Die meisten europäischen Industrieanlagen-Hersteller gehen heute noch immer den Weg, Systeme vollständig selbst zu entwickeln. Neben den Anlagen-Konstrukteuren haben sie Teams aus Hardware- und Software-Entwicklern für die Realisierung der Anlagensteuerung. Vor allem kleinere und mittelständische Betriebe setzen häufig auf komplett selbst entwickelte Systeme, welche sie aus Mainboards, Displays, Speichermedien und Netzteilen in eigens dafür entwickelten Gehäusen zusammensetzen.

Letztlich sind dies Systeme, wie sie auch im Büro oder zu Hause eingesetzt werden – mit ein paar Unterschieden. Was diese Industrie- oder Embedded-PCs vom Consumer-PC oder SoHo-System (Small Office / Home Office) unterscheidet, sind zum Beispiel die Nutzbarkeit in erweiterten Temperaturbereichen und eine möglichst lange Verfügbarkeit wie auch die Anzahl an Schnittstellen, die man im Consumer-Bereich schon lange nicht mehr findet. Dies sind vor allem serielle Schnittstellen wie RS232/RS422/RS485, parallele Schnittstellen, PS/2 und ältere Busse wie ISA und PCI.

Der Bedarf an derartigen betagten ­Interfaces kommt nicht von ungefähr: Die Anwender solcher Systeme sind ­darauf angewiesen, die meist selbst entwickelten Erweiterungskarten über Jahre hinweg einsetzen zu können. Denn die Entwicklungskosten sowohl für die Hardware selbst als auch für die Software sind immens. So arbeiten diese Systeme meist in Umgebungen mit Software, die bereits vor Jahren gezielt für einen speziellen Einsatz und eine bestimmte Anlage programmiert wurde. Der Austausch dieser proprietären Anwendungen würde eine komplette Revision der Anlage mit weitreichenden Folgen und Kosten nach sich ziehen.

Fokus auf Anlagenkern

Die lüfterlosen Industrie-PCs der ARK-5000-Serie von Advantech bieten viele Schnittstellen und ermöglichen eine modulare Systemerweiterung mit PCI/PCIe-Slots.

© Advantech

In Asien gehen Anlagenhersteller schon seit langem einen anderen Weg: Sie konzentrieren sich auf den Kern der Anlage, die eigentliche Anwendung. Das Steuerungssystem wird meist durch fertige Panel-PCs oder eine Kombination von Box-PC mit Open-Frame-Monitor in einem eigenen Gehäuse realisiert. Dies senkt die Entwicklungskosten und die Zeit bis zum Markteintritt erheblich. Ein weiterer positiver Aspekt dieser Herangehensweise zeigt sich bei einer Systemstörung oder eines Ausfalls. Wo eigenentwickelte Steuerungs-PCs in diesen Fällen oft enorme Kosten nach sich ziehen – vor allem für den Produktionsausfall – lässt sich ein Box-PC nach dem Lösen der angebundenen Kabel einfach austauschen. Denn er ist in der Regel mechanisch simpel mit dem Gesamtsystem verbunden. Damit reduzieren sich die Service- und Wartungskosten erheblich. Die detaillierte Ana­lyse, welche Einzelkomponente die Störung ausgelöst hat, erfolgt dann im Nachgang, ohne den Anlagenbetrieb weiter zu beeinträchtigen.

Insbesondere die deutlich kürzere 'Time to Market' spricht für ein fertiges System eines etablierten Embedded-Herstellers. Box-PCs, das heißt kompakte, meist lüfterlos kühlbare Systeme, die auch für raue Umgebungen konzipiert sind, bilden hierbei den besten Einstieg. Denn in vielfach erprobten Designs ermöglichen sie den problemlosen Einsatz in unzähligen Industrieapplikationen. Die große Bandbreite der verfügbaren Systeme bildet die meisten Szenarien ab und ermöglicht den Einsatz derartiger Systeme ohne nennenswerten Entwicklungsaufwand auf Systemebene.

Vielfältige Box-PCs

Box-PCs stehen in unterschiedlichen Performance-Klassen zur Verfügung: von ARM-basierten Lösungen für den Digital-Signage-Bereich oder für einfache I/O-Aufgaben, über Intel-Atom-CPUs zur Steuerung kleinerer Anlagen in der Automation bis hin zu hoch performanten Lösungen mit Intel-Core-i7 oder Xeon-CPU zur Steuerung von Robotern, ganzen Verarbeitungszentren wie auch als Server in der Industrial Cloud. Die Kühllösungen sind vom jeweiligen Systemhersteller auf die Komponenten abgestimmt sowie für den präferierten Einsatz getestet und dimensioniert, so dass sie die sichere Funktion des PC selbst in rauen Umgebungen sicherstellen.

