Industrie-PCs als Basis für die digitale Fabrik

Martin Krenzer & Neil AhmadMarketing Manager Simatic IPC & Produktmanager Simatic IPC, beide Digital Factory, Siemens, Nürnberg

Das Volumen an Daten, die innerhalb von Produktionsprozessen erfasst und aufbereitet werden, wächst heutzutage kontinuierlich. Damit steigen auch die Anforderungen an die entsprechenden Komponenten im Bereich der Automatisierung: Informationen zu Auslastung und Leistung müssen möglichst in Echtzeit erfasst ausgewertet und bereitgestellt werden, damit die Mitarbeiter in der Fertigung und in der Produktions- und Instandhaltungsplanung Entscheidungen anhand tatsächlicher Prozessdaten treffen können. PC-basierte Systeme für Visualisierung, Datenaufbereitung und Steuerung sind demnach wichtige Bausteine einer zukunftsfähigen Automatisierungslandschaft. Diese müssen jedoch spezielle Herausforderungen bezüglich Zuverlässigkeit, Leistung und Robustheit meistern können.

Siemens setzt daher für die aktuelle Version seiner Embedded-Industrie-PC-Baureihe Simatic IPC 4x7E langzeitverfügbare Komponenten ein und kann so laut eigenen Angaben einen Service- und Supportzeitraum von bis zu elf Jahren ab Markteinführung sicherstellen. Die robusten Geräte sind zudem einbau- und schnittstellenkompatibel zu den Vorgängermodellen – um vorhandene ältere Komponenten anbinden zu können, besitzt der Industrie-PC (IPC) zwei serielle Schnittstellen. Der Embedded IPC wird mit Windows 10 als Betriebssystem ausgeliefert, unterstützt aber auch ältere Betriebssystemversionen sowie den Simatic Software Controller Win-AC RTX, damit vorhandene Applikationen weiterhin genutzt werden können. Zugleich ist die neue Generation mit einer Architektur auf Basis der neuen Intel Skylake-Prozessoren Celeron, Core i3, Core  i5 und Xeon E3 leistungsstärker im Vergleich zum Vorgängermodell. Des Weiteren kann der PC mit bis zu 16 GB Speicher-RAM bestückt werden. Aussagen des Herstellers zufolge ist der Simatic-IPC mit drei Gigabit-Ethernet-Schnittstellen Onboard optimal auf die Integration in übergreifende Fertigungs- und IT-Systeme vorbereitet.

Damit der Anwender den für die jeweilige Applikation passenden Industrie-PC findet, kann er zwischen vier verschiedenen Prozessoren und unterschiedlichen RAM-Varianten wählen. Das Gerät unterstützt als externen Massenspeicher C-fast-Karten bis 30 GB und besitzt zwei Displayports, sodass es auch für Scada-Anwendungen mit mehreren Monitoren oder zur Anbindung eines zweiten Thin Clients geeignet ist. Alternativ zum Box-PC gibt es das Gerät auch als bau- und imagegleichen Panel-PC mit integriertem Display, der durch seine geringe Einbautiefe sowohl in 19-Zoll-Schränken und Racks als auch in Schaltschränken und Pulten installiert werden kann. Der Panel-PC unterstützt mit projiziert-kapazitivem Display in 15-, 19- und 22 Zoll neben der Touch-Bedienung auch moderne Bedienkonzepte wie Gesten- oder Mehrfingersteuerung.

Der Industrie-PC ist außerdem mit systemgetesteter Simatic-Automatisierungssoftware erhältlich. Gerade bei Steuerungsaufgaben zahlen sich seine besonderen Konstruktionsmerkmale aus, heißt es: Trotz des leistungsstarken 25-W-Prozessors benötigt das Gerät keine aktive Kühlung, selbst bei Umgebungstemperaturen bis maximal 55° C. Zudem kann das Gerät ohne rotierende Teile, wie Lüfter oder Festplatten sowie ohne Batterien montiert werden und ist damit fast wartungsfrei.

Dies wird zum einen durch ein spezielles Kühlrippendesign möglich, das die Abwärme effektiv an die Umgebung abgibt. Zum anderen lässt sich das gesamte System energieoptimiert betreiben. Der Hersteller liefert den Simatic-PC mit vier BIOS-Voreinstellungen aus: Neben der Standardeinstellung kann der Anwender auch eine Performance-optimierte Einstellung wählen, um rechen- und speicherintensive Applikation zu realisieren oder ein spezielles Setup für hohe Umgebungstemperaturen auswählen. Speziell für deterministische Anwendungen, beispielsweise Steuerungsaufgaben, bietet das System auch eine Deterministik-optimierte Einstellung an, bei der die CPU-Frequenz konstant bleibt und Befehle mit der gleichen Geschwindigkeit verarbeitet werden.

All diese technischen Merkmale sorgen dafür, dass der Industrie-PC im Fertigungsalltag zuverlässig seinen Dienst verrichtet, erklärt der Anbieter. Um Datenverluste oder das Entstehen korrupter Dateien etwa durch einen Stromausfall zu vermeiden, sind im PC besondere Features integriert: Bei einem Ausfall der Versorgungsspannung werden die Daten gesichert. So fährt der Computer nach dem Neustart aus einem sicheren Image heraus hoch, die Applikationen können auf die gesicherten Daten zugreifen und ermöglichen einen weiteren fehlerfreien Betrieb. Außerdem sind im PC sogenannte EEC-Speicherbausteien verbaut, die Bitfehler erkennen und beseitigen. Dadurch wird die Integrität der Daten gesichert, versichert der Konzern.

Der Industrie-PC sei vor allem für komplexe Steuerungsaufgaben geeignet, bei denen eine Hochsprachenintegration erforderlich ist. Als systemgetestetes Paket unterstützt der Hersteller solche Anwendungen mit dem Simatic Software Controller Simatic Win-AC RTX und zukünftig auch mit dem neuen Simatic S7-1500 Software Controller (wir berichteten in Ausgabe 28/16) – sogar für fehlersichere Anwendungen.

Ein weiteres Anwendungsfeld des Industrie-PCs sind die Erfassung, Speicherung, Analyse und Kommunikation relevanter Produktionsdaten an überlagerte IT-Systeme als Daten-Gateway. Dabei können die Daten im IPC direkt aufbereitet und vorverarbeitet werden, sodass die benötigte Bandbreite im Netzwerk deutlich reduziert wird. Laut Herstellerangaben profitieren auch moderne und komplexe Visualisierungsanwendungen von der Möglichkeit, mit dem Simatic IPC 4×7 und der dazu passenden Win CC Software eine leistungsstarke und preislich attraktiv HMI-Lösung realisieren zu können, die sowohl maschinennah als auch als Scada-Client fungieren kann.

Die neue Version des Industrie-PCs von Siemens zeichnet sich laut Herstellerangaben durch ein wartungsfreies, lüfterloses Design aus, das eine hohe Performance ohne aktive Kühlung ermöglicht. Der IPC kann flexibel erweitert und individuell konfiguriert werden.

Technische Daten auf einen Blick:

Dual Core & Quad Core / 64-Bit-Architektur

Intel Core-i Prozessoren der sechsten Generation, skalierbar mit vier verschiedenen Prozessoren von Intel

Speichertechnik mit ECC und DDR 4 bis 16 GB

Drei Gigabit-Ethernet-Anschlüsse

Panel-PC mit Touch-Displays und Glasfront im Widescreen-Format mit 15-, 19- und 22-Zoll

Als PC-based Controller mit Simatic Software Controller S7-1500 (S)