Individuelle Industriecomputer High-Tech für alle

Autor / Redakteur: Josef Krojer* / Holger Heller

So vielfältig das Standardangebot an Embedded-Computing-Produkten auch ist, immer wieder werden spezielle Lösungen gesucht, die auf die jeweilige Anwendung optimiert sind. Kundenspezifische Systeme rechnen sich bekanntlich nur für große Stückzahlen. Individuelle Systeme stehen aber auch nach kurzen Entwicklungs- und Fertigungszeiten bereit.

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Ein Blick in die Produktkataloge zahlreicher Anbieter gibt einen Überblick über die breite Auswahl standardmäßiger Varianten an Industriecomputern (IPCs) und Embedded-Systemen. Doch wie immer steckt der Teufel im Detail: Schnell merkt der Kunde, dass für seine bestimmten Anforderungen ein Katalogprodukt eben doch nicht die optimale Lösung ist. Also muss das Standardmodell in einigen Details, z.B. Umweltanforderungen, Ein- und Ausgabeschnittstellen oder im Gehäusedesign, individuell angepasst werden.

Kundenspezifische Entwicklungen industrieller Embedded-Systemen werden nur von wenigen Unternehmen angeboten. Dabei lassen sich meist nur Projekte mit großen Stückzahlen realisieren. Hochleistungsfähige Prozessoren, schnelle Grafik und neue Schnittstellen bleiben für einen Großteil der Anwender verschlossen. Doch warum sollen nur die Großen mit ihren individuellen Embedded-Computing-Lösungen auf die neuesten Technologien zugreifen können?, fragt man sich bei DSM Computer. Das Unternehmen bietet auch Mittelständlern mit kleineren Stückzahlen die Möglichkeit, maßgeschneiderte Systeme zu entwickeln. Dabei gilt das Motto „soviel Standard wie möglich – soviel kundenspezifische Entwicklung wie nötig“.

Voraussetzung für die Fertigung kundenspezifischer Embedded-Systeme ist die Zusammenarbeit der am Projekt beteiligten Personen. Dank der Konzentration aller Fachleute aus den Bereichen Entwicklung, Vertrieb, Marketing und Fertigung am Standort München, können technische Details und Kundenwünsche schnell im persönlichen Kontakt diskutiert werden. Auch Designänderungen lassen sich bei Bedarf schnell realisieren. Kunden können jederzeit den aktuellen Status ihres Produktes abfragen bzw. sich vor Ort direkt informieren.

Ausgangspunkt: Bluebook-Produktkatalog

Ablauf einer kundenspezifischen Embedded-Computing-Lösung (Archiv: Vogel Business Media)

Eine kundenspezifische Entwicklung beginnt mit einer Idee, die in einem Pflichten-/Lastenheft zu Papier gebracht und ausgearbeitet wird. Der Kunde kommt meist mit einer Spezifikation zu DSM. Anhand des eigenen Bluebook-Produktkatalogs wird versucht, mit standardisierten Angeboten möglichst nahe an die Kundenlösung heranzukommen. Anschließend werden gemeinsam die individuellen Anforderungen festgelegt. Da die kundenspezifische Lösung auf einem bereits mit den Grundfunktionen ausgestatteten Standard-PC basiert, kann der Kunde sofort parallel mit dem funktionalen Test und der Anpassung seiner Software beginnen.

Das auf dem NanoServer basierende kundenspezifische Embedded-System mit zusätzlichen Schnittstellen (Archiv: Vogel Business Media)

Als Beispiel hat ein Industrierechner die Aufgabe, mehrere Kamerasysteme für eine komplexe Barcode-Identifizierung zu steuern. Dafür eignet sich ein NanoServer aus der E3-Familie von DSM. Das System erfüllt bereits die wichtigsten Anforderungen und muss unter harten Industriebedingungen im Dauerbetrieb laufen. Um einem wartungsfreien Betrieb zu ermöglichen, soll es im Betriebstemperaturbereich ohne Lüfter auskommen. Für den Einbau in die Anlage steht nur ein begrenzter Raum zur Verfügung, was einen kompakten IPC erfordert. Der NanoServer mit seinen Abmessungen 206 mm × 220 mm × 110 mm passt gerade in den vorhandenen Platz. Seine Funktionsweise ist von der Einbaulage unabhängig. Darüber hinaus wird vom Kunden die IP-Schutzklasse IP54 bzw. IP52 gefordert.

