Quelltext der Seite Industrie-PC

[[Datei:SIMATIC Box PC 627B.JPG|mini|Industrie-PC von [[Siemens]] (2008)]]
[[Datei:Beckhoff Automation Industrial PC.jpg|mini|Industrie-PC von [[Beckhoff Automation|Beckhoff]] (2021)]]

Ein '''Industrie-PC''' (kurz '''IPC''') ist ein Computer, der für Aufgaben im industriellen Bereich eingesetzt wird. Im engeren Sinn geht es dabei um Rechner, die einem [[IBM-PC-kompatibler Computer|IBM-kompatiblen]] [[Personal Computer]] ähneln und insbesondere mit Software für solche Geräte betrieben werden können.

Typische Bereiche sind [[Prozessvisualisierung]], [[Robotik]], [[Automation|Industrieautomation]], [[autonomes Fahren]], Test- und Prüfstände für die Industrie oder Sicherheitstechnik sowie die [[Qualitätssicherung]]. Ein Industrie-PC muss gegenüber den Geräten für den Bürobereich (Office-PC) besonderen Anforderungen genügen und wird in der Regel besonders robust z.&nbsp;B. gegenüber Umwelteinflüssen oder elektromagnetischen Störungen und insgesamt weitgehend ausfallsicher ausgelegt.

Konventionell konzipierte PCs haben infolge der Massenproduktion viele Vorzüge, z.&nbsp;B.: hoher Standardisierungsgrad – sowohl hinsichtlich [[Hardware]] als auch [[Software]] –, Flexibilität, großes Angebot an Peripheriekomponenten und [[Anwendungssoftware]], günstiger Preis. Daraus entstand der Wunsch, diese auch für die Automatisierung einzusetzen. Aufgrund der hohen Flexibilität lässt sich ein PC für die Bedienung, Programmierung, Visualisierung, Langzeit-Archivierung und Simulation von Prozessen einsetzen und darüber hinaus mit herkömmlichen industriellen Steuerungen oder [[Speicherprogrammierbare Steuerung|SPS]] kombinieren.

== Anforderungen ==
=== Hardware-Anforderungen ===
Eine allgemeine Einordnung der verschiedenen Anforderungen wird durch die [[Schutzart]] angegeben.

Ein Industrie-PC wird in der Regel in rauen Umgebungen eingesetzt, daher muss er je nach Einsatzbereich beispielsweise starke Temperaturschwankungen aushalten und resistent gegen Staub und Wasser sein.<ref>{{Internetquelle |autor= |url=https://shop.exone.de/industrie-pcs/ |titel=Das muss ein Industrie PC können |werk= |hrsg= |datum= |abruf=2019-11-12 |sprache=}}</ref>

==== Raue Umgebung ====
In industrieller Umgebung, also in Fertigungen oder gar an der freien Luft, muss die Elektronik gegen äußere Einflüsse wie Staub, Dreck, extreme Temperaturen, Vibrationen und Feuchtigkeit (Schutzart IP&nbsp;64) geschützt werden. Das wird vor allem durch angepasste, hochdichte Gehäuse und spezielle Filter in den Kühllüftern erreicht. Genauso müssen alle Steckverbindungen nach außen entsprechend robust und dicht ausgeführt sein.

Bei noch stärkeren Einflüssen muss die Elektronik ggf. [[hermetisch]] gekapselt werden, so dass man bei der [[Prozessorkühler|Prozessorkühlung]] statt Lüftern mit Frischluftzufuhr von außen auf geschlossene Systeme mit [[Heatpipe]]s und ähnlichen Elementen und beispielsweise als [[Kühlkörper]] ausgebildete Außenwände mit [[Kühlrippe|Kühlrippen]] des Gehäuses (also ''passive Kühlung'') übergehen muss.

Wenn die Umgebung starke [[Elektromagnetische Verträglichkeit|elektromagnetische Störungen]] (EMV) produziert, muss das System dagegen abgeschirmt werden. Auch dies führt zu speziell elektrisch abgedichteten Gehäusen und Steckverbindern, ggf. mit zusätzlichen ''Entstörgliedern'' in Zuleitungen.

Produziert die Umgebung extreme mechanische Erschütterungen oder Vibrationen, müssen Gehäuse und Steckverbinder wieder entsprechend robust ausgeführt sein. Zusätzlich kann es erforderlich sein, so weit wie möglich auf bewegte mechanische Komponenten zu verzichten, insbesondere auf Lüfter und [[Festplatte]]n. Wie oben kann man die Lüfter durch passive Kühlsysteme ersetzen; eine Festplatte neuerdings durch eine [[Solid State Drive|Solid State Disk]].

[[Tastatur]]en sind ebenfalls mechanisch ziemlich empfindlich. Sie werden daher oft durch [[Touchscreen]]s ersetzt, die dabei auch gleich die [[Computermaus|Maus]] mit ersetzen, wobei die Anwendungssoftware nur geringfügig angepasst werden muss. Siehe dazu auch bei [[Panel-PC]].

