Industrie PC - IPC

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Autoren / Letzter Bearbeiter

Dominik Kessler


Industrie PC

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Was ist ein Industrie PC? Definition:

Ein Industrie PC oder IPC ist ein Computer, der im Aufbau für den Einsatz im industriellen Umfeld konzipiert und optimiert ist. Dabei sieht der Industrie-PC dem handelsüblichen IBM-kompatiblen PC sehr ähnlich und er kann überdies mit der Software für Personal Computer betrieben werden. Der Unterschied zwischen einem Industrie PC zum Consumer- oder Office-PC ist die Fokussierung auf Robustheit, Langlebigkeit und Langzeitverfügbarkeit. Aspekte wie Rechen- und Grafikleistung treten hierbei zumeist in den Hintergrund. Industrie PCs sind oft mit industrietypischen Schnittstellen ausgerüstet, die im privaten oder Office-Bereich wenig bis keine Anwendung finden. Gemäß ihres Einsatzgebietes gibt es Industrie PCs in unterschiedlichen Größen und Bauformen.

Auch oft gesucht: IPC, Industrie PCs, Industrie-PC


Andere Spezial PCs sind Medical PC, Medizinische Computer und Vehicle PC, Fahrzeug PC.


Allgemeines

Ein Industrie PC, kurz IPC, ist ein Gerät, welches für den Einsatz im industriellen Umfeld konzipiert wurde und bis auf industriespezifische Merkmale herkömmlichen Personal Computern ähnelt. Im Vergleich mit Personal Computern für Endkunden liegen die Unterschiede vor allem im Bereich Zuverlässigkeit, Kompatibilität, Erweiterungsoptionen sowie Langzeitverfügbarkeit von Komponenten.

Industrie-PCs zeichnen sich als hochwertige Computer aus, die Schutz vor Feuchtigkeit und Staub bieten, eine hohe Toleranz gegenüber Luftfeuchtigkeit und hohen Temperaturen sowie Vibrationen besitzen sowie mit den allen relevanten und benötigen Schnittstellen ausgestattet sind.

Abhängig von Aufgabe und Einsatzumgebung existieren Industrie Computer in verschiedensten Ausführungen, Formen und mit den unterschiedlichsten Spezifikationen, sowohl von Systemen im 19" Zoll Standardformat zum Einbau in Racks, über embedded Box-PC unterschiedlichster Größenordnungen bis hin zu Panel-PC, All-In-One-Lösungen die Rechner, Bildschirm und Eingabegerät in einem Gehäuse vereinen, als auch besonders robuste, flexible und mobile Computer wie tragbare Workstations, Vehicle PC, rugged Laptops und Industrie Tablet PC. Diese wiederum teilen sich noch weiter auf in Rechner mit einem breitgefächerten Anwendungsspektrum und Sondermodelle, die aufgrund ihrer Ausstattung und Ausführung, auf einzelne vertikale Märkte, wie das Gesundheitswesen, das Militär, Transportunternehmen, die Energiewirtschaft, die Genuss- und Lebensmittelindustrie oder Öl-und Gasverarbeitung zugeschnitten sind.

Die Aufgaben, die von Industrie PC übernommen werden sind vielfältig. Werden sie in der Automatisierung eingesetzt, um Daten zu erfassen und auszuwerten, um mit diesen Ergebnissen angeschlossene Anlagen zu steuern, so dienen sie in der Prozesssteuerung zumeist der Visualisierung und als Human-Machine-Interface (hmi). Zunehmend wichtiger werden auch Kommunikationslösungen (Router, Switche, IoT Gateways, Firewalls, etc.), die den Anforderungen, die an Industrierechner gestellt werden, entsprechen, da auch diese in einer zunehmend digitalisierten Welt an Orten aufgestellt und verwendet werden müssen, die Standardgeräten zu viel abverlangen. Ein weiterer wachsender Markt sind mobile Geräte, die harschen Arbeitsbedingungen genügen. Als Tablet, Laptop oder tragbare Workstation, bieten auch diese die Robustheit, Langlebigkeit und Langzeitverfügbarkeit ihrer stationären Pendants.



