Компактни индустриални компютри

АвтоматизацияСп. Инженеринг ревю - брой 7/2016 • 08.11.2016

Компактни индустриални компютри
Компактни индустриални компютри
Компактни индустриални компютри
Компактни индустриални компютри

Паралелно с постепенното намаляване на размерите на корпусите при персоналните офис и потребителски компютри с цел пестене на пространство, малкият форм фактор (или намалени физически размери) се налага като водеща тенденция и при индустриалните персонални компютри.

Това е предпоставка за все по-широкото им внедряване като базова платформа за автоматизация в редица индустриални приложения, в които оптималното оползотворяване на физическото пространство е от критично значение.

Тези компютри са подходящи и за интегриране с друго оборудване в комбинирани платформи за индустриална автоматизация.

Какво отличава индустриалните PC от потребителските настолни компютри
Персоналните компютри от десетилетия са най-масово използваната технология за множество потребителски приложения и логично се превръщат в най-предпочитана платформа за автоматизация, мониторинг и контрол в индустрията.

В средата на 90-те години на миналия век големите технологични компании производители на компютърен хардуер и софтуер разработват и предлагат на пазара първите индустриални компютри, проектирани за работа в тежки промишлени условия. Индустриалните PC (IPC) осигуряват комбинация от здравина и устойчивост на корпуса и системните компоненти,

подобрена хардуерна производителност и голям софтуерен потенциал
усъвършенствани контролни възможности, лесен за използване графичен потребителски интерфейс и отлична разходна ефективност. Те постепенно се налагат като рационална алтернатива на редица доказани решения в областта на платформите за автоматизация като специализираните микроконтролери и комерсиалните програмируеми логически контролери.

Корпусите на индустриалните персонални компютри обикновено са изработени от метал. Подобно на стандартните компютърни кутии, те могат да бъдат хоризонтални и вертикални, но се отличават от тях с усилената си конструкция.

Някои модели са предназначени за монтаж в контролни шкафове, ракове и стелажи или за интегриране в машини и друго индустриално оборудване, други се предлагат в самостоятелни корпуси.

IPC конфигурациите са специално конструирани за работа в агресивни индустриални среди, при високи температури и големи температурни колебания, вибрации, корозивни и експлозивни атмосфери, запрашаване, влага и др.

Основни характеристики на индустриалните PC
Усилените корпуси и износоустойчиви компоненти са основна отличителна характеристика на индустриалните персонални компютри. Съвременните решения в тази област обаче се отличават и с друго предимство по отношение на физическата архитектура – компактни размери, които значително разширяват приложната им област в индустриалната автоматизация.

За да се постигне по-малък форм фактор, е необходимо премахване на някои от по-големите системни компоненти, които са налични при комерсиалните настолни PC. Най-често това са вентилаторите, които в индустриалните конфигурации биват заменени от топлоотвеждащи радиатори.

В допълнение, безвентилаторните IPC се отличават с по-нисък процент механични повреди. Липсата на вентилатор намалява значително и запрашаването във вътрешността на корпуса, което повишава надеждността им.
Сред предимствата на индустриалните персонални компютри са

разнообразните възможности за монтиране
- на монтажни шини, на панел или свободностоящи, които им осигуряват пълна гъвкавост при свързването с различни машини и оборудване в индустриалните приложения. За да е налице оптимално съотношение между цена и ефективност, IPC решенията са базирани на комерсиални процесори, памети и дискове за съхранение, подобно на потребителските си аналози.

Индустриалните персонални компютри най-често се предлагат и с вградени комерсиални операционни системи, което улеснява и оптимизира инсталацията и поддръжката на стандартните платформи за автоматизация. Тези конфигурации разполагат с

разширени възможности за свързване
към други индустриални и потребителски IT-системи и оборудване, като поддържат широк набор от Fieldbus и серийни протоколи, както и стандартните Ethernet, WiFi и USB.

Графичният потребителски интерфейс типично е HDMI или VGA. Така към IPC директно може да бъде добавен външен дисплей, като по този начин системата може да функционира като решение от типа “всичко в едно”, без да се налага внедряването на други помощни технологии за визуализация в платформата за автоматизация.

Много индустриални персонални компютри се предлагат с вградени дисплеи, което ги превръща в изключително компактно и разходно ефективно решение.
Индустриалните PC типично са с

модулна конфигурация
и са специално проектирани за бързо откриване и отстраняване на проблеми и неизправности в хардуерните компоненти. Тъй като са производни на комерсиалните настолни компютри, IPC решенията също се отличават с разнообразни възможности за конфигуриране.

