Технологични тенденции при индустриалните PC

Интегрирането на по-добри технологии и автоматизация в комерсиалните продукти, производственото оборудване и станциите за изпитване е постоянно предизвикателство. Същевременно това е продължителен процес, необходим за подобряване на производителността и повишаване на приходите на компаниите. Системните интегратори, инженерите и проектантите на оригинално оборудване трябва да избират измежду разнообразни компоненти и методи за постигане на крайния резултат по по-добри, по-бързи и по-евтини начини. При специфицирането на платформи за автоматизация, най-често се налага да се вземе решение дали да се използват стандартни индустриални персонални компютри (IPC) или да се внедри напълно специализиран хардуер за управление.

Специализираният хардуер за управление може да е направен по поръчка и оптимизиран специално за конкретно приложение, но разработката му е свързана със значителни начални разходи. Той може да е икономичен, когато се прави в големи количества, но цената му би била недостъпна при по-малки поръчки.
За подобни малки поръчки потребителите обикновено трябва да купуват стандартни индустриални компютри (IPC), след което им се налага или да ги персонализират, за да отговарят на техните нужди, или да ги “вкарат” в употреба по не особено оптимален начин.

Някои производители на индустриални компютри и други продукти за автоматизация наскоро разработиха концепция, с която най-разнообразни стандартизирани хардуерни платформи могат да бъдат конфигурирани предварително, за да отговарят на определени нужди на потребителя. С тази програма потребителите могат да избират измежду разнообразни видове и протоколи за комуникация, стандартни памети и различни формати запаметяващи устройства, между много различни функционални модули, които се внедряват във вертикалните пазари с професионално приложение и между цифрови и аналогови входове и изходи със стандартния размер 81 x 19,4 mm.

Тъй като подобренията на вградените операционни системи и високопроизводителните методи за съхранение на данни стават все по-широко разпространени в индустрията, доставчикът на индустриални персонални компютри може безпроблемно да ги интегрира в продуктова серия и да направи тези нови технологии леснодостъпни за своите клиенти.

Доставчикът на усъвършенствани IPC не само предлага най-модерни технологии, но може да подпомогне развитието на специфични функционални модули, конструирани за разнообразни индустрии като енергодобива, хранителната и транспортната промишленост.

Предимства на стандарт-ната персонализация
Специализираните продукти могат да предложат много по отношение на оптимизацията за конкретни приложения. Възможно е да се персонализират комерсиалните компоненти, за да се постигне желания резултат, но по такъв начин, че да не се увеличат разходите.

Индустриалните персонални компютри с комерсиални операционни системи представляват зряла и добре доказана платформа, чиито предимства могат да са от полза на потребителите за техните приложения. Независимо какво е основното изискване - чистата процесорна мощност, графичният интерфейс, или да има много мрежови и входно-изходни връзки - един IPC ще свърши работа.

Технологията на комерсиалните компютри напредва и се променя бързо. Много технологични постижения в областта на сменяемата памет, твърдите дискове и намалената консумация на енергия са много желателни за автоматизацията. Ако проектантите разработят свой собствен персонализиран IPC, те няма да са изправени пред трудната задача непрекъснато да актуализират неговия хардуер, за да внедряват нови технологии. От друга страна, производителите на комерсиални IPC са в идеална позиция да възприемат бързо най-добрите комерсиални технологии за персонални компютри, за да подобрят своите продуктови оферти.

В миналото някои индустрии като енергийната и транспортната използваха продукти само от определен доставчик на IPC, който работеше само за техния специфичен пазар на приложения. Но бързото развитие на технологиите превръща в реалност характеристики като “универсален” и “с просто внедряване”. Това дава на доставчика на усъвършенствани IPC възможност да предлага интегрирани продукти, съответстващи на специфични изисквания, като усъвършенства някои технологии за комерсиални компютри.

Опциите улесняват внедряването
Твърде често се случва индустриалните персонални компютри да се интегрират с друго оборудване. Затова богатият избор опции за мрежово свързване дава огромно предимство. Когато има много стандартизирани опции за мрежова връзка, съхранение на данни и др., проектантите могат да конфигурират оптимизирано решение за своя проект.

