellen Steuerungstechnik zurückgegriffen wird. Für die Prototypenentwicklung, Kleinserien sowie die Softwareentwicklung oder die Aus- und Weiterbildung bietet das System jedoch große Vorteile.

Der Arduino-24V-Adapter kann mit dem didaktischen Konzept des bekannten MiniTrainers (http://www.pruefungsmaterial.de) kombiniert werden. Durch das neue Plug-and-Play-Konzept kann über den MiniTrainer als Schnittstelle einfach eine beliebige Steuerung oder ein beliebiges Arduino Board (UNO, Leonardo, Yùn) aufgesteckt werden, und das Modell oder die Anlage ist ohne große Umrüst- oder Verdrahtungszeiten einsatzbereit. Für die knapp bemessene Zeit im Unterricht stellt das einen entscheidenden Vorteil dar. Diese Lösung bedeutet auch, dass allen, die bereits einen MiniTrainer besitzen, mit dem 24V-Adapter die Tür zu Industrie 4.0 offen steht. FELTRON prüft zurzeit weitere Anbindungsmöglichkeiten, um auch anderen Herstellern das Produkt als OEM-Ware bereitstellen zu können.

Einzigartig ist die Möglichkeit, beliebige Erweiterungs-Boards, sogenannte Shields, auf den Arduino stecken zu können. So kann der 24V-Adapter z.B. mit einem Touchscreen oder einem Bluetooth-Modul erweitert werden. Um diese Shields nutzen zu können, werden verschiedene Ein- und Ausgangsports des Arduino verwendet. Das hat logischerweise zur Folge, dass diese Ports für die 24V-Anwendungen nicht mehr zur Verfügung stehen. Um dies zu lösen, verfügt der Arduino-24V-Adapter über kleine DIP-Schalter auf der Unterseite des Adapters. Damit lässt sich jeder Port zur 24V-Umgebung des MiniTrainers abschalten.

Vollwertiges didaktisches Konzept
In Kombination mit dem MiniTrainer gibt es für den 24V-Adapter ein seit Jahren bewährtes dreistufiges Didaktik-Konzept. Dieses orientiert sich zum einen an den Anforderungen der Endanwender sowie an den vorhandenen Lehrmitteln. Mit steigender
Ausbaustufe erhöht sich der Praxisbezug.
Die erste Stufe bilden die dem 24V Adapter beiliegenden Übungskarten der MiniTrainer Schule. Hierzu braucht man keine weiteren Module und Modelle kaufen, sondern kann direkt mit dem Unterricht beginnen.

In der zweiten Stufe kann das Ampel-Übungsmodul auf den MiniTrainer gesteckt und das von FELTRON entwickelte PAL-Übungsboard mit den Prozesssimulationskarten kombiniert werden. Damit lassen sich aus dem Bereich der PAL-Projektarbeiten für Elektroberufe weitere Übungen umsetzen.

Die didaktische Stufe 3 des MiniTrainer-Konzeptes ist die direkte Kopplung zu 24V-Modellen. Dazu bieten FELTRON, FESTO-Didactic, Fischertechnik u.v.m. die unterschiedlichsten Applikationen an.

Übungsheft vorhanden
Die MiniTrainerSchule - Basis- umfasst zwei Stufen Modul A und B.
Modul A beschreibt die Grundlagen der Programmierung mit vielen praktischen Übungen, die mit Übungskarten direkt am MiniTrainer durchgeführt werden können. Modul B vermittelt Grundschaltungen der Elektrotechnik. Beide befinden sich im Lieferumfang des Arduino-24V-Adapters. Das Modul A richtet sich an Einsteiger und vermittelt u.a. die Syntaxregeln sowie die Deklaration von Variablen. Vorkenntnisse sind nicht erforderlich.
Das Modul B baut auf das Modul A auf. Hier werden logische Grundverknüpfungen vermittelt. Komplexe Funktionen wie z.B. Zeiten, Zähler und Register werden als fertige Include-Dateien angeboten. Das selbstständige Gestalten solcher komplexer Funktionen wird Inhalt von Modul C sein. Das Modul C ist nicht im Lieferumfang des 24V-Adapters enthalten und wird voraussichtlich Ende 2017 zur Verfügung stehen. Wie im Modul A liegen auch hier entsprechende Übungskarten bei. Sie sollen zum besseren Verständnis der Übungsaufgaben dienen.

Innovative Bildungswege mit innovativen Lehrmitteln kombinieren
Im Rahmen des dualen Studiums Elektrotechnik kooperieren die Hochschule Bonn-Rhein-Sieg und das Carl-Reuther-Berufskolleg unter der Leitung von Prof. Dr. Ingo Groß und Holger Kampen in einem Projekt, das den Mini-Trainer einsetzt. Das Kooperative Studium im Bereich Elektrotechnik verknüpft die duale berufliche Erstausbildung zum/zur Elektroniker/ -in für Betriebstechnik in einem Unternehmen der Region mit dem Studium der Elektrotechnik an der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg.
Die Programmierung übersteigt momentan noch den üblichen Inhalt der Ausbildung im gewerblich-technischen Bereich. Holger Kampen sieht hier Verbesserungsbedarf und hat mit den Studenten das Projekt gestartet, bei dem diese verschiedene Steuerungsvarianten an dem mechatronischen System: MPS® von Festo Didactic programmieren und verwenden. Der Vorteil liegt hier in der Kombination von industriellen Standartkomponenten mit Plug-and-Play-Anbindungen. Der MiniTranier kann hier mit verschiedenen Steuerungen, verschiedener Hersteller verwendet werden. Bei dem Projekt lernen die Studenten die Unterschiede der Steuerungen kennen. Der 24V Adapter bietet dabei ganz neue Möglichkeiten. Aufgrund des geringen Preises konnten sich die Studenten die Boards selbst anschaffen und sich im Heimstudium die Programmiersprache aneignen. Dieses Konzept steigerte die Motivation zusätzlich. Nebenbei konnten die Studenten beim Selbststudium auf Youtube sehen, was mit dem Arduino prinzipiell möglich ist. Dadurch sind sie z.B. auf die Idee gekommen, eine App zu programmieren und die Anlagen über Bluetooth mit dem Handy anzubinden und zu steuern. Das Projekt wird im Rahmen der Didacta 2017 in Stuttgart auf dem Stand (Halle 6, Stand A01) von FELTRON Elektronik - ZEISSLER & Co. GmbH gezeigt.