Embedded Box PC
Embedded Computer - PC für jede Umgebung und Aufgabe
Bei Embedded-PC handelt sich um vollwertige Rechner in kompakten, zum Teil modular aufgebauten Gehäusen, die mit CPU, Arbeits- und Massenspeicher versehen, eingebettet in einem größeren technischen Kontext, ihre Arbeit im industriellen Umfeld verrichten.
Oft besteht diese Aufgabe darin, autark und mit nur geringer menschlicher Interaktion Prozessdaten zu erfassen, Abläufe zu überwachen und Steuer- beziehungsweise Regelungsfunktionen zu übernehmen. Hierzu stehen eine Reihe, zum Teil industriespezifischer Schnittstellen zur Ansprache von Sensoren und Aktoren zur Verfügung, wie serielle Interfaces (USB, RS232, RS422, RS485) und diverse Feldbusse wie MODBUS, EtherCAT, CAN, BACnet, PROFIBUS/PROFINET, HART etc. und zum Teil auch noch parallele und digitale Anschlüsse.
Oft besteht auch die Möglichkeit, zumindest zeitweise, Ein-/Ausgabemedien wie Monitore und Tastaturen anzuschließen. Darüber hinaus geschieht die Kommunikation mit dem Menschen im Wesentlichen über höherrangige Netzwerkkomponenten im Firmen-LAN, in das die Embedded Computer per Kabel oder WLAN eingebunden werden.
Anforderungen an Embedded-PCs
Es gibt ebenso Embedded Computer, die für einen universellen Einsatz vorgesehen sind, wie auch „Spezialisten“, welche für einen bestimmten Einsatzzweck konzipiert wurden und diesem entsprechende Eigenschaften aufweisen (vertikale Märkte).
Allen gemein ist die grundlegende Philosophie aller Industrie PCs, dass eine hohe Zuverlässigkeit, Fehlerunanfälligkeit, geringer Wartungsbedarf sowie eine lange Verfügbarkeit unabdingbar sind.
Embedded PCs sind daher mit Komponenten bestückt, die eine hohe Lebenserwartung auch unter widrigen Umständen, wie in Umgebungen mit hohen mechanischen Beanspruchungen, erweitertem Temperaturbereich oder Feuchtigkeit gewährleisten. Zudem ist der überwiegende Anteil lüfterlos ausgeführt, um das Einsaugen von Staub und Schmutz in das Gehäuse zu minimieren.
Je nach Einsatzzweck und Anwendungsgebiet gibt es Embedded Systeme, die auf eine hohe Leistungsfähigkeit und Performance hin entworfen sind, während andere einen besonders sparsamen Betrieb gewährleisten, um Betriebskosten zu minimieren und die unnötige Erzeugung von Verlustwärme zu verhindern. Im Allgemeinen sind diese Rechner mit speziellen Embedded CPUs ausgestattet, die neben einer Langzeitverfügbarkeit von mehreren Jahren über eine hohe Skalierbarkeit verfügen, die es gestattet, leistungsstark auf Anforderungsspitzen zu reagieren, im Leerlauf oder Standardbetrieb aber sparsam und kosteneffizient zu arbeiten.
Ausführungen & Einsatzbereiche von Embedded Computern
Es gibt Embedded Box PCs in den unterschiedlichsten Ausführungen und Abmaßen, von Zigarettenschachtelgröße bis hin zur Größe eines großen Schuhkartons, die dann auch oft noch die Möglichkeit bieten, ihren Funktionsumfang über den Einsatz von ISA, miniPCIe, M.2 PCI oder PCIe-Karten zu erweitern.
Je nach Einsatzzweck können sie auf unterschiedliche Weisen montiert werden. Steht ein Schaltschrank zur Verfügung, gibt es Modelle, die über einen Clip zur Hutschienenmontage, auch DIN-Rail genannt, verfügen, es ist aber auch möglich, die Embedded PCs über Montagewinkel mit einer Wand oder einer Maschine zu verschrauben.
Die höchste Verbreitung finden Embedded Computer in Anlagen und Maschinen, die in Fertigungs- und Montagehallen ihren Dienst verrichten. Dort dienen Sie zur Überwachung der Produktion, Prozesssteuerung, Visualisierung von Abläufen, Signal- und Datenverarbeitung und vieles mehr. Die kleinen, robusten Geräte werden aber auch in anderen Bereichen eingesetzt, die zum Teil abweichende Spezifikationen und Zertifizierungen zwingend erforderlich machen.
So müssen sogenannte Vehicle- oder Fahrzeug-PCs, die z.B. im Bereich Transportwesen, im öffentlichen Personen-Nah- und Fernverkehr oder der Schifffahrt eingesetzt werden über besonders hohe Temperaturfestigkeiten und zumeist eine intelligente Stromversorgung, die sogenannte Ignition Control verfügen. Häufig sind auch Schnittstellen zur Datenkommunikation mit dem Fahrzeug (CAN, OBD II) erwünscht.
Je nach Anwendungsgebiet, Straße, Schiene oder Wasser, sind zudem gesonderte Zertifizierungen obligatorisch. Im Bereich Straßenverkehr ist z.B. zumeist die E-Mark-Zertifizierung vorgeschrieben, im Schienenverkehr die EN50155 und im Bereich der Marine-PCs DNV. Die Rechner erfüllen Aufgaben in der Flottensteuerung (Fleet Control), die Auswertung der Fahrzeugdaten, Telemetrie, Positionsbestimmung, Innen- und Außenraum-Überwachung, Fahrgast Infotainment und vieles mehr.
Im medizinischen Bereich wird hingegen Wert auf eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit und leicht zu reinigende, oftmals antibakterielle putzmittelresistente Oberflächen gelegt. Die Rechner finden dabei sowohl Anwendung in der Diagnostik als auch in der Pflege, zum Beispiel auf Nursing Carts.
In anderen Bereichen wiederum sind besondere Schlag-, Stoß-, und Vibrationsfestigkeit oder Wasserdichtigkeit gefordert (Militär, Off-Road-Anwendungen). Speziell hierfür entworfene Geräte erfüllen zumeinst den MIL-STD.
Embedded Computer, die in der Digital Signage Branche eingesetzt werden, verfügen dafür in der Regel über ausgeprägtere Grafikfunktionen als üblicherweise benötigt und eine hohe Konnektivität, sowohl drahtgebunden über Gigabit Ethernet als auch drahtlos über WLAN/WiFi und LoRaWAN oder 3G/4G/5G-Funknetze (WWAN).
Zunehmend an Bedeutung gewinnen Embedded Computer, die für den Einsatz in den Bereichen künstliche Intelligenz (artificial Intelligence, AI) und Machine Learning konzipiert sind. Diese verfügen über eine hohe Rechenleistung und oftmals die Möglichkeit, eine externe Grafikkarte (GPU) aufzunehmen. Verwendet werden diese Rechner zum Beispiel in der Verkehrsüberwachung, der Personen- und Gesichtserkennung, in selbstfahrenden, autonomen Fahrzeugen aber auch in der Produktion zur optischen Bilderfassung. Dank Deep Learning Algorithmen wird den PCs dabei ermöglicht, auch bei wechselnden Lichtverhältnissen und Beleuchtungen, Werkstücke, Nummern- oder Verkehrsschilder, Personen, Fahrzeuge und ähnliches sicher zu detektieren und identifizieren.