Worauf ist zu achten bei der Wahl von Flash-Speicherkarten für Steuerungen?
- Automatisierung
- 19.1.2024
- Lesezeit: {{readingTime}} min
- Artikel teilen
Inhalt
Je nach Kundenanforderung werden auch unterschiedliche 3rd Party Komponenten wie z.B. wechselbare industrielle Flash-Speicherkarten von unterschiedlichen Herstellern in Steuerungen eingebunden. Im Gegensatz zu den herkömmlichen und günstigen End-Consumer microSD-Speicherkarten, die sich in unzähligen Elektronikgeräten des täglichen Gebrauchs wiederfinden, werden in der modernen Industrieautomatisierung industrielle microSD Flashspeicherkarten verwendet. Wie zum Beispiel in Steuerungsgeräten, die einen wichtigen Bestandteil von gesamtheitlichen Automatisierungslösungen darstellen. Daten und / oder das Betriebssystem werden auf microSD-Karten auf einem sehr schnellen Flash-Speicher gespeichert. Da für die Speicherung der Daten – im Gegensatz zu HDD-Festplatten - keine beweglichen Teile nötig sind, sind microSD-Speicherkarten robuster, verlässlicher und weniger fehleranfällig. Diese Speicherkarten sollten also herstellerunabhängig immer ohne Probleme in modernen Steuerungen funktionieren, richtig? Nicht ganz, denn der Teufel steckt oft im Detail.
Wie triff man die richtige Auswahl von industriellen Flash-Speicherkarten?
Beim Testen verschiedener Kombinationen von Flash-Speicherkarten in Steuerungen für unsere Kunden, stellen Ingenieure bei KEBA immer wieder fest, dass eine Karte mit einer bestimmten Kapazität hervorragend funktioniert, während andere Kapazitäten desselben Herstellers und Modells unter Umständen nicht ordnungsgemäß funktionieren und Daten beschädigt werden. Doch woran liegt das? Weisen hochmoderne Steuerungen in der Automatisierungstechnik in ihrem Design bzw. offenen Systemarchitektur mit wechselbaren und nicht gelöteten Flash-Speicherkarten mögliche Fehler auf? Liegt es vielleicht tatsächlich nur an den unterschiedlichen Eigenschaften und Chargen?
Eine genaue Analyse und Definition der Kundenanforderung bzw. des Verwendungszwecks bildet die Basis bei der Auswahl des richtigen Flash-Speichertyps.
Flash-Speichertypen im Vergleich: SLC, MLC, TLC, QLC oder pSLC?
Verschiedene Arten von industriellen Flash-Speichertypen (SLC, MLC, TLC, QLC, 3D-TLC, pSLC) haben natürlich auch unterschiedliche Eigenschaften und Funktionalitäten (z.B. Lebensdauer, Robustheit für raue Industrieumgebungen, Geschwindigkeit, Speicherkapazität, harte Ausschaltstabilität,…) – und weisen somit auch entsprechende Preisunterschiede auf. Ein Single-Level-Cell-Flash (SLC) besteht aus einem Bit pro Zelle, ein Multi-Level-Cell-Flash (MLC) bezieht sich auf zwei Bit pro Zelle, ein Triple-Level-Cell-Flash (TLC) hat drei Bit pro Zelle und ein Quad-Level-Cell-Flash (QLC) hat vier Bit pro Zelle. Üblicherweise werden in den Steuerungen aber meist SLC bzw. pSLC (gutes Preis/Leistungsverhältnis) Karten seitens KEBA empfohlen. MLC oder auch 3D-TLC Speichertypen können auf Kundenwunsch aber ebenfalls verbaut werden. pSLC oder auch pseudo SLC genannte Karten basieren auf MLC bzw 3D-TLC Technologie. Hier werden dann anstatt 2 oder 3 Bit nur 1 Bit pro Zelle programmiert, was die Lebensdauer (Programm-/Löschzyklen (P/E)) um mehr als das zehnfache steigert. Aus diesem Grund verringert sich aber natürlich die Kapazität.
