Über die Bedeutung des Industrie-PCs für die Automatisierung im Anlagen- und Maschinenbau muss man keine großen Worte verlieren. Dass die Industrie 4.0-Idee den Einfluss des IPC als intelligente Steuereinheit im Shop Floor zusätzlich forciert, ist ebenso offensichtlich. Mit ihrer Unterstützung wollen Anlagenbetreiber und Maschinenbauer die Effizienz und Flexibilität in der Produktion immer weiter vorantreiben. Ihre Ansprüche an eine ideale IPC-Plattform sind schnell benannt. Sie soll leistungsstark und flexibel für die individuellen Anwendungsgebiete konfektionierbar sein. Sie soll trotz kompakter Maße herausragende Ausbaumöglichkeiten bieten, um universell einsetzbar zu sein. Sie arbeitet sowohl bei mechanischen Belastungen als auch bei extremen Temperaturen zuverlässig und garantiert niedrige Betriebs- und Wartungskosten. Die vielfältigen Anwendungsfelder in der Automatisierung auf der einen Seite sowie das technische Leistungsvermögen einzelner PC-Komponenten auf der anderen Seite versperrten bislang jedoch den Weg zu einer universellen IPC-Plattform. Aus diesem Grund etablierten sich mit dem Box-PC und dem 19\“-Rack-PC zwei grundlegende IPC-Bauformen, um den unterschiedlichen Einsatzbereichen Rechnung zu tragen. Beide Bauformen verfügen über individuelle Stärken und Schwächen. So ist die Box-PC-Architektur für den Einsatz in rauen Betriebsumgebungen prädestiniert und lässt sich mit ihren kompakten Maßen dicht an den Anlagen montieren. Sie ist in ihrer Rechenleistung und Ausbau-Möglichkeiten jedoch beschränkt. Der 19\“-Formfaktor kann in dieser Hinsicht mit hohen Leistungsdaten, üppiger Ausstattung und verbessertem Ausfallschutz durch Redundanz punkten. Andererseits führt die Rack-Aufstellung zu zusätzlichem Platzbedarf und erhöhtem Aufwand in der Verkabelung zur Anbindung der Maschinen oder Messsystemen. Anlagenbetreiber und Maschinenbauer sind trotz der reichhaltigen optionalen Konfektionsvarianten beider Bauweisen immer wieder zu Zugeständnissen gezwungen, wenn sie einen IPC für ihre individuellen Anforderungen suchen. So machen beispielsweise die Umgebungsbedingungen vor Ort oft den Box-PC zur ersten Wahl. Selbst in der höchsten Ausbaustufe ist dieser jedoch oft mit der Leistungsanforderung und der erwarteten Zahl an E/A-Schnittstellen überfordert, um sämtliche Industriekomponenten, Feldbusse, Aktoren und Sensoren einer Anlage steuern zu können. Was bleibt sind die Alternativen entweder mehrere Box-PCs, ggfls. inklusive übergeordneter Steuerung einzuführen oder eigenes einen 19\“-Schaltschrank einzurichten. Eine optimale Wahl stellt keiner der beiden Lösungswege dar – gerade mit Blick auf den Aufwand und die Kosten für den Betrieb. Dem ersten Szenario mangelt es an Leistungs- und Ausbau-Reserven. Im zweiten schlagen eine gewisse Überdimensionierung und ein erheblicher Mehraufwand im Platzbedarf und bei Maschinenumzügen negativ zu Buche.
Der dritte Weg
Eine neue Generation industrieller Box-PCs von Spectra macht diese ungeliebte Kompromisssuche für viele Anwendungsszenarien nun überflüssig. Sie kombiniert zum einen das Leistungsvermögen der 19\“-IPC-Klasse mit den Vorzügen des Formfaktors eines Box-PCs. Zum anderen wurden Architektur und Aufbau der neuen PowerBox 3000-Systeme darauf ausgerichtet, dass Aufwand und Kosten während der gesamten Betriebsphase (Life Cycle Costing oder Total Cost of Ownership) möglichst gering ausfallen. Meist sind es kleine, für sich betrachtet eher unspektakuläre Design-Überlegungen, die in Summe den betrieblichen Alltag erheblich komfortabler und einfacher gestalten. Aus diesem Grund ist die Spectra PowerBox 3000 durchgehend modular gestaltet, um Flexibilität in der individuellen Konfektionierung zu bieten. In der Spectra PowerBox 3000 ist die 4. Generation der Intel Core-Prozessoren i3/i5/i7 (Haswell) verbaut. Im Falle neuer Leistungsanforderungen oder Fehlern in der Elektronik lassen sich Prozessor beziehungsweise Karte schnell austauschen. Damit wird das Ersatzteil- und Beschaffungsmanagement vereinfacht. Ist beispielsweise eine Anschlussbuchse auf dem Motherboard defekt, muss nur dieses gewechselt werden, während die teure CPU beibehalten werden kann. Bei Einsatz der üblicherweise verbauten mobilen Haswell-Reihe wäre dagegen ein Komplettaustausch die Folge, da der Prozessor mit dem Mainboard fest verlötet ist. Die Architektur des neuen Box-PC bietet eine breite Palette an Ausbau- und Erweiterungsoptionen. Das nur 126x227x261mm (HxBxT) große Gehäuse bietet Platz für ein optionales Einschubmodul, das zwei PCI/PCIe-Steckkarten aufnehmen kann, Daneben lässt sich ein WiFI/3G/GPS-Betrieb o.