Raspberry Pi nell’industria: dall’hardware educativo alle applicazioni industriali

Che cos’è Raspberry Pi?

Raspberry Pi è un progetto britannico nato come piccolo computer a scheda singola (SBC), destinato inizialmente a scopi didattici. È stato sviluppato dalla Raspberry Pi Foundation per favorire l’insegnamento dell’informatica di base, soprattutto nelle scuole, e dare a persone di tutte le età la possibilità di imparare le basi della programmazione.

Il primo modello è stato rilasciato nel febbraio 2012, seguito da diverse generazioni che hanno progressivamente migliorato prestazioni e funzionalità.

Raspberry Pi è diventato molto più popolare di quanto i suoi sviluppatori si aspettassero. Grazie alle dimensioni compatte, al design aperto e al prezzo contenuto, è stato rapidamente adottato anche da utenti esterni al suo mercato di riferimento. Gli appassionati di informatica lo hanno trovato una base ideale per sperimentare le proprie costruzioni e il dispositivo ha iniziato a comparire in campi come la robotica educativa e il monitoraggio meteorologico.

L’aumento della capacità di elaborazione e la disponibilità di interfacce come USB, HDMI, Ethernet e GPIO, a seconda del modello, hanno ampliato le possibilità di utilizzo. Anche la disponibilità di strumenti software e risorse open source ha contribuito alla sua diffusione, facilitando lo sviluppo di applicazioni personalizzate.

Da piattaforma per l’apprendimento e la sperimentazione, Raspberry Pi ha così iniziato a trovare spazio in contesti sempre più diversi, compresi quelli professionali.

Come si è giunti all’industrializzazione di Raspberry Pi?

Man mano che i nuovi modelli miglioravano e incorporavano sempre più funzionalità, Raspberry Pi ha iniziato a essere adottato da imprese commerciali e sviluppatori di sistemi embedded.

I suoi moduli sono stati integrati in dispositivi digitali come fotocamere, lettori multimediali e sintetizzatori musicali portatili. La piattaforma è stata utilizzata anche per sistemi di automazione domestica e per registrare dati a bordo della Stazione Spaziale Internazionale.

Anche diverse aziende hanno iniziato a incorporare i moduli Raspberry Pi nelle interfacce per l’automazione industriale.

Un passaggio significativo è arrivato nel 2014 con la commercializzazione del primo Raspberry Pi Compute Module, una variante progettata per essere integrata in prodotti e dispositivi embedded.

A differenza delle schede Raspberry Pi tradizionali, il Compute Module concentra i componenti essenziali del computer in un formato compatto, pensato per essere integrato in una scheda elettronica dedicata. Il progettista può così definire le interfacce e la connettività necessarie, adattando l’hardware alle caratteristiche del dispositivo finale.

Questa modularità ha ampliato le possibilità di utilizzo di Raspberry Pi anche in ambito industriale. In combinazione con schede portanti e componenti specifici, la piattaforma può essere configurata per rispondere a esigenze di connettività, installazione e integrazione differenti.

Come viene utilizzato Raspberry Pi nell’industria?

Raspberry Pi è stato adattato per fornire soluzioni informatiche destinate a un’ampia gamma di applicazioni industriali. Il costo contenuto e i consumi relativamente ridotti possono rappresentare un vantaggio, soprattutto quando servono capacità di elaborazione locali senza ricorrere a hardware più complesso.

Partiti da applicazioni custom, tipicamente sviluppate dai system integrator, i moduli Raspberry Pi sono ora in grado di controllare semplici dispositivi o PLC più potenti. Le possibilità d’impiego sono numerose, ma il risultato dipende sempre dalla configurazione scelta e dal modo in cui il dispositivo viene integrato nel sistema.

Anche Eureka System può vantare un percorso storico di progetti sviluppati con hardware Raspberry.

Raccolta e monitoraggio dei dati

In molte applicazioni industriali, i moduli Raspberry Pi possono costituire la base di interfacce per sensori e dispositivi di campo, unità di elaborazione e sistemi di monitoraggio.

Collegando il dispositivo alle apparecchiature esistenti, è possibile acquisire informazioni sul funzionamento delle macchine, registrare eventi e rendere i dati disponibili ad applicazioni di supervisione o sistemi aziendali.

Pensiamo, ad esempio, a un impianto che dispone già di PLC e sensori, ma non di un sistema centralizzato per raccogliere e consultare alcune informazioni operative. Un dispositivo basato su Raspberry Pi può acquisire i dati disponibili, elaborarli localmente e trasmetterli a un’applicazione dedicata, anche con un’interfaccia web per la consultazione da parte degli operatori.

Questo approccio può essere utile anche per il tracciamento e il monitoraggio dei processi, oppure per ampliare le funzionalità di apparecchiature esistenti senza dover riprogettare l’intero sistema di automazione.

Gateway IIoT ed Edge Computing

Una delle applicazioni più interessanti riguarda i gateway IIoT, dispositivi che collegano il livello operativo delle macchine con i sistemi informatici aziendali.

Un gateway basato su Raspberry Pi può acquisire dati da apparecchiature differenti, gestire la comunicazione attraverso protocolli come OPC UA, MQTT, Modbus e TCP/IP ed eseguire operazioni di pre-elaborazione prima di trasferire le informazioni ai sistemi di livello superiore.