==== Empfindliche Umgebung ====
Umgekehrt kann es auch vorkommen, dass die Umgebung selbst besonders empfindlich gegenüber elektromagnetischen oder mechanischen Störungen ist, beispielsweise in speziellen Messapparaturen. Hier werden ähnlich wie oben besonders gut abgeschirmte Gehäuse und Steckverbindungen verwendet, hier nur mit dem Ziel, die Störungen nicht nach außen dringen zu lassen.

Wenn die Umgebung empfindlich gegenüber mechanischen Erschütterungen oder Vibrationen ist, muss wie oben zu Lüfter- und Festplatten-losen Varianten gegriffen werden.

In einigen Bereichen (z.&nbsp;B. chemische Industrie) sind zusätzlich noch gesonderte Vorschriften zu beachten (z.&nbsp;B. [[Explosionsschutz]]), die eine besondere Kapselung des IPC-Gehäuses erfordern.

==== Leistungsaufnahme ====
Damit die Umgebung auch nicht durch erhöhte Wärmeentwicklung der Elektronik gestört wird, muss ggf. auf besonders leistungssparende Ausführung geachtet werden. Dazu greift man auf Techniken zurück, wie sie in [[Notebook]]s und Laptops eingesetzt wird, damit lässt sich die Leistungsaufnahme etwa um die Hälfte verringern.

==== Räumliche Enge ====
Bei manchen Anwendungen muss die ganze Elektronik auf extrem kleinem Raum untergebracht werden. Hierzu gibt es beispielsweise komplette PCs für [[Hutschiene]]nmontage und Gehäuse, wie man sie sonst für [[Eingebettetes System|eingebettete Systeme]] verwendet.

==== Zuverlässigkeit ====
Von einem industriell eingesetzten Rechner werden besonders hohe [[Standzeit]]en ohne Software- oder Hardware-Ausfall erwartet. Auf der Hardwareseite werden entsprechend robuste Komponenten eingesetzt, bei der Software wird oft zu speziell optimierten [[Linux]]-Distributionen gegriffen.

==== Wartung ====
Viele IPC-Betreiber legen großen Wert auf Wartungsfreundlichkeit und bevorzugen Systeme mit einfacher Zugänglichkeit und möglichst geringer Anzahl von Verschleißteilen (z.&nbsp;B. Lüfter). So sind bei aktuellen Systemen Festplatten binnen Sekunden austauschbar. Zusätzlich wird der Lieferant danach selektiert, ob er Langzeit-Verfügbarkeit der Geräte und Ersatzteile gewährleisten kann. Für den IPC-Nutzer, der große Stückzahlen – etwa in einer Montagelinie – mit überwiegend identischer Software nutzt, ist es zudem wichtig, auch nach einigen Jahren noch denselben Mainboardtyp mit dem gleichen [[Chipsatz]] zu erhalten, da häufig ein anderer Chipsatz ein neues [[Image-Datei|Speicherabbild]] (Image) aufgrund anderer [[Gerätetreiber]] erfordert. Durch den schnellen Wechsel zu immer leistungsstärkeren Systemen, müssen die Hersteller der IPC daher einen größeren Lageraufwand auch für bereits abgekündigte Produkte betreiben, als Hersteller konventioneller PC.

=== Software-Anforderungen ===
==== Allgemeines zur Software ====
Häufige Anforderungen sind:

* hohe [[Standzeit]]en ohne Softwarefehler;
* Verarbeitung von [[Prozessdaten]] in [[Echtzeit]];
* Integration der Prozess-Peripherie.

Es gibt zwei Ausführungen, wenn ein Industrie-PC als Automatisierungsgerät genutzt wird:

# PC mit [[Slot-SPS|Automatisierungsteil als Hardware]] (z.&nbsp;B. PCI-Steckkarte) im selben Gehäuse, Kommunikation über einen gemeinsamen Bus. Erfüllt Echtzeittauglichkeit im strengen Sinn.
# PC mit [[Soft-SPS|Automatisierungsteil als Software]] auf einer industrietauglichen Hardware. Bei Echtzeitfähigkeit müssen manchmal gewisse Kompromisse in Kauf genommen werden, es wird zwischen „weicher Echtzeit“ und „harter Echtzeit“ unterschieden.

==== Betriebssysteme ====
Da die Hardware den handelsüblichen Personal Computern von der Struktur her verwandt ist, sind die verbreiteten [[Betriebssystem]]e wie [[Microsoft Windows]] und [[Linux]] einsetzbar. Der große Vorteil dabei ist, dass man auf ein breites Fundament an verfügbaren Softwarelösungen und Entwicklungswerkzeugen zurückgreifen kann. Insbesondere im Bereich Linux gibt es darüber hinaus die Möglichkeit, dank des [[Open Source|Open-Source-Charakters]] eigene Modifikationen und Optimierungen einzuführen, die auch die Betriebssystemebene an das Einsatzgebiet anpassen können.

