Vor der Schwelle zu neuen Anwendungen Trends beim IPC

Zwei Seiten der technischen Entwicklung

Natürlich werden in allen IPC-Kategorien die technischen Neuentwicklungen des PC übernommen. So wurde kürzlich mit der Veröffentlichung des Standards PICMG EXP.0 die neue PCI-Express-Schnittstelle für die CompactPCI-System adaptiert. Da-mit lassen sich Peripherie-Geräte schneller anbinden als über PCI mit 133 Mbyte/s; bereits ein Leitungs-paar der PCI-Express-Lane überträgt 250 Mbyte/s, dabei lassen sich bis zu 16 Leitungen parallel einsetzen. In der Kategorie der Single-Board-Computer bietet Advantech [6] für seine „Bisquit Boards“ eine Erweiterungsschnittstelle mit der Bezeichnung MIO-160 an. Über einen 160-poligen Steckverbinder werden u.a. die Signale für PCI, PCI-Express, LPC-Bus (Low Pin Count) und USB bereitgestellt, für PCI-Express sind vier „Lanes“ realisiert.

Neue Verfahren der Automatisierung setzen auf die mit der PC-Technik leicht zu realisierende Ethernet-Schnittstelle, mit der sich dann auch die Kommunikation über das Internet erschließt. Anwendungen wie Fernwartung sind mit den am Markt verfügbaren Web-Servern ohne allzu großen Aufwand möglich [7], der Betreiber handelt sich damit die „Security“-Probleme ein, die auch die Server für die Unternehmenskommunikation plagen. Mit der PC-Technik kommt auch die USB-Schnittstelle, die in der Version 2.0 mit einer Datenübertragungs-rate von 480 Mbit/s umfassende Möglichkeiten für den Anschluss jedweder Peripherie bietet. Ein Beispiel für deren Anwendung in der Automatisierung ist die Entwicklung einer USB-Interface-Platine für die Ansteuerung eines Antriebs, die mit nur wenigen Bausteinen auskommt [8].

Neue Bauform: Geräte ohne Zwangskühlung

Einige Hersteller bieten IPCs für spezielle Anwendungen in Gehäusen mit besonders kleinen Abmessungen an. Hierzu zählt Digital Logic [9], ein Schweizer Unternehmen, das unter der Bezeichnung „Microspace-PC40“ ein Gerät für den Einsatz im medizinischen Bereich anbietet. Der Rechner ist 159 mm x 148 mm x 66 mm groß und wiegt 3 kg. Seine Betriebsspannung kann zwischen 10 V und 30 V liegen, er lässt sich daher auch in batteriebetriebenen Systemen einsetzen. Der lüfterlose Rechner verwendet den mit 1,4 GHz getakteten Pentium-M-Prozessor 738 mit dem Chipsatz 855GME für die Videodarstellung. Es sind zwei Videoausgänge herausgeführt, damit sind z.B. ein VGA-Monitor und ein DVI-Monitor (Digital Visual Interface) parallel betreibbar; der DVI-Monitor lässt sich dann z.B. für die Betrachtung hochaufgelöster Röntgenbilder nutzen. Zu den Stromsparfunktionen gehört eine dynamische Taktanpassung an die Anwendung. In der langsamsten Betriebsart arbeitet die CPU mit 600 MHz, sie nimmt dann nur noch eine Leistung von 35 W auf.