Стандартизираните опции имат и друго предимство наред с оптимизацията - това е доказаната им производителност. Всяка комуникационна карта на запаметяващо устройство е разработена, за да изпълнява определена задача и да бъде интегрирана като част от цялата система. Производителят на IPC координира и тества всеки компонент в разнообразни конфигурации. Това гарантира на крайния потребител известно ниво на сигурност, че неговият индустриален персонален компютър ще работи надеждно.

Решения, които могат да се поддържат
Разбира се, инженерният процес не свършва с доставката на окончателния продукт. При поява на нови технологии или когато се изискват допълнителни възможности, производителят на продукта трябва да оцени пазарното търсене. Автоматизирането на продукт или единица оборудване с решение, включващо IPC, е идеалният начин дизайнерите да внедряват променящи се технологии и потребности. Модулната конструкция на индустриалния персонален компютър позволява на дизайнерите лесно да подобряват своите продукти с алтернативни комуникационни възможности или с нови запаметяващи устройства. Този тип адаптивност позволява на производителите да реагират на промените на пазара.

Специално конфигурираните IPC на утвърдени доставчици предлагат напълно изчерпателно и комерсиално достъпно решение от компания с утвърдено име в бранша. Производителите на оригинално оборудване, системните интегратори и крайните потребители признават ползата от внедряването на доказани технологии в продукти, дори когато едно напълно специализирано решение е възможен вариант.

Технологични тенденции
Перспективата за внедряване на доказаната мощ на стандартните компоненти на един IPC в системата за автоматизация е един от най-положителните аспекти при поръчката на стандартизирано решение. Докато типичният настолен персонален компютър изисква допълнителни проучвания, преди да бъде внедрен в платформа за автоматизация, индустриалните персонални компютри са по-подходящи за тази роля, тъй като са специално разработени за индустрията.

Вградените операционни системи са по-подходящи за платформите за автоматизация на производителите на оригинално оборудване/системните интегратори, отколкото за настолните операционни системи, тъй като предлагат кратки времена на първоначално зареждане и минимални изисквания за текуща поддръжка. Те са достатъчно гъвкави, за да могат на тях да работят много видове приложения, и същевременно достатъчно мощни, за да се справят с огромно количество входни данни и тяхната обработка – например от камери и системи за наблюдение. Това означава, че вградените операционни системи ще продължат да са предпочитан път на автоматизация за производителите на оригинално оборудване и системните интегратори.

Определени характеристики на вградените операционни системи ги поставят в редиците на софтуера за обслужване на оборудване. Например функцията “една хибернация, множество възстановени процеси” (HORM) и “подобрен филтър за запис” (EWF) позволяват на тези системи да запазват своята фабрична конфигурация по време на работа, и всеки път след рестартиране да се зареждат бързо въз основа на запаметеното състояние. Подобни възможности са желателни за производственото оборудване. Вградената операционна система е привлекателна и по друга причина: тя е опростена и специализирана, въпреки че има много общо с операционните системи за комерсиални персонални компютри.

По-добро от PC
Стандартният комерсиален персонален компютър, било то настолен, преносим или таблет – представлява технология за масова употреба, която лесно се разбира от много хора. Индустриалните персонални компютри използват същите стандартни основни технологии и компоненти, като техните комерсиални варианти за масова употреба.

Но индустриалните персонални компютри имат по-различен дизайн и размери на кутиите си в сравнение традиционните. IPC имат компактни и здрави корпуси, подходящи за предназначението им. Възможностите за монтирането им, например на монтажни шини, на панел или свободностоящи, осигуряват пълна гъвкавост при свързването на IPC с различно оборудване.

Намаляването на размерите на корпусите на индустриалните персонални компютри е основната причина за все по-широкото им внедряване като платформи за техника за автоматизация, доставяна от производители на оригинално оборудване, тъй като физическото пространство често пъти е от критично значение. Не по-малко важно е това, че индустриалните персонални компютри могат да бъдат конструирани, за да устояват в далеч по-агресивни среди, отколкото тези, при които работят настолните PC. Предпазването им от екстремни температури, вибрации и мръсотия се осъществява чрез вентилатори, специална физическа конструкция и чрез запълване на електронните схеми с изолационна желатинова паста за предпазване от вибрации.