ä. über eine Mini-PCIe-Karte auf der Oberseite der Hauptplatine realisieren. Zusätzlich ermöglichen zwei weitere Mini-PCIe-Steckplätze die Zahl der Schnittstellen/Feldbusse zu erhöhen. Diese Schnittstellen können über einheitliche Steckerblenden im Gehäuse nach außen geführt werden. Der Arbeitsspeicher lässt sich auf 32GB ausbauen. Speichermöglichkeit bieten zwei mSata-Interfaces auch im Raid-Verbund oder eine CFast-Karte. Es besteht außerdem die Option, zwei 2,5\“-Schächte mit HDD/SDD-Laufwerken zu bestücken. Neben der flexiblen Konfektionierung vereinfacht die gute Zugänglichkeit der Komponenten die Wartbarkeit. Dazu zählt auch, dass die CMOS-Batterie, eine SIM-Karte, die CFast-Karte sowie eines der beiden 2,5\“-Laufwerke ohne Öffnen des Gehäuses über eine Service-Blende austauschbar sind. Mit diesen Erweiterungsoptionen bewegt sich die Spectra PowerBox 3000 auf Augenhöhe mit den 19\“-IPC. Die Zahl der verfügbaren USB-Anschlüsse kann beispielsweise mit Hilfe der Mini-PCIe-Karten ohne großen Aufwand von acht (4xUSB2.0, 4xUSB3.0) auf bis zu 20 ausgebaut werden. Des Weiteren stehen bis zu sechs LAN-Anschlüsse (10/100/1000) zur Verfügung. Optional sind vier Power over Ethernet-Ports verfügbar, um auf einem Kabel neben dem Datenaustausch RFID-Lesegeräte, IP-Telefone oder IP-Kamera mit Energie zu versorgen. Bis zu sechs COM-Ports (5/12V) sowie jeweils vier galvanisch getrennte E/As stehen ebenso zur Wahl. Der Eingangsspannungsbereich umfasst neun bis 48VDC mit Verpolschutz und einem Überspannungsschutz bis 75V. Die PowerBox 3000 ist durch einen Ignition-Eingang und über die Möglichkeit des timergesteuerten herunterzufahrens darüberhinaus auch für Anwendungen mit Batterieversorgung vorbereitet. Trotz dieser Erweiterungsoptionen ist die Architektur des neuen Rechners weiterhin für die Erfordernisse rauer Einsatzumgebungen optimiert. Der grundsätzlich mögliche lüfterlose Betrieb, sowie das kabellose Design des Grundgerätes sorgen für ein ausfallsicheres Arbeiten selbst bei heftigen mechanischen Einflüssen. Um im Bereich der PCI/PCIe-Einsteckkarten einem \’HotSpot\‘ vorzubeugen, lässt sich der IPC optional mit einem internen Lüfter ausstatten. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, am Gehäuse einen externen Lüfter anzuschließen, um selbst bei extremen Außentemperaturen noch für eine ausreichende Kühlung zu sorgen. Eine \’Wohlfühl\‘-LED zeigt außerdem an, ob die Innentemperatur des Systems sich noch im zulässigen Betriebsbereich bewegt. Die kurz angerissenen Eigenschaften verdeutlichen, dass sich die Designprinzipien des neuen Box-PCs an dem Anspruch orientieren, einen höheren Komfort und mehr Flexibilität für den Einsatz zu bieten. Die große Bandbreite der Ausbau- und Erweiterungsoptionen erlaubt Unternehmen, nahezu alle Einsatzfelder für IPCs in ihrer Organisation mit einer handlichen Plattform abzudecken. Ein solcher Schritt wirkt sich auf Aufwand und Kosten während der gesamten Betriebsdauer aus. Allein in Wartung und Reparatur zahlt sich eine solche Strategie aus, da Techniker nur noch Wissen und Erfahrung für eine IPC-Plattform benötigen und für ihre Arbeit nur noch ein einziger Ersatzteil-Pool erforderlich ist. Diese Idee der Vereinheitlichung und Standardisierung zeigt sich im Übrigen noch an anderer Stelle: Die Spectra PowerBox 3000 verfügt über einfache Montage- und Anbaumöglichkeiten, da die Kühlrippen des Aluminium-Körpers dem Bosch Rexroth- beziehungsweise Item-Profil entspricht. Mit anderen Worten: Zur Befestigung der Industrie-PCs können Unternehmen auf das standardisierte und oft vorhandene Montage-Werkzeug und Befestigungsmaterial zurückgreifen.