Die Firma TQ-Components [10] hat mit der „IPCbox“ einen Mini-PC für den industriellen Einsatz konstruiert, der sich wahlweise mit verschiedenen CPU-Modulen ausrüsten lässt. Verfügbar sind Module mit den Intel-Prozessoren Pentium III Tualatin, Celeron ULV und Pentium 266 MMX oder mit dem AMD-Prozessor ElanSC520. Die Module, die der Hersteller auf den Namen UTX (Universal Technology eXtended) getauft hat, messen 108 mm x 88 mm und werden über einen 0,8-mm-Mezzanine-Steckverbinder in den Mini-PC eingesteckt. Das 163 mm ? 104 mm ? 52 mm große Gehäuse der IPCbox ist mit Kühlrippen versehen, das Gerät kommt daher ohne Ventilator aus (Bild 3). Als Betriebssysteme stehen MS-DOS, Windows 2000/XP und Linux zur Verfügung. Das Gerät lässt sich als Standgerät betreiben oder z.B. auf einer Hutschiene befestigen. Als Verbindung nach außen stehen die üblichen PC-Schnittstellen zur Verfügung, einschließlich der PS/2-Buchsen für den Anschluss von Maus und Tastatur. Der Mini-PC eignet sich z.B. für die zusätzliche Ausstattung eines Industrie-Displays mit einer PC-basierten Steuerung.

SMA [11] hat speziell für den Einsatz im Fahrzeug einen kompakten Rechner mit der Bezeichnung „Enduro Outdoor“ vorgestellt – untergebracht in einem wasserdichten Gehäuse und besonders schockfest (Bild 4). Als Prozessor setzt der IPC-Spezialist den „Geode NX 1500 6W“ von AMD ein, der wegen der hohen Systemleistung neben den Steuerungsaufgaben auch erweiterte Kommunikationsanforderungen bewältigt und sich durch eine Leistungsaufnahme von nur 9 W bei einer Taktfrequenz von 1 GHz auszeichnet. Damit kann der Kompaktrechner ohne Lüfter betrieben werden. Als Schnittstellen sind zwei Ethernet-Ports, zwei CAN-Schnittstellen und USB vorhanden, ein PC/104-Steckplatz ermöglicht den Anschluss von Modulen, z.B. für die Ankopplung der typischen Feldbusse. Eine CoDeSys-Soft-SPS wird für die Steuerungsaufgaben eingesetzt, für die Verbindung zum „Prozess“ dienen Feldbus-Klemmen nach dem WINtrak-System. Als Kommunikationsrechner kann der „Enduro Outdoor“ im Fahrzeug die Funkverbindungen steuern, z.B. über ein GPRS- oder auch ein WLAN-Modul. Der Rechner lässt sich daher für die Flottensteuerung einsetzen, die über das öffentliche Funktelefonnetz kommuniziert.

Kontron [12] zeigte im letzten Jahr mit seinem Hutschienen-PC „Think-IO-P“ für die Wago-I/O-Systeme 750 und 753 einen lüfterlosen Hutschienen-PC mit Pentium-M-Prozessor [13], dessen Gehäuseabmessungen 224 mm x 100 mm x 70 mm betragen. Der Entwicklerin ist es gelungen, 1 Gbyte RAM, 1 Gbyte Flash-Speicher, 2 Mbyte batteriegepuffertes RAM und eine „Compact Flash Card“-Schnittstelle unterzubringen und zu den PC-Schnittstellen noch Anbindungsmöglichkeiten für die typischen Feldbusse vorzusehen. Schließlich bietet der Rechner zwei Ethernet-Schnittstellen auf, die Bridge- und Router-Funktionen unterstützen, es kann daher für die Ethernet-Verbindungen eine Linien-Topologie verwendet werden. Der Rechner kommt vorkonfiguriert mit der Soft-SPS „CoDeSys“ und lässt sich wahlweise auch mit einem OPC- oder einem Web-Server ausstatten. Einsetzbar sind Intel-Prozessoren von 600 MHz bis 1,6 GHz; letzteres entspricht dann der Desktop-Prozessor-Leistung eines Pentium 4 bei 2,4 GHz Taktfrequenz. Mit dieser Sys-temleistung kann der Hutschienen-PC einerseits die neuen Aufgaben der Automatisierungstechnik eröffnen – hier sind die Anbindung der industriegerechten Ethernet-Varianten und die Möglichkeit zur Kommunikation über das Internet zu nennen –, andererseits steht damit ein skalierbarer Rechner zur Verfügung, der im Rahmen eines eingeführten Systems für industrielle Steuerungsaufgaben als Standard-Ausstattung dienen kann.