Стандартните (предварително конфигурирани) системи позволяват лесно и бързо разширяване на функционалността чрез добавяне на памет, пространство за съхранение на данни, опции за мрежово свързване и т. н.

На пазара е достъпна и изчерпателна гама самостоятелни модули за индустриални PC, посредством които потребителите могат сами да асемблират персонализирана система, адаптирана към изискванията на съответното приложение.

Най-компактните IPC
типично използват RISC архитектура (Reduced Instruction Set Computing - намален брой инструкции), а по-разширените функционално версии са x86-базирани платформи.

Индустриалните персонални компютри не се нуждаят от консумативи и имат минимални изисквания за текуща поддръжка, което значително намалява общата им цена на притежание (TCO). Във всички изброени аспекти IPC системите се доказват като много по-добра базова платформа за индустриална автоматизация от комерсиалните настолни компютри и се изравняват по показатели или дори надминават PLC и другите индустриални контролери.

Конструкцията и дизайнът определят приложенията
Индустриалните персонални компютри се използват предимно в приложения, включващи процесен контрол и събиране на данни. В някои случаи IPC служат като полева станция на съответния контролен компютър в разпределена процесна среда. Използваният софтуер може да е както стандартен, така и персонализиран за конкретни приложения.

Индустриалните PC значително превъзхождат потребителските си аналози по отношение на надеждност, оперативна съвместимост, възможности за разширяване и експлоатационна дълготрайност. Отличават се и по това, че обикновено се произвеждат в много по-малки серии от комерсиалните настолни компютри.

Една от най-разпространените категории индустриални компютри са 19-инчовите конфигурации за монтаж на стелаж или рак. Друго широко използвано решение са

панелните персонални компютри
които разполагат с вграден дисплей (обикновено LCD) в корпуса, в който се намират дънната платка и останалата електроника. Този тип индустриални компютри типично са предназначени за панелен монтаж и обикновено са с размери не по-големи от потребителски лаптоп или таблет, като повечето съвременни модели се управляват посредством сензорен екран.

На пазара на индустриални компютри са достъпни както едноплаткови PC, така и конфигурации, базирани на COTS (commercial off-the-shelf) дънни платки. В зависимост от степента на защита от външни влияния се предлагат бюджетни версии без специално уплътняване срещу влага, прах и други вредни влияния на средата; защитени конструкции със стандартни уплътнения (IP67), както и специални взривозащитени модели, подходящи за работа в потенциално експлозивни среди.

Специфични предимства на IPC в процесната автоматизация
Все по-компактните корпуси на индустриалните персонални компютри ги правят подходящи за нарастващ брой приложения в процесната автоматизация. Разнообразието от корпуси, конструкции и размери осигурява решения за всички звена на процесните съоръжения, а хардуерната производителност на IPC е напълно скалируема, което прави възможно използването им в приложения с всякакъв мащаб.

Благодарение на внушителната си процесорна мощ, съвременните индустриални персонални компютри могат да работят с широк набор от операционни системи и позволяват инсталирането и на най-усъвършенстваните софтуерни решения за контрол, мониторинг и автоматизация.

Съществено предимство на индустриалните PC е възможността им да осъществяват контрол в реално време, както и да служат като мост между операционните и информационните технологии в процесните индустрии.

За това спомага познатият на потребителите и лесен за употреба графичен интерфейс. Така в повечето случаи персоналът на процесните съоръжения не се нуждае от допълнително обучаване как да работи с PC-базираната платформа за контрол и автоматизация.

Kомпактни индустриални компютри – новият стандарт при IPC
Макар мощните компютърните конфигурации с големи физически размери да са подходящи за много индустриални приложения, съществуват редица съоръжения, процеси и предприятия, в които дори стандартните по размер настолни персонални компютри се оказват прекалено големи.

За целта е разработено цяло ново поколение от компактни системи, при които умаленият форм фактор не е за сметка на по-слаба процесорна мощ, по-малко памет или по-малко пространство за съхранение.

От корпусите на тези напълно функционални индустриални PC са премахнати големи компоненти, като вентилаторите, за да може конфигурацията да бъде асемблирана в по-малка кутия. Благодарение на внедряването на компактни индустриални компютри като базови платформи за техниката за автоматизация в промишлени приложения, в които физическото пространство е крайно ограничено, се постигат

значително подобрена ефективност
по-малко на брой и по-кратки непланирани прекъсвания, както и по-дълъг живот на автоматизираните машини и оборудване поради възможностите за по-прецизен и ефективен контрол и мониторинг. И ако в търговските обекти пространството обикновено значи пари, в индустриалните обекти то най-често се равнява на функционалност и производителност.

