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MPL - DURCHDACHTES IPC-KONZEPT
COMPACT – COMPLETE – CLEVER

2. August 2006

In einer industriellen Umgebung werden besondere Anforderungen an den Steuerungs- oder Messrechner gestellt. Höchste Priorität hat meist eine hohe Zuverlässigkeit bei möglichst geringer Wartung, womit der Betrieb ”rund um die Uhr” gewährleistet werden kann. Zudem sollten industrielle Systeme teilweise auch rüttel- und schockfest sein und bei Temperaturen außerhalb des normalen, geregelten Büroklimas funktionieren.Ein gewisser Schutz gegen Staub und sonstige Schmutzpartikel wäre ideal und erhöht die Störungssicherheit. Zudem
ist die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Systems ein wichtiges Thema. Im Idealfall ist ein Rechner äußerst flexibel, das heißt er besitzt möglichst viele Kommunikations-Schnittstellen (für einfache Vernetzung und Anschluss von zahlreichen Peripheriegeräten), womit der Anwender das gleiche Produkt in unterschiedlichen Anwendungen einsetzen kann. Der Rechner ist erweiterbar, um flexibel anwendungsspezifische Anpassungen und Erweiterungen nach Wunsch und Bedarf vornehmen zu können. Selbstverständlich sollte das komplette System auch in einem möglichst kleinen Gehäuse untergebracht sein, damit der Rechner nicht viel Platz beansprucht. Da die Geräte häufig in Anlagen eingesetzt werden, die dann über mehrere Jahre im Einsatz sind, sollte der Rechner auch möglichst lange verfügbar sein und unterhalten werden können, um die Unterhaltskosten gering zu halten.
All diesen Anforderungen versuchen die diversen ”Industrie-PC” mit unterschiedlichsten Ansätzen gerecht zu werden, doch nicht alle erreichen diese Ziele in der Praxis. Eine entscheidende Rolle spielt dabei offensichtlich die gewählte Positionierung innerhalb der beiden Produktmerkmale Qualität und Preis.

ZUVERLÄSSIGKEIT &
WARTUNGSFREIHEIT

Hohe Zuverlässigkeit und kleiner Wartungsaufwand müssen ein Hauptziel eines jeden Industrie PC sein. Um dies zu erreichen, muss folglich auf ausfallträchtige Verschleißteile verzichtet werden. Somit sind Lüfter tabu! Um die anfallende Verlustleistung der Rechner abzuführen, muss ein anderes Kühlkonzept benutzt werden, das ohne Einschränkung der Lebensdauer und mit möglichst kleiner Ausfallrate funktioniert. Als optimale Variante erweist sich eine passive
Kühlung, bei der die natürliche Wärmeleitung ausgenutzt wird. Die Wärme an den Hot Spots auf der Platine wird also durch direkte Kontaktierung mittels geeigneten Materialien an das gesamte Gehäuse abgegeben. Das gesamte Gehäuse dient dem Rechner somit als Kühlkörper! Da der Wärmeableitung aber physikalische Grenzen gesetzt sind und um trotzdem noch einen großen Betriebstemperaturbereich (bis zu 85°C) zu erreichen, ist klar, dass das komplette System zwingend mit möglichst geringer Verlustleistung
arbeiten muss! Dies bedingt somit den Einsatz von stromsparenden Bauteilen, um die abzuführende Energie möglichst klein zu halten. Auch muss bereits bei der Board-Entwicklung darauf geachtet werden, dass die Wärme erzeugenden Bauteile so platziert werden, dass sie entsprechend dem Kühlkonzept zugänglich sind. Bei nachträglichem Zusammenbau diverser Baugruppen zu einem System können diese Aspekte meist nur ungenügend berücksichtigt werden, da ein Gesamtkonzept fehlt. Auch eine eine Umsetzung des CPU Referenz-Designs in einen anderen Formfaktor reicht bei weitem nicht aus. Für eine optimale Lösung muss bereits bei der Produktdefinition und der anschließenden Board-Entwicklung ein minimaler Stromverbrauch als Basis einer hohen Zuverlässigkeit und einem möglichst wartungsfreien Betrieb definiert werden. Wird die Kostenoptimierung als Hauptziel des Designs festgesetzt, so kann dies nicht zu einer befriedigenden Lösung führen.