Was ist ein Industrie PC?



Anwendungsgebiete

Neben dem Einsatz in der (Industrie)Automation oder Robotik sind Industrie PCs vor allem im Bereich industrielle Kommunikation, industrielle Bildverarbeitung sowie Prozessvisualisierung, Prozesskontrolle und Datenakquise zu finden und bieten dort die optimale Lösung an. Auch in der Qualitätssicherung und Sicherheitstechnik sowie auf Prüf- und Testständen werden Industrie-PCs eingesetzt.

Anforderungen

Die Anforderungen an einen Industrie-PC können je nach Einsatzbereich unterschiedlich anfallen. Neben den technischen Informationen sind vor allem die Soft- und Hardware-Anforderungen von IPCs wichtig.

Technische Informationen

Industrie PCs werden üblicherweise in geringeren Stückzahlen als Personal Computer oder Office PCs gefertigt. Während man sich in den frühen Tagen der Industrie PCs vor allem auf den 19-Zoll-Formfaktor konzentrierte, zeichnete sich schon vor einigen Jahren ein Trend zu kleineren Formfaktoren und lüfterlosen Kühlkonzepten ab, begünstigt durch den rasanten Aufstieg der Automatisierung. 19“-Gehäuse werden heutzutage weiterhin vor allem für Server verwendet. Die Geräte sind je nach Einsatzgebiet meist gegen widrige Umgebungsbedingungen geschützt, sei es Staub, Feuchtigkeit, Hitze, Kälte, elektromagnetische Störsignale, Erschütterungen, Vibrationen oder sonstige Umwelteinflüsse.

Software Anforderungen

Durch den überwiegend Einsatz von Industrie PCs in der Industrieautomation sowie Robotik sind Anforderungen an die Software eines IPC auch entsprechend hoch. Dazu zählen beispielweise:

  • Echzeit- Verarbeitung der Prozess- und Produktionsdaten
  • lange Standzeiten ohne das Aufkommen von Softwarefehlern
  • Die Prozess-Peripherie muss integriert werden können

Ein Industrie PC kann auch als Automatisierungsgerät verwendet werden. In diesem Fall gibt zwei unterschiedliche Möglichkeiten bzw. Ausführungen. Zum einen kann der IPC mit Automatisierungsteil als Hardware, z. B. mit Hilfe einer PCI-Steckkarte verwendet werden. In diesem Fall keine eine Echtzeittauchlichkeit gewährleistet werden. Eine weitere Möglichkeit bietet der Industrie PC mit Automatisierungsteil als Software. Hierbei müssen bei der Echtzeittauglichkeit Abstriche gemacht werden, dabei wird zwischen weicher und harter Echtzeit unterschieden.

Betriebssystem

Aufgrund der Ähnlichkeit von Industrie PC zu herkömmlichen Personal Computern können auch die handelsüblichen und bekannten Betriebssysteme, wie Windows von Microsoft oder Linux installiert werden. Anzumerken ist, dass es hierbei einen enormen Vorteil gibt, da es für diese Betriebssysteme ein breit gefächertes Angebot an Entwicklungstools und bereits verfügbaren Softwarelösungen gibt. Beim Einsatz von Linux kann zudem noch auf Open-Source-Lösungen zugegriffen werden. Somit können Spezifikationen sowie Modifikationen, meist kostenlos, genutzt werden.

Hardware Anforderungen

Die Anforderungen von Industrie-PCs werden durch die Einordnung an die Schutzart gekennzeichnet. Die Anforderungen und Umgebungen werden im Folgenden näher betrachtet und erläutert.