In questo modo, parte dell’elaborazione avviene direttamente vicino alla fonte del dato. È il principio dell’Edge Computing, un approccio che consente di distribuire le funzionalità di elaborazione sul campo e di gestire localmente alcune attività di monitoraggio, diagnostica e controllo. Per approfondire il rapporto tra dispositivi connessi ed elaborazione locale, leggi anche perché IoT ed Edge Computing dovrebbero lavorare insieme.

In un impianto produttivo, ad esempio, un gateway può raccogliere dati da più macchine e renderli disponibili a un sistema MES/MOM, a una piattaforma SCADA o ad altre applicazioni aziendali. La configurazione dipende dai protocolli utilizzati, dai dati da acquisire e dalle funzionalità richieste.

Per approfondire il ruolo dei gateway nella comunicazione tra macchine e sistemi informatici, vai alla pagina dedicata alle soluzioni Edge Computing di Eureka System.

Integrazione con PLC e sistemi di automazione

Raspberry Pi può trovare spazio anche nell’integrazione con i sistemi di automazione esistenti. Grazie alle interfacce hardware e agli strumenti software disponibili, può comunicare con PLC, sensori e dispositivi di campo, contribuendo alla raccolta dei dati e all’esecuzione di funzioni specifiche.

In alcune applicazioni, inoltre, può elaborare informazioni localmente o gestire comandi diretti ai dispositivi collegati, secondo l’architettura progettata.

Questo non significa che Raspberry Pi possa sostituire indistintamente un PLC industriale. La scelta dipende dai requisiti di controllo, dai tempi di risposta e dalle funzioni richieste alla macchina. Per le funzioni deterministiche più esigenti e per quelle legate alla sicurezza occorrono controllori e architetture adeguati.

Il punto di forza della piattaforma è quindi la possibilità di affiancare i sistemi esistenti, estendendone le capacità di acquisizione ed elaborazione dei dati e facilitando la comunicazione tra automazione e applicazioni IT. Quando occorre far dialogare macchinari esistenti e sistemi più recenti, puoi approfondire il tema dell’interoperabilità IT/OT tra sistemi legacy e moderni.

Raspberry Pi in ambito industriale

Il grande vantaggio dell’uso di Raspberry Pi in ambito industriale è la sua flessibilità. Non essendo legato a un unico produttore di hardware, può essere integrato con numerosi sistemi esistenti, a condizione di verificare la compatibilità delle interfacce e dei protocolli necessari.

Inoltre, questo SBC a basso costo può contare su una community di supporto globale e su un’ampia disponibilità di risorse open source. La documentazione tecnica, le schede dei prodotti e gli strumenti di sviluppo aiutano progettisti e integratori a configurare e personalizzare le applicazioni.

Queste caratteristiche rendono Raspberry Pi interessante per molte soluzioni di OT ed Edge Automation, ma la scelta dell’hardware richiede alcune valutazioni.

• Il primo aspetto riguarda le condizioni operative. Temperatura, vibrazioni, disturbi elettrici e modalità di installazione possono influire sull’affidabilità del sistema. Occorre quindi scegliere il modello appropriato e valutare eventuali schede di supporto, alimentazione, protezioni e involucro in funzione dell’ambiente in cui il dispositivo dovrà operare.
• Il secondo riguarda la continuità del servizio. Disponibilità dei componenti, aggiornamenti software, sicurezza delle comunicazioni e procedure di manutenzione devono essere considerati fin dalla progettazione. In un contesto produttivo, la soluzione deve rispondere alle esigenze operative dell’impianto per tutto il suo ciclo di vita.

La dicitura industrial-grade, inoltre, va riferita alle caratteristiche della specifica soluzione hardware e alla sua configurazione. Non tutte le schede Raspberry Pi sono automaticamente adatte a qualsiasi ambiente industriale.

La piattaforma offre quindi notevoli possibilità di personalizzazione, ma è l’insieme di hardware, software e integrazione a determinare l’idoneità della soluzione per una determinata applicazione.

Raspberry Pi per applicazioni IIoT su misura

L’evoluzione di Raspberry Pi dimostra come una piattaforma nata per avvicinare le persone alla programmazione possa trovare spazio anche nell’automazione industriale. La sua flessibilità consente di sviluppare dispositivi compatti per la raccolta dei dati, il monitoraggio delle macchine e l’integrazione tra sistemi.

Per ottenere una soluzione realmente utile al processo produttivo, però, è necessario partire dalle apparecchiature da collegare, dalle informazioni da acquisire e da come queste dovranno essere elaborate e utilizzate.

Eureka System sviluppa gateway IIoT su base Raspberry per applicazioni di Edge Computing. Le Edge-Box possono raccogliere dati dal campo, interfacciarsi con i PLC e comunicare con i sistemi di gestione della produzione. La configurazione hardware e software viene adattata alle esigenze dell’applicazione, con la possibilità di integrare protocolli di comunicazione, funzioni di diagnostica e interfacce web personalizzate. Un esempio concreto di applicazione dell’Edge Computing in produzione è il progetto sviluppato per Tecnica Group per la gestione dei Part Program delle macchine, che ha permesso di ridurre del 40% i tempi di setup.

L’obiettivo è mettere in comunicazione macchine e sistemi aziendali, valorizzando i dati disponibili e integrando le nuove funzionalità nell’architettura di automazione esistente.