was ist ein Industrie Computer?

Ein Industrie Computer trotzt in der Regel rauen Umgebungen wie Schmutz, hohen, tiefen Temperaturen, Luftfeuchtigkeit, Dampf oder gar Wasser, Schock, Vibration und ähnlichem. Ebenfalls zu den Eigenschaften eines Industrie Computers gehört die Langzeitverfügbarkeit von 5-7 Jahren. Dadurch wird ein Industrie Computer (auch IPC genannt) ein zuverlässiger Partner für Einsatzgebiete, wo Zuverlässigkeit, Ausfallsicherheit und nur geplante Stillstände für z.B. Servicearbeiten um Zentrum stehen.

Umgebung

Ein konventioneller PC kann in einer industrieller Umgebung nur kurz "überleben". In einer schmutzigen Fertigung, in einer feuchten Indsutrieküche, einem Lebensmittelbetrieb oder gar an der freien Luft, muss die Elektronik gegen äußere Einflüsse wie Staub, Dreck, extreme Temperaturen und Feuchtigkeit oder Wasser (Schutzart IP 65) geschützt werden. Das wird vor allem durch angepasste, hochdichte Gehäuse und lüfterlose embedded Prozessoren erreicht. Je nachdem müssen alle Steckverbindungen nach außen entsprechend robust und dicht ausgeführt sein.

Bei noch stärkeren Einflüssen muss die Elektronik hermetisch gekapselt werden, so dass man bei der Prozessorkühlung statt Lüftern mit Frischluftzufuhr von außen auf geschlossene Systeme mit Heatpipes und ähnlichen Elementen und beispielsweise als Kühlkörper ausgebildete Außenwände des Gehäuses (also passive Kühlung) übergehen muss.

Weist die Umgebung extreme mechanische Erschütterungen oder Vibrationen auf, müssen Steckverbindungen & Gehäuse wieder entsprechend robust realisiert werden. Zusätzlich kann es erforderlich sein, so weit wie möglich auf bewegte mechanische Komponenten wie Lüfter und Festplatten zu verzichten. Festplatten können durch SSD's (sogenannten SolidStateDisks) , Lüfter durch passive Kühlsysteme ersetzt werde. 

Traditionelle Keyboards sind je nachdem mechanisch ziemlich empfindlich. Sie werden daher oft durch Folientastaturen, Trackball oder Touchscreens ersetzt. Dadurch kann auch die mechanisch heikle Maus ersetzt werden. Durch die moderne Touchkontroller bzw. deren Utilities sind Anpassungen an der Anwendungssoftware nur geringfügig und meist gar nicht nötig.

geringer Stromverbrauch - green

Damit die Umgebung nicht zusätzlich durch erhöhte Wärmeentwicklung der Elektronik negativ beeinflusst wird, wird bei gewissen Industrie- und Embedded-Computer auf besonders leistungssparende Chipsets, Prozessoren und Speicher aber auch effizienter Spannungswandler geachtet. Dazu greift man auf Technologien zurück, wie sie in Notebooks, Laptops, Tablet PCs aber auch den neusten Smartphones eingesetzt werden. Gemessen an kommerziellen Computer, lässt sich damit der Stromverbrauch bzw. die Energieaufnahme um bis zu 95% reduzieren und es locken sogar mobile Anwendungen.

Platzsparend - räumliche Enge

Bei manchen Anwendungen muss die ganze Elektronik auf extrem kleinem Raum untergebracht werden. Hierzu gibt es beispielsweise komplette PCs für die Montage auf DIN-Schienen (Hutschienenmontage) und Gehäuse, wie man sie sonst für eingebettete Systeme, sogenannte Embedded Systems verwendet.

Ausfallsicherheit - Zuverlässigkeit

Von einem industriell eingesetzten Computer werden besonders hohe Standzeiten ohne Software- oder Hardware-Ausfall erwartet. Auf der Hardware-Seite werden entsprechend robuste und langlebige Komponenten eingesetzt, bei der Software wird oft zu speziell optimierten Linux-Distributionen oder einem MS embedded OS gegriffen.