Ein weiterer Vorteil: Der Box-PC kann mit vorinstalliertem Betriebssystem geliefert werden. Hier stehen je nach Einsatz-Szenario verschiedene EmbeddedSysteme von Microsoft zur Auswahl, wie Windows-Embedded-Compact vor allem für ARM-basierte Lösungen, Windows-Embedded-Standard für die x86-Systeme sowie Embedded-Linux. Zudem dienen Realtime-Systeme für zeitkritische Steuerungsaufgaben im Alarmbereich oder auch bei schnelllaufenden Systemen. Auch kundenspezifische Images – also Abbilder der Systemdatenträger inklusive aller Treiber und inklusive der Anwendungs-Software – lassen sich in den meisten Projekten bereits ab Werk vorinstallieren, so dass die Systeme ‚out of the Box‘ einsetzbar sind. Dies reduziert die Handlingkosten in der Anlagenfertigung auf ein Minimum und ermöglicht den Austausch der Systeme an beliebigen Einsatzorten weltweit.

Neben Box-PCs sind diverse Systeme für Hutschienenmontage oder Rack-Einbau bis hin zu fertigen Touch-Panel-PCs auf dem Markt, die mit kleinen Anpassungen für viele Designs eine Lösung bieten. Die Panel-PCs, in welchen das Display als Frontend enthalten ist, stehen kombiniert mit unterschiedlichsten Touch-Lösungen und in diversen Diagonalen zur Auswahl und stehen so für unterschiedlichste Anwendungen zur Verfügung.

Anwender, die pro System mehr Erweiterungskarten verwenden müssen, als ihnen der ATX-Standard zur Verfügung stellen kann, können auf 19-Zoll-Systeme mit Backplanes und den passenden Slot-Single-Board-Computern zurückgreifen. Hier kommt das eigentliche Mainboard in Form einer Steckkarte zum Einsatz; so können deutlich mehr Erweiterungskarten platziert werden. Auch diese Systeme sind als vorgefertigte Lösungen verfügbar, sowohl als Barebones (Systeme ohne CPU, Speicher, Storage und Betriebssystem) wie auch als Komplett­systeme, ausgerüstet mit Standard-Mainboards oder Backplanes mit PICMG-Prozessorkarten, mit aufgespieltem Betriebssystem oder kundenspezifischem Image. Die hier eingesetzten Komponenten kommen in der Regel alle aus dem Portfolio des jeweiligen Systemherstellers und sind somit aufeinander abgestimmt und vielfach getestet. Das ­Zusammenspiel von Backplane und Prozessorkarte stellt somit kein Problem mehr dar, der Anlagenhersteller spart sich aufwendige Kompatibilitätstests auf Komponentenebene und die Entwicklung kann sich voll und ganz auf die eigentlichen Steckkarten und deren Zusammenarbeit mit der Plattform und der Software konzentrieren.

Weltweite Zertifikate

Die meisten Anlagen-Hersteller vertreiben ihre Systeme weltweit und sehen sich mit den unterschiedlichsten Genehmigungsverfahren und deren Zulassungen konfrontiert. Jeder Zielmarkt verlangt hierfür andere Zulassungen wie zum Beispiel nach lokalen Vorgaben zur elektromagnetischen Verträglichkeit und zum Brandschutz. Ob CE, UL oder andere – für die PCs der Embedded-Systemhersteller stehen meist alle Zertifikate zur Verfügung. Für den Anlagenhersteller entfallen damit die Kosten der einzelnen Zertifizierungen für deren unterschiedliche Zielmärkte und der Einsatz der Embedded-PCs in Anlagen; auch ihr Versand beim Austausch im Fehlerfall gestaltet sich einfacher. Damit die Systeme für die Betreiber nicht als Fremdlösung erkennbar sind, bieten die meisten Auftragsfertiger ein Branding mit Kundenlogo und Etiketten sowohl des Systems selbst als auch der Verpackung, das dem Corporate Design ganz oder weitgehend entspricht.

Mit dieser Vielfalt an Lösungen stellt sich die Frage ‚Make or Buy?‘ nicht länger nur auf Board-Level-Ebene, sondern auch auf Systemebene. Beim Distributor Rutronik erhalten Anwender sowohl Lösungen auf Komponentenbasis als auch Komplettsysteme, bei denen Entwicklung und Assemblierung entfällt, sowie die Projektanalyse und -beratung.

Autor:
Mario Klug ist Senior Marketing Manager Embedded Boards & Systems bei Rutronik Elektronische Bauelemente.