Tipps zum perfekt konfektionierten IPC-System

Tipps zum perfekt konfektionierten IPC-System
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19“-Rack-PC, Mini-/Box-PC und Panel-PC im Vergleich
08.07.2015 | 19“-Rack-PC, Mini-/Box-PC und Panel-PC im Vergleich: Jede Fertigungsanwendung ist anders. Jede Betriebsumgebung unterscheidet sich. Um dem Anwendungsspektrum Rechnung zu tragen, stehen Industrie-PCs in unterschiedlichen Bauformen und Systemauslegungen zur Wahl.

Technische und betriebswirtschaftlich-organisatorische Kriterien helfen, das optimale System für die konkreten Einsatzbedingung zu finden. Wir erläutern, welche das sind und wie Anwender zu ihrem perfekt konfektionierten IPC-System kommen.

Eine immer intelligentere Vernetzung und Steuerung ist unverzichtbar, um die Produktivität und Effizienz in der Fertigung zu steigern. Flankiert wird dieser Trend von einer wachsenden Intelligenz der Maschinenkomponenten vor Ort. Das Einsatzspektrum für den Industrie-PC (IPC) als zentrale Stütze der industriellen Automatisierung wird durch die aktuellen Trends noch vielschichtiger. Gleichzeitig schaffen die Entwicklungsschübe in der PC-Technik neue Wahlmöglichkeiten. Unternehmen sind daher in der komfortablen Position, mit Blick auf die konkreten Einsatzbedingungen ihr System aus einem breiten Angebot präzise zu konfektionieren.
 
Bauformen von Industrie-PCs
Allgemein stehen drei grundlegende Bauformen für Industrie-PCs zur Wahl: 19"-Rack-PC, Mini- beziehungsweise Box-PC in unterschiedlichen Ausprägungen sowie Panel-PC. Jede Bauform verfügt über individuelle Stärken und Schwächen, die in den verschiedenen Einsatzbereichen unterschiedlich stark zum Tragen kommen. Der 19"-Formfaktor punktet mit hohen Leistungsdaten, üppiger Ausstattung und verbessertem Ausfallschutz durch Redundanz. Die Rack-Aufstellung bedeutet allerdings zwangsläufig mehr Platzbedarf und Aufwand in der Verkabelung zur Anbindung der Maschinen. Der Mini-PC lässt sich mit seinen kompakten Maßen dicht an den Anlagen montieren oder als embedded PC direkt einbauen. Er ist mit seiner geschlossenen Bauform für den Einsatz in raueren Betriebsumgebungen prädestiniert. Insbesondere die lüfterlosen Modelle sind häufig als 24h/7d-Dauerläufer konzipiert, die widrigen Bedingungen trotzen. Auch wenn die Modelle über zahlreiche Konfigurationsoptionen verfügen, sind Rechenleistung und Ausbau-Möglichkeiten dieser IPC-Bauform im Vergleich zum 19"-Formfaktor deutlich eingeschränkt. Kennzeichen vom Panel-PC ist, dass er für Visualisierungsaufgaben neben der Recheneinheit über ein Display verfügt. Seine Recheneinheit, die letztlich zu der Klasse der Mini-PCs zählt, ist mit Blick auf Leistung und Ausbaumöglichkeit eingeschränkter als die eher universell ausgerichteten zwei anderen Formfaktoren.
 
Auswahlkriterien
Um einen Industrie-PC optimal für den individuellen Gebrauch auszustatten, sind fünf Kategorien ausschlaggebend:
  • Umgebungsbedingungen / Kühlkonzept (mit oder ohne Lüfter)
  • Platz und die Einbausituation / Gehäusegrösse bestimmt Formfaktor
  • Leistung / Wahl des Prozessors + Speicher
  • Erweiterbarkeit / Schnittstellen + Erweiterungssteckplätze
  • Einbindung sowie Betriebs- und Einsatzkosten / Wartung + Langzeitverfügung
 
Anhand dieser Kriterien lassen sich für den konkreten Einsatzfall der passende Formfaktor und die geeignete Systemauslegung identifizieren. Dieser Prozess ist im Detail jedoch komplex und kompliziert - ungeachtet der breiten Wahlmöglichkeiten. Denn auf der Suche nach einem optimalen System führen die fünf Kategorienklassen nicht zwangsläufig zu einem eindeutigen Ergebnis. Die Ursache hierfür liegt in den sich wechselseitig beeinflussenden, sich mitunter sogar ausschließenden Anforderungen wie nachfolgendes Beispiel zeigt.