Wartung - Langzeitverfügbarkeit

Viele IPC-Betreiber legen großen Wert auf Wartungsfreundlichkeit und bevorzugen Systeme mit einfacher Zugänglichkeit und möglichst geringer Anzahl von Verschleißteilen (z. B. Lüfter). So sind bei aktuellen Systemen Festplatten oder SSD's binnen Sekunden austauschbar. Zusätzlich wird der Lieferant danach selektiert, ob er Langzeit-Verfügbarkeit der Geräte und Ersatzteile gewährleisten kann. Für den IPC-Nutzer, der große Stückzahlen – etwa in einer Montagelinie – mit überwiegend identischer Software nutzt, ist es dabei wichtig, auch nach einigen Jahren noch denselben Mainboardtyp mit dem gleichen Chipsatz zu erhalten, da häufig ein anderer Chipsatz ein neues Speicherabbild (Image) aufgrund anderer Gerätetreiber erfordert. Durch den schnellen Wechsel zu immer leistungsstärkeren Systemen müssen die Hersteller von Industrie-und Embedded Computer daher einen größeren Lageraufwand auch für bereits abgekündigte Produkte betreiben. Dies ist auch der Grund, weshalb Industrie PCs in der Herstellung mehr kosten und so teuere als konventioneller PCs sind.

sonstigen Anforderungen an Industrie Computer
>> hohe Standzeiten ohne Softwarefehler

>> Verarbeitung von Prozessdaten in Echtzeit (z.B. Soft SPS oder Soft PLC)

>> Integration der Prozess-Peripherie

Es gibt zwei Ausführungen, wenn ein Industrie-PC als Automatisierungsgerät genutzt wird:

>> PC mit Automatisierungsteil als Hardware (z. B. PCI-Steckkarte) im selben Gehäuse, Kommunikation über einen gemeinsamen Bus. Erfüllt Echtzeittauglichkeit im strengen Sinn.

>> PC mit Automatisierungsteil als Software auf einer industrietauglichen Hardware. Bei Echtzeitfähigkeit müssen manchmal gewisse Kompromisse in Kauf genommen werden, es wird zwischen „weicher Echtzeit“ und „harter Echtzeit“ unterschieden.

verschiedene Betriebssysteme - OS

Da die Hardware den handelsüblichen Personal Computern von der Struktur her verwandt ist, sind die verbreiteten Betriebssysteme wie Microsoft Windows und Linux einsetzbar. Der große Vorteil dabei ist, dass man auf ein breites Fundament an verfügbaren Softwarelösungen und Entwicklungswerkzeugen zurückgreifen kann. Insbesondere im Bereich Linux gibt es darüber hinaus die Möglichkeit, dank des Open-Source-Charakters eigene Modifikationen und Optimierungen einzuführen, die auch die Betriebssystemebene an das Einsatzgebiet anpassen können.

diverse Ausführungen

Die Hardware eines Industrie-PCs unterscheidet sich meist von einem herkömmlichen Personal Computer. Oft reicht eine wesentlich niedrigere Performance, da die Steuerung von industriellen Maschinen keine Hochleistungsprozessoren benötigt. Im Bereich der Prozessvisualisierung oder auch bei industrie Servern werden jedoch durchaus leistungsfähige Prozessoren und Grafiklösungen eingesetzt.

Oft reichen die I/O's oder Steckplätze von konventionellen PCs nicht aus. Gewissen Ausführungen von Industrie Computer erlauben den Einsatz einer größeren Anzahl Erweiterungskarten wie ISA, PCI, PCIe oder mPCIe zur Ansteuerung von diversen Peripheriegeräten wie zusätzlichen Schnittstellen, 3G/4G Modems und ähnlichem. Herkömmliche PC's bzw- Hauptplatinen weisen z. B. oft nur 1-2 PCI oder PCIe-Steckplätze auf.

Weiterhin gibt es noch Box PCs – kompakte und robuste Industrie-PC für den universellen Einsatz (z. B. im Schaltschrank, Steuerpult, etc.) – und Panel PCs – robuste Industrie-PCs mit Displays oder ARM based embedded Systems.

Durch die aufwändigere Konstruktion, speziellen Anforderungen (beispielsweise erweiterter Temperaturbereich), die hochwertigeren Materialien, so wie die Erfüllung vieler Zulassungen, Richtlinien und Normen, ist der Preis eines Industrie-PC höher als der eines gewöhnlichen Personal Computers im Office-Bereich.

Verwandte Bereiche - embedded PC's

Wenn die Kompatibilität zu Personal Computern keine entscheidende Rolle spielt, kann die Hardware noch gezielter auf den Einsatzzweck hin optimiert werden. Auch hier kann man von der Softwareseite her beispielsweise noch Linux-Varianten einsetzen, die aber ihrerseits dann sehr auf die Aufgabe angepasst sind. In den allermeisten Fällen läuft das auf Lösungen hinaus, die wesentlich kompakter und kleiner sind als ein voll ausgebauter Industrie-PC, man spricht dann von Embedded-PCs oder von eingebetteten Systemen.