Докато повечето комерсиални персонални компютри имат вентилатори, много индустриални работят без тях. Тъй като вентилаторите са елемент от оборудването, който има сравнително висок процент повреди, премахването им увеличава средното време между повредите. Вентилаторите се заменят с топлоотвеждащи радиатори, използващи пасивен въздушен поток. В резултат се получава много по-надеждно устройство, което работи по-тихо, консумира по-малко енергия и има вероятност да работи дори и при по-високи температури на околната среда.

Внедряване на подобрения на процесора и паметта
Често пъти индустриалните персонални компютри са оборудвани с най-модерните многоядрени процесори, и то не само заради чистата изчислителна мощност. Всяко ново поколение процесори има по-ниска консумация на електроенергия, понякога с голяма разлика. Това не само намалява производствените разходи и общата консумирана мощност на цялата система, но и намалява генерираната топлина.

Друга тенденция при комерсиалните персонални компютри, която се пренесе и при индустриалните, е свързана с паметта и запаметяващите устройства. Паметта CompactFlash (CF) и твърдотелните запаметяващи устройства (solid state drives, SSD) са две технологии, които вършат чудесна работа в IPC. Тъй като те нямат механични движещи се компоненти, те са изключително надеждни, имат минимална консумация на електроенергия и далеч по-високи скорости отколкото традиционните твърди дискове.

В частност SSD представляват бързо разрастващ се и променящ се комерсиален сегмент, в който цените спадат. Която и технология или технологии да се наложат на огромния пазар на комерсиалните РС, те ще се окажат икономични и ще пробият и на по-специализирания пазар на индустриалните персонални компютри.
Пример за това как индустриалните персонални компютри следват в развитието си комерсиалните е флаш-паметта CFast. CFast е развиваща се технология за памет, подобна на компакт-флаш (CF), но е базирана на серийната шина ATA (SATA) и предлага по-високи скорости.

Ако комерсиалният пазар внедри тази технология, то ще има доста добра вероятност форматът и скоростта на паметта да станат подходящи за внедряване при индустриалните персонални компютри. Друга подобна технология - mini-SATA (mSATA), е адаптация на SATA с по-малък размер. Разработена първоначално за лаптопи, тази малка по размери памет е много подходяща за внедряване в IPC.

Предизвикателства при комуникациите и мрежите
Разпространението на лични електронни устройства, сложни уебсайтове, смартфони и таблетни приложения повишава очакванията на всички потребители за облика, въздействието и интерактивността на системите. Но модерните технологии на широкоекранните монитори с висока разделителна способност, графичните карти с висока производителност, HDMI свързаността и мулти-тъч входове намират приложение и в индустрията на IPC.

Наскоро компютърната общност на Института на инженерите по електроника и електротехника (IEEE Computer Society) установи няколко най-важни тенденции в развитието на високите технологии. Най-популярните между тях са технологиите за свързаност, като мобилната компютърна обработка в облак, Интернет на нещата, мобилните мрежи и т. н. Индустриалните персонални компютри притежават известен брой технологии за взаимна връзка, които им дават възможност да отговарят не само на днешните изисквания, но и на бъдещите технологични постижения.

Много IPC от по-нисък клас използват класически цифров и аналогов вход/изход или различни видове серийни средства за комуникация. Индустриалните приложения биха могли да изискват протоколи за промишлени мрежи (fieldbus протоколи), като ProfiBus, APAXBus или CANOpen. Дори системите с по-висока производителност биха могли да работят с Ethernet протоколи като Profinet, EtherNet/IP, EtherCAT или PowerLink. Ethernet технологии като PoE или оптична връзка, или безжични опции като Wi-Fi, GPRS, 3G/4G или ZigBee, биха превърнали един индустриален персонален компютър в идеалното устройство за конкретно приложение.