Leistungsaufnahme

Bei Industrie-PCs ist eine leistungsparende Variante sehr verbreietet, damit so das meist empfindliche Umfeld nicht durch Wärmeentwicklung der Elektronik des IPCs beeinträchtigt wird. Um dies zu gewährleisten wird Technik aus Laptops bzw. Notebooks verbaut. Dadurch lässt die sich Leistungsaufnahme eines IPC um nahezu die Hälfte vermindern.

Raue Umgebung

Wie bereits oben aufgeführt, muss ein Industrie PC sehr robust sein und gegen äußere Einflüsse, wie extreme Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit, Staub, Vibrationen etc. geschützt sein. Dies wird durch dichte Gehäuse, und besondere Filtern in den Kühllüftern erreicht. Überdies müssen natürlich auch die Steckverbindungen nach außen dicht, robust und widerstandsfähig sein. Auch das Innenleben eines IPC, wie beispielsweise die Elektronik, welche teilweise hermetisch abgekapselt wird. So wird bei der Prozessorkühlung mit Frischluftzufuhr via Heatpipes gearbeitet und nicht mit Lüftern. Das Gehäuse muss so robust und widerstandsfähig sein, dass es selbst starken Vibrationen und Erschütterungen stand hält.

Wenn im Einsatzbereich starke elektromagnetische Störungen (EMV) produziert werden muss der Industrie PC mit seinen Systemen auch dagegen abgeschirmt werden. Dafür sind wieder gesonderte Abdichtungen und das Gehäuse und die Steckverbindungen notwendig. Häufig wird bei Industrie-PCs mit Touchscreen gearbeitet, so können die anfälligen mechanischen Teile wie Maus und Tastatur umgangen werden.

Empfindliche Umgebung

Im Gegensatz zur rauen Umgebung, finden Industrie-PCs auch Einsatz in sehr empfindlichen und geschützten Umgebungen und Räumlichkeiten. Hierbei handelt es sich häufig um Umgebungen, welche auf mechanische und elektromagnetische Störungen sehr empfindlich reagieren. In diesen Fällen kommen auch abgeschirmte Steckverbindungen und Gehäuse zum Einsatz. In diesem Fall sollen Störungen von innen nicht nach außen dringen. Teilweise sind auch spezielle Vorschriften zu beachten, wie beispielsweise der Explosionsschutz. Für solche gesonderten Vorschriften werden spezielle Kapselungen des Gehäuses verbaut.

Wartung

Bei dem Einsatz von IPCs wir Beachtung und Wert auf eine einfache und schnelle Wartung gelegt. Auch Verschleißteile sollten nur in geringer Stückzahl eingebaut werden und leicht zugänglich sein. Somit sind wichtige Teile, wie bespielsweise Festplatten bei Fehlern innerhalb von wenigen Minuten ausgetauscht.

Zuverlässigkeit

Um hohe Standzeiten ohne Ausfall oder Fehler der Hard- und Software sicherzustellen, werden auf bei der Software häufig spezielle Linux-Distributionen eingesetzt und auf der Hardwareseite arbeitet man mit widerstandsfähigen und äußerst robusten Materialien und Komponenten.

Räumliche Enge

Um die ganze Elektronik in den manchmal vergleichsweisen kleinen Raum der industriell genutzten Rechnern zu verbauen, werden Hutschienenmontagen oder Gehäuse, die man sonst für eingebettete Systeme anwendet, eingebaut.

Formen des Industrie PCs

Zu dem Umfangreichen Industrie PC Portfolio zählen Varianten, die speziell für unterschiedliche industrielle Anwendungen entwickelt wurden. Dazu gehören unter anderem Embedded PCs, Rack PCs, Wall Mounted PCs, Panel PCs, Mobile Workstation und Mini PCs. Sie zeichnen sich durch Robustheit und Zuverlässigkeit für unterschiedlichste Branchen und Umgebungsbedingungen aus. Je Applikation können unterschiedliche Anforderungen an die Steuertechnik erfüllt werden, wie z.B. passive Kühlung, Wartungsfreiheit, flexible Speicherlösungen und Kommunikationsschnittstellen. Die hohe Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit dieser wartungsarmen Systeme macht sie ideal für den Einsatz im industriellen Umfeld, wo die äußerlichen Gegebenheiten oft sehr verschieden sein können. Die unterschiedlichen Ausprägungen des Industrie PCs können in den meisten Fällen mit unterschiedlichen Betriebssystemen wie Windows oder Linux bestellt werden.

