Extender verbindet Rechner und abgesetztes Display bis 90 m

Autor / Redakteur: Michael Ahlbrecht * / Gerd Kucera

Der hier skizzierte KVM Extender überträgt verlustfrei die Signale von u.a. Tastatur, Video und Maus über Entfernungen bis zu 90 m zwischen IPC und Display. Er unterstützt Full-HD- und USB-2.0-Signale.

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Bild 1: In der Anwendung weitläufiger 
Bedienlösungen funktioniert der 
KVM-Extender unabhängig vom 
eingesetzen Rechnerbetriebssystem.
Bild 1: In der Anwendung weitläufiger 
Bedienlösungen funktioniert der 
KVM-Extender unabhängig vom 
eingesetzen Rechnerbetriebssystem.
(Bild: Phoenix Contact)

In gleichem Maße wie der Einsatz automatisierter Fertigungskomponenten in der industriellen Produktion zunimmt, steigt die Bedeutung des gezielten und sicheren Bedienens und Visualisierens der Prozesse. Die notwendige und entscheidende Intelligenz liefert dazu Software, ausgeführt auf dem leistungsstarken Industrie-PC.

Das Angebot an geeigneten Rechnersystemen ist beinahe unüberschaubar; für jede Aufgabe gibt es die passende IPC-Lösung. Allerdings muss der Industrie-PC oftmals in relativ großem Abstand zu seinem Display montiert werden. Das stellt erhöhte Anforderungen an die eingesetzte Hardware (Bild 1).

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Wird die Bedieneinheit direkt an der Maschine montiert, müssen sich die Anzeige- und Bedienelemente flexibel anordnen lassen und für die rauen Umgebungsbedingungen ausgelegt sein. Zudem darf die Hardware nur wenig Platz beanspruchen und muss zuverlässig funktionieren. Um die Bedienung einfach und den Schulungsaufwand gering zu halten, ist eine anlageneinheitliche Visualisierung gefordert.

Ein häufiger Grund für die Trennung von Rechner und Bedieneinheit ist, dass der Industrie-PC geschützt im klimatisierten Schaltschrank untergebracht sein muss, der sich je nach Hallenauslegung auch weit vom Installationsort befindet, an dem der Maschinenbediener das Display im Blick haben will. Mitunter ist für die Installation des IPC einfach nicht genügend Platz vorhanden. Auch können die an der Maschine auftretenden Vibrationen schädlichen Einfluss auf den Industrie-PC haben und auf Dauer zur Störung und einem Stillstand der Applikation führen.

In der Gebäudeautomation oder in öffentlichen Einrichtungen kommen die IPC beispielsweise seit langem als Infoterminals zum Einsatz und sollen dort von einer zentralen Leitwarte aus bedient werden.

Zur Übertragung der Signale von beispielsweise Tastatur, Bildschirm und Maus sind nur kurze Entfernungen spezifiziert, wie nachfolgend beschrieben ist. Doch eine zwischengeschaltete Elektronik kann alle notwendigen Signale normgerecht und sicher aufbereiten; und das ist die Aufgabe des KVM Extenders von Phoenix Contact.

Standard-Spezifikation zur verlustfreien Übertragung

Die klassische Bildübertragung über VGA (Video Graphics Array), DVI (Digital Visual Interface), HDMI (High Definition Multimedia Interface) oder DisplayPort sowie die Touch-Kommunikation via USB (Universal Serial Bus) sind auf wenige Meter begrenzt und eignen sich daher nicht für alle Anwendungen. Herkömmliche HDMI- oder DisplayPort-Anschlüsse erlauben beispielsweise eine Leitungslänge von höchstens 15 m. Je nach Leitungsführung und Größe der Anlage kann die überbrückbare Distanz deshalb schnell zu gering sein.

Durch den Einsatz des so genannten KVM Extenders lassen sich die üblicherweise zulässigen Entfernungen zwischen den beiden Einheiten bis auf 90 m erweitern. Mit dieser Ethernet-basierten Lösung entwickelte Phoenix Contact eine Hardware, die das praxisgerechte Umsetzen flexibler Bedienkonzepte ermöglicht und dazu kostengünstige Standard-Hardware zur verlustfreien Datenübertragung verwendet. Damit sind Bildschirminhalte unkomprimiert in Full-HD-Auflösung auf ein vom Rechner weit abgesetztes Display übertragbar. In Kombination mit konfigurierbaren Industrie-PCs sowie industriegerechten Monitoren mit Single- und Multitouch-Unterstützung lassen sich auf diese Weise intuitive Lösungen zur Bedienung und Visualisierung direkt an der Maschine realisieren.

So funktioniert der Extender zwischen IPC und HMI

Zum Datenaustausch zwischen dem Industrie-PC und dem Bedienpanel wird ein Ethernet-Kabel genutzt. Zur Vervollständigung der Installation sind lediglich standardisierte CAT6-Kabel notwendig, um die Video-, Audio- und USB-Signale verlustfrei zu übermitteln. Das Extender-System, das vom jeweils eingesetzten Betriebssystem unabhängig ist, basiert auf einer reinen Hardware-Lösung. Verwendet der Anwender den KVM Extender, kann er ungeachtet von Treibern oder Betriebssystemen agieren. Gleiches gilt für die Wahl der Rechner- und Display-Hardware, was ein hohes Maß an Flexibilität bedeutet.

Das funktionale Grundprinzip ist einfach: Die Transmitterbox des KVM Extenders wird vor den Industrie-PC geschaltet und nimmt sämtliche zu kommunizierende Daten des IPC auf. Auf Seiten des Bedienpanels sorgt die Receiver-Box des KVM Extenders für die Weiterleitung der Daten an die Bedieneinheit (Bild 2).