FLEXIBILITÄT
Oft bildet die Kompaktheit des Gesamtsystems die Voraussetzung, damit es überhaupt in die Anwendung integriert werden kann. Zudem soll sich der IPC an die PCStandards halten und damit die SW Implementation so einfach wie möglich gestalten. Skalierbare Systeme, die es erlauben z.B. die CPU-Performance, den Arbeitsspeicher, Massenspeicher etc. je nach Anwendung
festzulegen, bieten zudem ideale Voraussetzungen, um massgeschneiderte Lösungen entsprechend den gestellten Anforderungen zu garantieren und erst noch für künftige Ausbauvarianten gewappnet zu sein! Damit das System ferner weiter ausgebaut werden kann, braucht es eine Standard-Erweiterungsschnittstelle.Dabei sollte es sich nach Möglichkeit um ein weit verbreitetes, herstellerunabhängiges Interface handeln. In der Industrie ist z.B. die PC/104-Plus Schnittstelle bestens bekannt, diese ist PCkompatibel und erfüllt die PC-Standards bezüglich HW- und SW-Architektur.

ROBUSTHEIT & EINHALTEN
VON NORMEN
Damit ein IPC die gestellten Anforderungen etlicher Umgebungsbedingungen wie Staub, Schmutz und Feuchtigkeit bewältigen kann, benötigt er ein solides, kompaktes und geschlossenes Gehäuse. Zudem sollte das Gehäuse mit wenig Ritzen auskommen, in denen sich Schmutz und Keime ablagern können. Ein innen rundum leitendes Metallgehäuse blockt elektromagnetische Felder
und Störungen ab. Chromatieren und Eloxieren verhindern Korrosion und Oxidation. Der Einsatz von Terminierungen direkt auf dem Board reduziert die abgestrahlten EMV-Felder, was die Einhaltung diverser Normen vereinfacht und den Einsatz von teuren externen Schirmmassnahmen eliminiert. Durch Schutzbeschaltungen kann im Weiteren der externe Aufwand zum sicheren
Betrieb des Systems herabgesetzt werden.


BEISPIELHAFTE PRODUKTE
Die Produkte der PIP-Familie der Firma MPL AG sind unter den vorgängig beschriebenen Aspekten entwickelt worden und erfüllen somit die vielen
anspruchsvollen Anforderungen, die an Industrie-Rechner gestellt werden. Bei den PIP-Boards handelt es sich um Eigenentwicklungen, welche
auf niedrigsten Stromverbrauch ausgelegt sind und über eine passive Kühlung ohne Heat Pipes verfügen. Dieses Kühlkonzept benötigt keinerlei Wartung, funktioniert in jeder Einbaulage und weist keine Einschränkungen bezüglich Lebensdauer auf. Alle Geräte verfügen über eine komplette Ausstattung an Kommunikations-Schnittstellen (Ethernet, USB, FireWire, RS232, ....) sowie eine PC/104-Plus Erweiterung, die weitere Ausbaumöglichkeiten erlaubt. Dazu werden verschiedene robuste und kompakte Gehäusevarianten angeboten. Durch den konsequenten Einsatz von Bauteilen aus den Embedded Roadmaps kann auch eine echte langjährige Verfügbarkeit angeboten werden. Zudem werden durch Einsatz von Bus-Terminierungen und ESD Schutzbeschaltungen
direkt auf dem Board ideale Voraussetzungen geboten, um die notwendigen
Zertifi zierungen der unterschiedlichsten Normen zu bestehen.


FAZIT
Der blosse Zusammenbau diverser billiger/günstiger, nicht aufeinander abgestimmter Standard-Module zu einer Einheit kann nicht die Grundlage eines IPC sein! Hohe Systemverfügbarkeit kann nur durch Wartungsfreiheit und Robustheit des Gesamtsystems erreicht werden. Zudem bieten der Einsatz von langfristig verfügbaren Komponenten und das Angebot von skalierbaren Systemen den Anwendern eine erhöhte Investitionssicherheit. Um die vielseitigen und hochgesteckten Anforderungen an einen Industrie PC zu erfüllen, braucht es ein übergeordnetes, durchdachtes Gesamtkonzept. Es muss die richtige Mischung zwischen Qualität und entstehenden Kosten des Produktes gefunden werden. Mit der gezielten Ausrichtung auf das Segment der Industrie Rechner, die höchsten Anforderungen gerecht werden und basierend auf ihrer zwanzigjährigen Erfahrung, ist die Firma MPL AG der ideale Partner für durchdachte Industrie PCs.
 

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