Industrie PC in Form eines lüfterlosen embedded Box PC

embedded Box PC

Embedded Box PC existieren in unterschiedlichen Arten und Größen. Sie werden häufig im Produktionsprozess eingebettet und befinden sich dann direkt an der Fabrikationsstraße oder sogar in der Maschine, die sie steuern, selbst. Dadurch ergibt sich ein besonderer Anspruch an die Robustheit und Unempfindlichkeit gegen Umwelteinflüsse aus der industriellen Umgebung, Vibrationen, Stöße, extreme Temperaturen und -schwankungen. Weiterhin sehr wichtig sind eine sehr große Zuverlässigkeit und eine lange Marktverfügbarkeit, die sich eher an den Einsatzperiode der Fertigungsstraße orientiert, als an Entwicklungszyklen neuer Prozessoren oder Schnittstellen. Der weitaus größte Teil an embedded PCs ist lüfterlos ausgeführt. Die entstehende Abwärme vor allem durch die CPU wird hierbei über das zumeist mit Kühlrippen versehene Metallgehäuse an die Umgebung abgegeben. Der fehlende Luftstrom sorgt dafür, dass deutlich weniger Staub in das Rechnergehäuse dringt als bei Geräten mit lüfterbasierter Kühlung.

Panel PC

Industrie Panel PC vereinen die Anzeige- (Display), Eingabe- (Touchscreen, Funktionstasten) und Recheneinheit in einem einzigen Gehäuse, stellen somit ein All-in-One Gerät dar. Panel PCs finden überall dort Anwendung, wo auf eine unnötige Verkabelung verzichtet werden soll. Auch Panel PCs finden in einer großen Auswahl an Größen und Ausstattungen Anwendung. So reicht die Spanne von 5.7“ HMIs zur Smart-Home Steuerung bis zu 65“ oder größer als Digital Signage Plattform oder Whiteboard. Je nach Einsatzgebiet sind auch die Gehäuse unterschiedlich ausgeformt. So gibt es Modelle aus schlagfestem, zähem Kunststoff, Aluminium oder Edelstahl für die Lebensmittelindustrie. Panel-PCs werden häufig von vorne in eine Schalttafel oder Wand eingelassen. Die offenliegende Front mit ihrem Bildschirm wird dabei Staub- und wasserdicht (zumeist Schutzklasse IP65 entsprechend) ausgeführt, um das Innere zu schützen und eine leichte Reinigung zu ermöglichen. Es gibt aber auch für nasse Bereiche (z.B. im Freien oder in Betrieben, in denen oft mit Flüssigkeiten hantiert wird,) Modelle die rundum wasserdicht sind. Als Eingabemedium fungiert in der Regel ein Touchscreen. Während im Homebereich (Smartphones und Tablet-PCs) hier fast ausschließlich projektiv-kapazitive Touchscreens Verwendung finden, die eine Multitouch-Eingabe ermöglichen, werden im Industriebereich (je nach Anwendungsfall) auch oft resistive Touchscreens verbaut, die den Vorteil besitzen, auch mit (Arbeits-)Handschuhen bedient werden zu können. Oft kann die Oberfläche auch noch weiter modifiziert werden, um den Begebenheiten der Umgebung angepasst zu werden (Antivandalismusglas, Tageslichtlesbarkeit, Antireflektion usw.). Die Recheneinheit im Inneren unterscheidet sich nur wenig von der in regulären PCs, hier werden im Grunde die gleichen Komponenten, Boards und CPUs wie in den embedded Box PCs verwendet.

