Kompakte Embedded-Systeme sind nur selten für Anwendungen zwischen Desktop Computer und Industrierechner ausgelegt. Obwohl für so manche Anwendung auch ein ansprechendes Design, hinter dem modernste PC-Technologie für hohe Anforderungen steckt, gefragt ist.

In der Automatisierungstechnik und Anlagensteuerung haben sich seit vielen Jahren hochleistungsfähige 19-Zoll-Rechnersysteme und komplexe Embedded-Systeme durchgesetzt. Die High-end-Rechner sind für das industrielle Umfeld robust ausgelegt und laufen zuverlässig rund um die Uhr. Doch es gibt auch eine Reihe von Anwendungen, die nicht nur hohe Ansprüche an die eingesetzte Rechnertechnologie haben, sondern auch ein kompaktes, ansprechendes System-Design erwarten.

Anforderungen an Industrierechner

Warum lassen sich in professionellen Anwendungen keine preisoptimierten Consumer-PCs einsetzen? Industrielle Rechner sind besonders robust und selbst für extreme Umgebungsbedingungen (rugged) ausgelegt. Je nach Anforderung arbeiten die Industriesysteme in einem erweiterten Temperaturbereich bis +50 °C. Gängige PCs für den Massenmarkt sind hingegen lediglich für einen Betrieb bis +35 °C ausgelegt. IPCs (Industrie-Computer) weisen eine hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit und ein verbessertes EMV-Verhalten auf. Zahlreiche Modelle verfügen standardmäßig über einen Luftfilter, sodass sie auch in staubigen Umgebungen zum Einsatz kommen. Auf Wunsch können die Rechner unterschiedliche Industrienormen erfüllen.
Selbst unter extremen Umwelteinflüssen arbeiten viele Industriecomputer im 24/7-Dauerbetrieb an 365 Tagen im Jahr. Um Systemausfälle über viele Betriebsjahre zu verhindern, sind die leistungsfähigen Rechner weitestgehend wartungsfrei ausgelegt. Zur Überwachung wird bei Bedarf eine spezielle Monitoring-Software installiert, die den Zustand des Systems permanent anzeigt und Fehlfunktionen meldet. Industrierechner verzichten, wenn möglich, auf Batterien, Lüfter und rotierte Massenspeicher wir HDDs (Hard Disk Drive). Die eingesetzten Komponenten haben eine hohe Qualität, die eine lange Lebensdauer sicherstellt. Alle verbauten Teile sind lange Zeit verfügbar und damit ist auch der komplette IPC über mehrere Jahre lieferbar.

Booksize-Computer

Für Anwendungen zwischen Desktop Computer und robustem Industrierechner hat MSC Technologies das kompakte Embedded-System Booksize B1-Q87 der Marke DSM Computer entwickelt, siehe Abbildung 1. Der Box-PC im Booksize-Format weist Abmessungen von 330 x 206 x 88 mm (B x T x H) auf. Das integrierte Netzteil, ein auswechselbarer Luftfilter und ein SSD/HDD-Wechselrahmen sorgen für die im Industrieumfeld geforderte Robustheit, Flexibilität und Zuverlässigkeit des Systems.
Auf den ersten Blick lässt der B1-Q87 nicht vermuten, dass hinter dem schwarzen Designer-Gehäuse moderne PC-Technologie für hohe Anforderungen steckt. Der Rechner integriert ein MiniITX Board von Fujitsu mit Intel Core-Prozessor i3/ i5/ i7 der vierten Generation aus der Desktop-Serie (TE-Version) der Embedded Roadmap. Der dazu passenden Chipsatz ist der Intel Q87.
Aufgrund der geringen Verlustleistung der Desktop TE-Prozessoren lassen sich bei guter Kühllösung auch kompaktere Industrierechner hoher Leistung realisieren. Die CPU-Familie ist für eine Oberflächentemperatur (Tcase) bis zirka 70 °C zugelassen. Die maximale Thermal Dissipation Power (TDP) der Prozessoren liegt je nach Typ zwischen 35 und 45 Watt. Die CPU kann passiv gekühlt werden, was die Lebensdauer des Rechnersystems erhöht.
Standardmäßig wird der Booksize-PC mit dem Intel Core-Prozessor i3-4330TE mit zwei Kernen und vier Megabyte Cache bestückt. Die CPU wird mit 2,4 Gigahertz getaktet. Für anspruchsvollere Anwendungen können optional die Intel Core-Prozessoren i5-4570TE mit zwei Cores beziehungsweise der Quad-core i7-4770TE integriert werden. Der Grafikcontroller Intel HD4600 Graphics ist im High-end-Prozessor integriert. Der on-board Arbeitsspeicher aus DDR3 SDRAMs (1600 /1333 Megahertz) lässt sich von vier Gigabyte bis 16 Gigabyte aufrüsten. Die zur Verfügung stehenden Grafikanschlüsse DVI-I und 2 x DisplayPort (DP) V1.2 ermöglichen den Anschluss von drei unabhängigen, hochauflösenden Displays. Neben 5 x USB 3.0 und 8 x USB 2.0 Interfaces sind zwei GbE-LAN-Schnittstellen, HD Audio, serielle Ports und Serial ATA für fünf SATA III 600 vorhanden.

Das Gehäuse des Industrierechners ist im Vergleich zu Consumer PCs massiv und hochwertig ausgeführt. Zur Montage des robusten Rechnergehäuses im 19-Zoll-Schaltschrank (Die Booksize-Höhe entspricht 2 HE) oder an Wand und Tisch sind von MSC Technologies 19-Zoll-Einbauwinkel, Bodenschienen oder eine Wandhalterung erhältlich. Zwei regelbare Systemlüfter, die redundant ausgelegt sind, stellen sicher, dass der Rechner auch nach Ausfall eines Lüfters weiterhin ausreichend gekühlt wird. Damit wird die Zuverlässigkeit des kompletten Systems erhöht. Der Betriebstemperaturbereich ist von 0 bis 50 °C spezifiziert. Um einen schnellen Zugriff zum Innenleben des B1-Q87 sicherzustellen, lässt sich das Gehäuse mit einer einzigen Schraube öffnen.
Durch den installierten Luftfilter ist der IPC auch für den Betrieb in staubigen Umgebungen geeignet, siehe Abbildung 3. Die Lüfterkassette ist von vorne, auch während des Betriebs leicht auswechselbar, was eine einfache Wartung des Rechners ermöglicht. Im Gegensatz zu Consumer PCs ist beim Booksize PC von MSC Technologies ein 220 Watt AC-Netzteil zur Erhöhung der Qualität und Zuverlässigkeit bereits integriert. Alternativ verfügt das Embedded-System über ein DC-Netzteil und wird über eine Phoenix-Buchse mit 24 Volt DC versorgt.
Der Booksize B1-Q87 lässt sich über einen freien PCI Express x16-Steckplatz für kurze Karten, zum Beispiel für eine Grafikkarte, flexibel erweitern. Zusätzlich sind ein 3,5 Zoll Wechseleinschub oder eine interne SSD/HDD vorhanden. Der optionale Wechselrahmen für zwei 2,5 Zoll SSDs/HDDs, der ohne Öffnen des Geräts ausgetauscht werden kann, steht für eine hohe Datensicherheit.

Zwischen Desktop Computer und IPC

Der kompakte Box-Industrierechner ist für Anwendungen zwischen Desktop Computer und Industrierechner ausgelegt und eignet sich unter anderem als Datenbank-Server bei Überwachungsaufgaben und der Messwerterfassung. Weitere Zielmärkte sind Digital Signage, Retail und Gaming.