Je mehr Bit ein Flash-Array (Storage-Infrastruktur von Flash-Speichern) in einer Zelle unterbringen kann, desto kleiner ist das Flash-Array und desto günstiger ist der Speicherbaustein. Je mehr Bit pro Zelle, desto weniger Programm-/Löschzyklen (P/E) kann die Flash-Zelle verkraften, was sie wiederum anfälliger für Störungen macht. Wenn mehrere Bit pro Zelle platziert und mit einem Cache-Flash-Speicher-Controller adressiert werden, können sehr hohe Geschwindigkeiten erreicht werden, allerdings steigt dann aber auch der Stromverbrauch beim Lesen und Schreiben. Auch der verbaute Flash-Controller und die Firmware dafür spielen eine entscheidende Rolle. Hersteller von industriellen Flash-Lösungen können die Firmware individuell nach Kundenanforderrungen anpassen und Probleme damit lösen. Eine genaue Analyse und Definition der Kundenanforderung bzw. des Verwendungszwecks bildet die Basis bei der Auswahl des richtigen Flash-Speichertyps und der entsprechenden Steuerung. Dies hat einen entscheidenden Einfluss auf die benötigte Kapazität, Lebensdauer, Geschwindigkeit und Störanfälligkeit.
Grundlegendes ist bei der richtigen Auswahl einer industriellen Flash-Speicherkarte zu beachten:
- Welche minimale Speicherkapazität wird für den Verwendungszweck benötigt?
- Welches Betriebssystem ist im Einsatz? (z.B. Linux oder Windows)
- Läuft eine Datenbank darauf? (falls ja, dann muss die Speicherkarte mehr Schreibzyklen bewältigen können)
- Anforderung an die Robustheit der Speicherkarte? (z.B.: Resistenz gegen Beschädigungen oder Datenverlust bei „hartem Ausschalten“)
- Benötigte Lebensdauer der Speicherkarte? (mittels Referenz- bzw Testbetrieb unter typischen Produktionsbedingungen kann durch Simulation eine Hochrechnung der zu erwartenden Lebensdauer erstellt werden)
Testing und Optimierung von Flashspeicherkarten in KEBA's Automationslösungen
Während der Entwicklung und Umsetzung von gesamtheitlichen Automationslösungen für unsere Kunden werden bei KEBA alle Aspekte von Soft- und Hardwarekomponenten gründlich getestet. Dies gilt natürlich auch besonders für unsere KeControl-Steuerungen mit den für und gemeinsam mit den Kunden ausgewählte industriellen Flash-Speicherkarten. Dabei lesen wir alle Details über den Prozessor aus und wenn wir im sogenannten Errata-Dokument (Korrekturverzeichnis) Hinweise auf einen Fehler in der Prozessorimplementierung finden, dann lassen wir den Hersteller der Speicherkarte einen Blick darauf werfen oder stellen ihnen sogar eine Baugruppe für Tests zur Verfügung. Hier wurde bereits mehrmals ein undokumentiertes Verhalten des Prozessors während der Kommunikation mit der Speicherkarte entdeckt. Falls dem so ist, erhalten wir ein Firmware-Update oder auch ein neues Modell der Speicherkarte, testen dieses gründlich und bestätigen im Anschluss die Erfüllung unserer Anforderungen. Somit stellen wir sicher, dass Steuerungen, als Teil unserer Kemro X Automatisierungslösung, fehlerfrei funktionieren und genauso wie unsere anderen modularen Hard- und Softwarekomponenten (z.B. Steuerungen, HMI, Motoren, I/O-Module, Engineering Tools, Servoregler, ...) stetig weiterentwickelt werden.
Wir bei KEBA arbeiten täglich an neuen Technologien und Lösungen um zukünftig die nahtlose Interaktion und Integration von unterschiedlichen Hard- und Softwarekomponenten verschiedener Hersteller voranzutreiben und um die Offenheit unserer Kemro X Automationsplattform auf das nächste Level zu heben.