Mobile Workstation

Im Gegensatz zum Laptop, bei dem großes Augenmerk auf Abmessungen und Gewicht gelegt wird, ist die Mobile Workstation ein vollwertiger, aber tragbarer Computer. Er verfügt über einen Bildschirm und eine Tastatur/Maus und ein Gehäuse, in das Industriemainboards in Standardformfaktoren wie ATX nebst Erweiterungskarten und Laufwerken eingebaut werden können. Es handelt sich also wirklich um einen vollwertigen aber transportablen Arbeitsplatzrechner. Da ein Betrieb über Batterie zumeist nicht vorgesehen ist, muss hier auch nicht zwingend eine energiesparende Konzeption verfolgt werden, sondern es können leistungsstärkere Komponenten verwendet werden, als es sonst im mobilen Einsatz per Tablet/Notebook/Laptop möglich wäre.

Industrie Tablet PC

In industriellen Umgebungen und in Bereichen wie der Feldforschung, dem Außeneinsatz und der Logistik herrschen ebenfalls technikfeindliche Bedingungen vor, durch die eingesetze mobile Computer auch langfristig und bei intensiver Nutzung keinen Schaden erleiden dürfen. Unter diesen Verhältnissen empfiehlt sich deshalb der Einsatz von Semi- oder Full Rugged Devices, die sowohl gegen physische Belastungen wie Erschütterungen, Schläge und Abrieb wie auch gegen thermische oder chemische Einflüsse geschützt sind. Semi-Rugged bedeutet in diesem Zusammenhang ein umfassender Schutz vor im industriellen Umfeld üblichen  Einflüssen inklusive Feuchtigkeit, z.B. durch Regen, und Stürzen, während Full Rugged häufig eine Widerstandsfähigkeit bedeutet, die militärische Standards für den Einsatz in Kampf- und Katastrophengebieten anlegen. Industrie Tablets erfüllen vielfältige Aufgaben im Bereich Produktionssteuerung, Lagerlogistik und Datenakquisition.


Rugged Laptops/ Rugged Notebooks

Notebooks und Laptops im industriellen Einsatzgebiet müssen sehr robust ausgeführt sein. Meist wird zur Klassifizierung der Geräte der MIL-STD, Zertifizierung nach US Militärstandard herangezogen. Im Bereich der mobilen Computer werden hier Aussagen über Unempfindlichkeit gegenüber verschiedensten extremen Umwelteinflüssen, von Hitze über Stürze bis zu Feuchtigkeit, Dunst und Ölnebel getroffen. Zusätzlich wichtig ist bei dieser Geräteklasse natürlich auch die Ausstattung mit den dem Einsatzzweck entsprechenden Kommunikationsschnittstellen, die gute Lesbarkeit des Bildschirms bei schwierigen Lichtverhältnissen und natürlich eine robuste und unempfindliche Tastatur.

Industrie PC - DIN Rail PC für Hutschienen-/Schaltschrankmontage

DIN Rail PC

Eine besondere Form der embedded Box PC wird durch deren Montageart an einer DIN-Rail oder sogenannten Hutschiene definiert. Die Hutschiene stammt traditionell aus der Elektrotechnik und ist in Schaltschränken oder Sicherungskästen zu finden, in denen sie ursprünglich für die schnelle und genormte Aufnahme von Sicherungsautomaten diente. Durch das Zusammenwachsen der Elektrotechnik und der Informationstechnologie haben nun intelligentere Geräte wie PC-basierte Feldbussteuerungen und andere Steuersysteme z.B. aus der Gebäudeautomation ihren Weg in den Schaltschrank gefunden. DIN-Rail PC zeichnen sich besonders durch ihre flache Bauweise und die namensgebende DIN-Rail Montagemöglichkeit an einer Hutschiene aus und können ansonsten in allen möglichen Konfigurationen ausgeführt sein, mit Hochleistungs- oder Low Consumption CPUs, lüfterlose CPU-Kühlung ebenso wie luftgekühlte Ausführungen, in der Regel sind sie jedoch wartungsfrei und lüfterlos ausgeführt, wobei die Abwärme des Prozessors über das Gehäuse abgeführt wird. Abseits der Montage an einer Hutschiene werden DIN Rail PCs auch gerne an schwer zugänglichen Stellen verbaut, da sich bei ihnen prinzipbedingt alle Anschlüsse an der Gerätevorderseite befinden.