Zuverlässigkeit ist entscheidend

Zuverlässigkeit ist entscheidend
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Die Spectra PowerBox 3000 im I/O-Vergleich mit einem 19“ IPC-System.
Auch wenn Anwendung und Einsatz sich von Unternehmen zu Unternehmen unterscheiden, ist die Kernanforderung an einen Industrie-PC stets dieselbe: Zuverlässigkeit! Das bedeutet im Klartext, dass ein IPC den vorherrschenden Umwelteinflüssen wie elektromagnetische Strahlung, Hitze, Schmutz und Vibration trotzen muss. Ein geschlossenes Gehäuse, mit dicht ausgeführten Schnittstellen nach außen, schützt hier fraglos vor Staub und Feuchtigkeit. Ein System mit modularem Design und weitgehend kabellosem Aufbau ist von Vorteil bei mechanischen Belastungen, da die Gefahr eines Ausfalls durch Kabelbruch gemindert ist. Ausgeklügelte Kühlkonzepte auf Basis von Heatpipes und Kühlrippen garantieren ein zuverlässiges Arbeiten selbst bei 60°C hohen Betriebstemperaturen. Problematisch wird es allerdings, wenn in einer Umgebung mit großer mechanischer Belastung oder hoher Schmutzentwicklung zumindest teilweise höhere Temperaturen herrschen. Der Einbau beziehungsweise die Zuschaltung eines Lüfters bei Erreichen einer vordefinierten Temperaturschwelle hilft in diesem Fall zwar, die Hitze im Gehäuseinneren niedrig zu halten, die mechanische Komponente Lüfter führt allerdings zu einem gesteigerten Verschleißrisiko und - insbesondere in sehr schmutzigen Umgebungen - zu einem höheren Wartungsaufwand, da regelmäßig verschmutzte Filter zu reinigen sind. Es gilt folglich sorgfältig abzuwägen, ob man diese Nachteile in Kauf nimmt oder einen alternativen Standort für den IPC ins Auge fasst. In vielen Fällen bringt die Einbausituation vor Ort an der Maschine die Standortfrage automatisch aufs Tapet. Ist der verfügbare Raum sehr knapp bemessen ist, bleibt mitunter zu wenig Platz, um die geforderten Schnittstellenkarten für Feldbusse, Aktoren und Sensoren zu erfüllen. Den Prozessoren der passenden Mini-IPCs fehlt es in der Regel an Leistung, um neben der SPS-Controllersteuerung weitere Aufgaben etwa zur Visualisierung im Rahmen der Qualitätsüberwachung aufzunehmen. Soll nicht für jede Funktion ein eigener PC eingeführt werden, muss hier ein leistungsstärkeres beziehungsweise breiter ausgestattetes System eingeführt werden. Dessen Abmessungen sind dann schnell zu groß für den vorhandenen Platz an der vorgesehenen Einbaustelle. Jeder Ortswechsel bedeutet jedoch zwangsläufig veränderte Umwelteinflüsse, die neu zu bewerten sind.

Weniger ist mehr

Weniger ist mehr
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Spectra PowerBox 3000 mit einem externen Lüfter
Seitens der 'Betriebs- und Einsatzkosten' beeinflussen wiederum die Punkte Leistungsbandbreite und Ausbaupotenzial die Wahl, wenn unterschiedliche Maschinengrößen und Aufgaben mit einer Systemarchitektur abzudecken sind. Wichtige Aspekte sind in diesem Zusammenhang Betriebsmanagement, Schulung, Wartung und Ersatzteilhandling. Die simple Leitlinie lautet hier "Weniger ist mehr". Je geringer die Zahl der Systemarchitekturen ist, desto weniger Spezialwissen muss in der Administration geschult werden. Je geringer die Zahl systembedingter Unterbrechungszeiten wegen Wartungsarbeiten ist, desto erfreulicher fällt die betriebswirtschaftliche Einsatzbilanz aus. Oder vor dem Hintergrund der bereits verfügbaren IT-Infrastruktur: Je weniger Änderungen vorgenommen werden müssen, desto schneller kann die Inbetriebnahme erfolgen. Die Langzeitverfügbarkeit der Komponenten muss hierbei allerdings in jedem Fall gesichert sein, um die Gefahr eines aufwändigen Re-Designs zu minimieren.
 
Wahlspielräume
In der Vergangenheit waren Industrie-Unternehmen in ihrer Wahl eines optimalen IPCs aufgrund von Leistungs- und Wirtschaftlichkeitsüberlegungen immer wieder zu Zugeständnissen gezwungen. Viele Anforderungen bezüglich Performance und Schnittstellen-Ausbau ließen sich nur von einem 19" IPC erfüllen. Die Einsatzbedingungen vor Ort machten dagegen eher die lüfterlosen Mini-PC oder Box-PC zu idealen Lösungskandidaten. Die Leistungsschübe in der PC-Technologie führen in diesem Punkt nun zu erheblich mehr Spielraum.

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