Um Entwicklungskosten zu sparen, greift man auf das Standardgehäuse des NanoServers zurück, das nach Kundenwunsch lackiert und mit einem Kühlkörper ausgestattet wird. Eine zusätzliche Anforderung ist die kundenspezifische Beschriftung der Schnittstellen und das Anbringen des Kundenlogos

Skalierbarkeit für optimale Auslegung

Ein Entscheidungskriterien für die Auswahl des NanoServers ist seine Skalierbarkeit, da der Kunde das System in verschiedenen Anwendungen einsetzen will. Wo bislang vier Geräte von drei verschiedenen Lieferanten zum Einsatz kommen, soll zur Optimierung der Kosten zukünftig nur noch ein Embedded-PC die unterschiedlichen Aufgaben erfüllen. Je nach Anwendungsfall wird der IPC mit in der Leistung differierenden Prozessortypen ausgestattet. Das Portfolio umfasst den Intel Pentium M (1,8 GHz und 1,4 GHz) und den Celeron M (1,3 GHz). Bei Bedarf kann auch ein schneller Core-2-Duo integriert werden. In der Grundausstattung des Rechners ist ein Systemspeicher mit einer Kapazität von 1 GByte vorgesehen.

Flexibilität erwartet der Kunde auch bei der Wahl der Speichermedien. So wird der NanoServer mit einer 24/7-Festplatte geliefert, deren Kapazität von der jeweiligen Anwendung abhängt. Der Anschluss erfolgt über IDE oder SATA. Optional ist er auch mit einer boot-fähigen Compact-Flash-Karte erhältlich. Da das System standardmäßig über zwei freie PCI-Steckplätze verfügt, wird der in der Spezifikation festgelegte Wunsch nach mindestens einem freien Slot erfüllt. Zum Anschluss von Firewire-Kameras werden über den internen Mini-PCI-Steckplatz zwei Firewire-(IEEE-1394-a-)Schnittstellen realisiert. Bereits vorhanden sind neben GBit-Ethernet-Schnittstellen zwei USB-2.0-Schnittstellen, ein analoger VGA-Ausgang und ein Keyboard/Maus-Anschluss. Eine Zusatzkarte im PCI-Slot bietet zusätzlich zwei einstellbare RS422 Interfaces.

Funktions- und Normenerfüllung

Im Normalbetrieb wird der Embedded-PC sowie das zugehörige Kamerasystem über eine in der Anlage vorhandene Spannungsversorgung mit 24 V DC gespeist. Zur Stromversorgung der Kamera wird vom IPC ein kurzschlussfester 24V/1A-Spannungsausgang zur Verfügung gestellt. Außer dass das Embedded-System die gewünschten Funktionseigenschaften bietet, hat es auch eine Reihe von Normen und Richtlinien zu erfüllen. Neben der Gerätesicherheit nach DIN EN 60201-1 und DIN EN 60960-1 sowie der EMV-Störfestigkeit nach DIN EN 6100-6-2 muss der NanoServer vor allem der Geräteschutzart IP54 bzw. IP52 entsprechen.

Diese kundenspezifische Anforderung hängt mit dem Einsatz des IPCs zusammen, da hier u.a. durch den ständigen Umgang mit Papier und Kartonagen der Rechner einer hohen Staubbelastung ausgesetzt ist. Zur Überprüfung des Staubschutzes wird der NanoServer in einer speziellen Staubkammer bei einem vorgegebenen Druck mit Puder besprüht und das Eindringen des Staubs kontrolliert. Der vom Kunden gewünschte Betriebstemperaturbereich von 10 bis 50 °C, die relative Luftfeuchtigkeit von 10 bis 85% und die Lagerbedingungen werden vom Standard-PC bereits erfüllt. Darüber hinaus sind die geforderten Qualitätsprüfungen, die Gewährleistung von zwei Jahren und ein Produktlebenszyklus von fünf Jahren bei DSM für alle Systeme Standard.

Zur permanenten Zustandsüberwachung der Betriebsparameter, z.B. der Prozessortemperatur, der Versorgungsspannung, der Lüfterdrehzahl und des Festplattenzustands, wird der NanoServer mit dem System-Monitor-Programm DSMP geliefert. Damit lässt sich die Systemverfügbarkeit erhöhen, weil mögliche Störungen in der Hardware frühzeitig vor dem Ausfall erkannt werden.

*Josef Krojer ist Business Development Directer bei DSM Computer in München.

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