Der KVM Extender macht den Panel-PC verzichtbar

Aufgrund des stetig steigenden Wettbewerbsdrucks suchen Unternehmen nach Merkmalen, durch die sich ihre Maschinen und Anlagen von den Lösungen der Marktbegleiter abheben. In diesem Zusammenhang dient die Bedieneinheit oftmals als formschönes Design-Element oder auch Visitenkarte der Anlage. Hier bietet sich die Anschlusstechnik über den KVM Extender gegenüber der Nutzung eines Panel-PCs an.

Handelt es sich beim Design-Element (also der Bedieneinheit) nur um ein Touch-Display, kann diese Lösung die nächsten Jahre zeitgemäß sein. Im Gegensatz dazu ändern sich die Anforderungen an den Industrie-PC schnell, zum Beispiel hinsichtlich der Prozessorleistung, des Speicherausbaus oder von optionalen Einsteckkarten.

Durch die Trennung von Display und Industrie-PC können Maschinen- und Anlagenbauer die Bedieneinheit einerseits für längere Zeit unverändert einsetzen und andererseits im Schaltschrank eine bedarfsgerecht skalierbare Industrie-PC-Lösung verwenden.

Wird der KVM Extender genutzt, nimmt der Installationsaufwand ebenfalls merklich ab. Es müssen beispielsweise keine wenig biegsame DVI-Kabel mehr mit viel Fingerspitzengefühl und großem Zeitaufwand durch schmale Tragarmsysteme gezogen werden. Ein einfaches und flexibles Standard-Ethernet-Kabel reicht aus.

Auslegung für raue Umgebungsbedingungen

Neben den üblichen Einsatzorten wie Verpackungsmaschinen, die bereits abgesetzte Bedienlösungen erfolgreich nutzen, setzt sich die Trennung von Bedien- von der Recheneinheit auch in weiteren Industriebranchen weiter durch. Etwa an Kränen oder anderen Hebemaschinen müssen vermehrt größere Entfernungen überbrückt werden. In diesem Umfeld sind die Industrie-PCs mit der Herausforderung konfrontiert, dass die Maschinen häufig im Außenbereich Verwendung finden, weshalb die IPCs erhöhte Anforderungen an die Betriebstemperatur zu erfüllen haben. Diese Rahmenbedingungen wurden bei der Extender-Entwicklung berücksichtigt, sodass der KVM Extender über einen Betriebstemperaturbereich von -20 °C bis 50 °C im Außenbereichen einsetzbar sind.

Touch Display mit zusätzlicher Gestensteuerung

Eine geeignete und interessante Bedienlösung für raue Industrieumgebungen sind nutzerfreundliche Touch-Displays, die Phoenix Contact ergänzend zum Extender als Monitore mit Multitouch-Technologie offeriert. Es gibt sie mit den Bildschirmdiagonalen 39,6 cm (15,6 Zoll), 47 cm (18,5 Zoll) und 54,6 cm (21,5 Zoll). Der projektiv-kapazitive Zehnpunkt-Touchscreen ermöglicht den Einsatz von Bedienkonzepten, die auf einer Gestensteuerung basieren. Neben der kratzfesten Glasoberfläche entsprechen alle Monitore frontseitig der Schutzart IP65. Ferner hat Phoenix Contact großen Wert auf das mechanische Design gelegt. Die ebene Oberfläche der Front hat einen 9 mm schmalen Rand, weswegen sich die Displays gut in ein Maschinengehäuse oder eine Anzeigetafel integrieren lassen (Bild 3).

Verschiedene Befestigungsbausätze und eine Halterung nach dem VESA-100-Standard vereinfachen die Montage. Das robuste Gehäuse mit geringer Einbautiefe ist aus Metall und die Frontseite aus Aluminium gefertigt. Die LED-Hintergrundbeleuchtung ist energiesparend, langlebig und sogar bei Verwendung in einem hellen Arbeitsumfeld leuchtstark. Widescreen-Displays erlauben eine übersichtliche Gestaltung der Anzeige- und Bedienoberfläche. Darüber hinaus bieten sie eine hohe Auflösung und gute Ablesbarkeit aus sämtlichen Richtungen. Die Display-Einstellungen können über ein rückseitig angebrachtes OSD-Keypad angepasst werden. Da die Monitore jeweils eine VGA-, DVI-I- und DisplayPort-Schnittstelle umfassen, lassen sie sich selbst in vorhandene Anlagen einfach integrieren.

Fazit: Im Bereich der Rechnereinheit steigt die Forderung nach leistungsfähigen und kompakten Lösungen. Mit der neuen Produktfamilie Basicline entwickelte Phoenix Contact auch Box-PCs, die mit Intel-Prozessoren der siebten Generation ausgestattet sind. Alle Modelle der Box-PCs gibt es mit M2.SSDs (Solid State Drives) in unterschiedlichen Größen. Die Auswahl zwischen drei verschiedenen Leistungsmodellen ermöglicht ihre Nutzung in zahlreichen Automatisierungs-, Prozessvisualisierungs- und Steuerungsapplikationen. Werden diese Geräte mit dem KVM Extender als Bindeglied zwischen Rechner- und Display-Einheit kombiniert, dann hat der Anwender weitere Möglichkeiten, um seine gestiegenen Anforderungen flexibel zu erfüllen.

* MBM Michael Ahlbrecht arbeitet im Produktmarketing IPC bei Phoenix Contact Electronics, Bad Pyrmont.

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