== Ausführungen ==
Die Hardware eines Industrie-PCs unterscheidet sich meist von einem herkömmlichen [[Personal Computer]]. Oft reicht eine wesentlich niedrigere Performance, da die Steuerung von industriellen Maschinen keine Hochleistungsprozessoren benötigt. Im Bereich der Prozessvisualisierung werden jedoch durchaus leistungsfähige Prozessoren und Grafiklösungen, insbesondere Mehrschirmsysteme, eingesetzt.

Einige Firmen produzieren IPCs mit einem [[Modularisierung|modularen]] Aufbau. Das bedeutet, dass die konventionelle [[Hauptplatine]] (''mother board'') durch eine [[Backplane]] (''Busplatine'') und eine [[Slot-CPU]] ersetzt wird. Ein Vorteil darin ist, dass der IPC dadurch in mehreren verschiedenen Variationen zu erhalten ist. Insbesondere ist der Einsatz einer größeren Anzahl Erweiterungskarten zur Ansteuerung von Peripheriegeräten als auf üblichen Hauptplatinen möglich. Herkömmliche Hauptplatinen weisen z.&nbsp;B. oft nur vier bis sechs [[Peripheral Component Interconnect|PCI]]-Steckplätze auf, bei IPCs sind über entsprechende Bridges zehn und mehr möglich, auch können bei Bedarf noch Einsteckkarten für den [[Industry Standard Architecture|ISA]]-Bus unterstützt werden.

Auf der Slot-CPU sind alle Komponenten, die auf einer [[Hauptplatine]] auch zu finden sind. Es befinden sich dort unter anderem mindestens ein [[Sockel (Prozessor)|Prozessorsockel]], sowie ein Steckplatz für den [[Arbeitsspeicher]], Anschlüsse für [[Festplatte]]n und andere Laufwerke, meist ein [[Video Graphics Array|VGA]]-Chip und mindestens ein [[Netzwerk]]-Controller.

Die Busplatine ist eine Erweiterung der Slot-CPU. Auf dieser werden die Busse ausgeführt.
Die maximale Anzahl beträgt in der Regel 20 Steckplätze und kann durch die Vielfalt der verschiedenen Busplatinen auf die kundenspezifischen Anforderungen angepasst werden. Die gängigsten Busse für Slot-CPUs sind '''PICMG 1.0''' (PCI/ISA), '''PCISA''' oder '''PCI-Express''' (PICMG 1.3).

Das [[Gehäuse]] eines Industrie-PCs ist in der Regel für den Einbau in einem [[Rack|19-Zoll-Schrank]] konzipiert. Weiterhin gibt es noch [[Box PC]] – kompakte und robuste Industrie-PC für den universellen Einsatz (z.&nbsp;B. im [[Schaltschrank]], Steuerpult etc.) – und [[Panel PC]] – robuste Industrie-PC mit Displays.

Für die mobile Datenerfassung im Feld, der Logistik, im Service oder in der Hospitality werden zunehmend mobile Industriecomputer eingesetzt.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.icp-deutschland.de/news/modat-532-industrial-pda-mit-barcode-scanner/ |titel=ICP iEi {{!}} MODAT-532 – Industrial PDA mit Barcode Scanner {{!}} Industrie Computer und Komponenten von IEI |sprache=de |abruf=2017-03-23}}</ref>

Durch die aufwändigere Konstruktion, speziellen Anforderungen (beispielsweise erweiterter Temperaturbereich), die hochwertigeren Materialien, so wie die Erfüllung vieler Zulassungen, Richtlinien und Normen, ist der Preis eines Industrie-PC höher als der eines gewöhnlichen Personal Computers im Office-Bereich.

== Verwandte Bereiche ==
Wenn die Kompatibilität zu Personal Computern keine entscheidende Rolle spielt, kann die Hardware noch gezielter auf den Einsatzzweck hin optimiert werden. Auch hier kann man von der Softwareseite her beispielsweise noch [[Linux]]-Varianten einsetzen, die aber ihrerseits dann sehr auf die Aufgabe angepasst sind.

In den allermeisten Fällen läuft das auf Lösungen hinaus, die wesentlich kompakter und kleiner sind als ein voll ausgebauter Industrie-PC, man spricht dann von [[Embedded-PC]]s oder von [[Eingebettetes System|eingebetteten Systemen]].

== Literatur ==
* Berthold Bitzer: ''Prozeßvisualisierung mit dem Industrie-PC'', Würzburg 1991, ISBN 3-8023-0486-1
* Manfred Holder, Bernhard Plagemann, Gerhard Weber: ''Der Industrie-PC in der Automatisierungstechnik'', Heidelberg 1999, ISBN 3-7785-2715-0

== Einzelnachweise ==
<references />

== Weblinks ==
* [https://omtec.de/Industrie-PC/Bauweise-und-Eigenschaften-moderner-Industrie-PC/ Bauweise und Eigenschaften moderner Industrie PC] Abgerufen am 24. Juni 2020

[[Kategorie:Elektrische Automatisierungstechnik]]
[[Kategorie:Computer]]