19 Zoll Industrie PC

19" Zoll Rackmount Industrie Computer

Industrie-PC im klassischen 19"-Rackformat sind frei konfigurierbar und verfügen über ein hohes Kompatibilitätspotential zu bestehenden Legacy-Anlagen. Aufgrund der leicht zugänglichen und flexiblen Bauform sind sie ideal für den Einbau vorgegebener Komponenten, gepaart mit einem weiten Spektrum an kundenspezifischen Ausbaumöglichkeiten. So gehören 19" Rackmount Industrie PCs noch immer in vielen Anwendungsbereichen zur ersten Wahl. Eine weitere Untergruppierung die zu dieser Gerätefamilie gehört sind 19" Rackmountserver, die speziell für den 24/7 Dauereinsatz konzipiert sind. 19'' Zoll Industrie Computer werden in bestimmten Höheneinheiten (HE) oder englisch Rack Units (RU/ kurz U) angeboten. Gängige Abmessungen sind 1HE, 2HE und 4 HE Geräte, aber auch weitere STandardmaße finden durchaus Anwendung in der Praxis. 1U/1HE entspricht 1¾ Zoll, also 44,45 Millimeter. Besondere Bedeutung kommt der HE in Rechenzentren zu. Dort werden die Rechner in 19″-Schränken mit einheitlicher, begrenzter Höhe betrieben und die Kosten für die Unterbringung (Serverhousing) eines Gerätes berechnet sich u.a. aus den dafür benötigten Höheneinheiten. Weitere Anwendungen finden sich in Telekommunikationsanlagen, Ton- und Veranstaltungstechnik, der Rundfunktechnik, bei Messgeräten, in der Steuer- und Regelungstechnik und in der Medizintechnik.

Anbieter von Industrie PCs

Anbieter und Hersteller von Industrie PCs bieten neben der reinen Hardware häufig auch das passende Zubehör sowie dazugehörige Software für IPCS an.

IPC2U
Hersteller von iROBO 19" Zoll Industrie PC, DIN Rail PC und Rugged Tablets und Distributor von Standard/ Customized embedded Systems, Panel PC, Industrie Mobile Computer (Laptops, Handhelds, Tablet PC) und Automatisierungslösungen im Bereich Industrial IoT und Network Communication mit einem breitgefächerten Angebot für IoT, Automatisierung, Logistik, Transport, Verkehr und Medical PC.
Siemens
Agiert weltweit in den Bereichen Digitalisierung, Digital Enterprise, Intelligente Infrastruktur, Nachhaltige Energiesysteme und Innovationen, die den Alltag verbessern sollen.
Beckhoff Automation
Beckhoff realisiert offene Automatisierungssysteme auf Basis der PC-basierten Steuerungstechnik in einem Produktspektrum von Industrie-PCs, I/O- und Feldbuskomponenten, Antriebstechnik und Automatisierungssoftware - von der CNC-gesteuerten Werkzeugmaschine bis zur intelligenten Gebäudesteuerung.
ICO
Das Portfolio von ICO umfasst robuste Industrie PCs und Embedded PCs sowie vielseitig einsetzbare IP-geschützte Industrie Terminals.
Spectra
Neben Standardsystemen für Industrie Pcs, bietet Spectra individuelle Systeme für Ihre Kunden an.
Janz Tec
Janz Tec entwickelt kundenindividuelle industrielle Computersysteme und elektronische Baugruppen mit über 35 Jahren Erfahrung.