Industrielle Elektroniksysteme Weichenstellung durch Systemarchitektur und Gehäusetechnik

Umsetzung der Systemintegration eines komplexen LDI-Systems von Level 1 bis 4
Umsetzung der Systemintegration eines komplexen LDI-Systems von Level 1 bis 4

Bei der Entwicklung industrieller Elektronik-Systeme von der Produktidee bis hin zum Einsatz in der Zielapplikation stellt bereits die Auswahl der richtigen Systemarchitektur und Gehäusetechnik die Weichen für ein effizientes Endprodukt.

Wie können die Anforderungen an ein System in Bezug auf Entwicklungszeit und -kosten sowie Produktqualität und -kosten durch die Kombination etablierter Standards und Komponenten mit projektspezifischen Elementen optimal realisiert werden? Architekturmerkmale und Teilelemente des Systems auf Basis von Standards können mit individuell auf das Zielsystem zugeschnittenen Systemelementen kombiniert werden, um die Entwicklungszeit zu minimieren und gleichzeitig die Stückkosten des Systems zu reduzieren. Im Folgenden wird nach einem kurzen Abriss über die Entwicklung der verschiedenen industriellen Gehäusestandards anhand eines Beispiels aus der industriellen Steuerung dargestellt, welche Standardelemente Einzug in die Systemlösung fanden, welche individuell entwickelt und realisiert werden mussten und welche Kriterien dabei berücksichtigt wurden. Abschließend wird betrachtet, welche Vorteile die Vorgehensweise für die Entwicklungs- und Produktionsphase des Projekts brachten.

Die Entwicklung von Standards

Industrielle Elektroniksysteme werden in einer Vielzahl ganz unterschiedlicher Anwendungsbereiche eingesetzt wie der Automatisierung, der Mess- und Prüftechnik, der Daten- und Telekommunikation, der Verkehrstechnik, der Energietechnik, der Medizintechnik oder der Luft-/Raumfahrttechnik. Weil sie sehr an ihre Zielanwendung angepasst sind, kann sich ihre Endausprägung deutlich unterscheiden. Dennoch verfügen sie über einige immer wiederkehrende Gemeinsamkeiten: In Bezug auf ihre raue Betriebsumgebung und auf Schock, Vibration und Temperaturbereich müssen sie extrem robust sein. Außerdem müssen sie hohen EMV-Anforderungen genügen und sollten schnell und kostengünstig entwickelt sowie zuverlässig und wirtschaftlich gefertigt werden können. Ein wichtiges Augenmerk liegt auch auf der Langlebigkeit: Die schnellste und kostengünstigste Umsetzung nützt nichts, wenn im Nachgang durch nicht verfügbare Komponenten und Teileänderungen ungeahnte und ungeplante Kosten entstehen.

Diese immer wieder geforderten Charakteristika haben schließlich zur Entwicklung und Nutzung von Standards für die Mechanik und Systemgehäuse geführt. So entstand die 19-Zoll-Technik, die sich inzwischen über viele Jahre bewährt hat und in komplexeren Systemen meistverbreitet ist. Eine weitere Ausprägung sind die Industrie-PCs, die auf der Architektur von Standard-PCs beruhen und durch die »Industrialisierung« robuster und 19-Zoll-einbaufähig geworden sind. Sie eröffnen durch ihre Ähnlichkeit mit herkömmlichen PCs den Zugang zu einem sehr breiten Repertoire an Produkten wie Motherboards, Netzteilen und Verkabelung. Was für die Systemgehäuse gilt, gilt auch für die Systemarchitektur: Standards wie VMEbus in seinen verschiedenen Ausprägungen, CompactPCI mit Derivaten, das aus der Telecombranche Eingang in die Industrie-Welt fand, xTCA oder PC/104 sowie serielle, parallele, 32-Bit- oder 64-Bit-Architekturen sowie serielle Highspeed- oder Ethernet-Point-to-Point-Architekturen haben sich durchgesetzt. Angesichts der langen Zertifizierungszyklen müssen sie ja vor allem auch eines sein: langfristig unterstützt und langfristig verfügbar.