Компактните индустриални PC се предлагат със стандартен форм фактор или с персонализирани конструкция и размери за специфични приложения. Ефективното охлаждане на промишлените компютри се осигурява посредством иновативни технологии като пасивно охлаждане и топлоотвеждащи радиатори със специален дизайн, които гарантират надеждната им и непрекъсната работа, дори в критични процеси и съоръжения. 
Компактните IPC се отличават с

умалени в сравнение със стандартните размери
и по-малко тегло, което ги прави лесно преносими на ръка, без нужда от специална подемна или транспортна техника. Някои от достъпните на пазара модели работят със стандартно мрежово захранване, докато други разполагат с вградени батерии, които ги правят напълно портативни и автономни.

Типично, преносимите индустриални PC, които са предназначени да бъдат мобилни, а не стационарни, са снабдени с вграден екран и са осигурени с висока степен на изолация и индустриална защита, включително влаго- и прахоустойчивост, устойчивост на шок и вибрации, химични и механични въздействия и други условия на агресивните промишлени среди.

Сред компактните преносими IPC намират място и високотехнологични комбинирани устройства с интегрирани баркод скенери и четци за смарт карти, радиочестотни скенери, термокамери, скенери за биометрични данни и др.

Безвентилаторни индустриални компютри
Освен малките размери и преносимата конструкция, съвременните компактни индустриални PC конфигурации осигуряват на потребителите и друго важно предимство – подобрената надеждност на устройства без вентилатори, а често и без кабели.

Днес безвентилаторните IPC са самостоятелен и изключително бързо развиващ се сегмент от пазара на средства за индустриална автоматизация, а в основата им е заложен интелигентен термичен дизайн с пасивно отвеждане на топлината извън корпуса.

Благодарение на тази технология безвентилаторните конфигурации разсейват отработената топлина много по-ефективно и се отличават с по-широк диапазон от работни температура в много индустриални приложения в сравнение с конвенционалните индустриални PC.

На пазара се предлагат най-общо два типа безвентилаторни индустриални компютри: а) такива, при които само процесорът и някои критични компоненти са без вентилатор, а други вътрешни компоненти, като захранването например, се охлаждат посредством вентилатори, и б) същински безвентилаторни конфигурации.

Последните разполагат със система от топлоотвеждащи радиатори, специално проектирани да се почистват лесно, а липсата на подвижни елементи елиминира риска от механична повреда.

Ключовите ползи от безвентилаторната технология са две
Първо, логично, този тип индустриални компютри работят напълно безшумно. Второ, липсата на големи отвори за вентилатори в корпусите предотвратява навлизането на прахови частици и замърсители в компютъра, като така значително се удължава експлоатационният живот на системата.

Основният въпрос е могат ли безвентилаторните компютри да понасят по-сериозни работни натоварвания без да прегреят и да се запалят. На практика тези компактни PC са по-подходящи за автоматизация на приложения с ниско до средно работно натоварване, като са способни да работят и при по-високо натоварване, но с по-висока работна температура.

Подобрена енергийна ефективност
Един стандартен вентилатор за охлаждане на компютри с размери 120x120 мм консумира около 3 до 5 W. Макар на първо четене това да звучи като пренебрежимо малка консумация, индустриалните персонални компютри със стандартни размери са оборудвани средно с 3 или 4 вентилатора.

При компактните безвентилаторни компютри генерираната топлина се извлича и извежда от корпуса без помощта на такива консуматори, което значително намалява общото потребление на енергия от системата.

Това е от особено значение в приложения с ограничени енергийни ресурси, например нефтени платформи, отдалечени станции и кораби, при които системите се захранват локално чрез генератори или слънчеви панели.

Надеждност в компактен корпус
Изключително чувствителни към запрашаване и вредни въздействия от средата, вентилаторите са доказано най-честите причинители на повреди в комерсиалните персонални компютри вследствие от прегряване поради спиране или неизправна работа на охлаждането.

Ето защо в компактните индустриални компютри тази технология все по-масово отстъпва място на по-иновативни решения за пасивно термоотвеждане, които подобряват надеждността и удължават живота на системата.

Средната продължителност на периода между две повреди MTBF (Mean Time Between Failure) при стандартен десктоп компютър е около 20 хил. часа (или приблизително две години). Тази цифра е значително по-малка при индустриалните компютри с конвенционално охлаждане, които работят при тежки промишлени условия.

Стандартно тези системи са и много по-скъпи от комерсиалните, което прави вентилаторните конфигурации високорискови и нерентабилни във финансов план. При компактните безвентилаторни PC обаче MTBF достига до над 270 хил. часа, което се равнява на приблизително 30 години без повреди вследствие неизправности на механичното охлаждане.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top