wersja mobilna
Online: 409 Sobota, 2016.12.03

Raporty

Komputery przemysłowe

środa, 11 września 2013 12:25

IPC, czyli komputery przemysłowe, należą do produktów uniwersalnych aplikacyjnie, a przez to stosowanych w wielu branżach. Przemysł korzysta z ich pełnej gamy - wersji Box PC, embedded, komputerów panelowych, urządzeń jednopłytkowych oraz dużych systemów kasetowych. Jednocześnie dostawcy, którzy obsługują od dawna ten rynek, obecnie coraz częściej wychodzą ze swoimi produktami do klientów z innych sektorów, nieraz biegunowo odległych od przemysłu.

Spis treści » Komputery przemysłowe to nie tylko przemysł
» Popularne typy urządzeń...
» Procesorów i systemów operacyjnych
» Czego oczekują użytkownicy?
» Na rynku krajowym
» Dystrybucja dystrybucji nierówna
» Jest nieźle i podobnie powinno być w przyszłości
» Pokaż wszystko

Przedstawiamy nową edycję raportu poświęconego polskiej branży IPC, w której omawiamy trendy ją obecnie kształtujące i te, które miały kluczowy wpływ na jej rozwój w ostatnich trzech latach. Spoglądamy również przyszłość, która - zgodnie z prognozami lokalnych dostawców - powinna zapewnić tutejszym firmom sporo ciekawych okazji biznesowych.

Tematyka komputerów przemysłowych pojawiała się na łamach magazynu APA wielokrotnie. Wracaliśmy do niej regularnie tworząc raporty rynkowe - poprzednie publikowane były m.in. w marcu 2011 i wrześniu 2009 roku. W tym ostatnim dokonaliśmy również przeglądu standardów komputerów, natomiast we wrześniu 2011 roku opublikowaliśmy kompendium przemysłowych pamięci i dysków Flash.

Poniższe opracowanie ma charakter analizy rynkowej i jednocześnie uzupełnienia dotychczasowych informacji o branży. Ta ostatnia ulega ciągłym zmianom zarówno jeżeli chodzi o obsługiwanych klientów, jak też - i to w jeszcze większym stopniu - oferowane produkty. Technologie komputerowe w przemyśle zmieniają się obecnie niewiele wolniej niż na rynku konsumenckim, co opisujemy szczegółowo w rozdziale poświęconym popularnym procesorom oraz systemom operacyjnym.

Niezależnie jednak od tego w miarę stała jest grupa firm działających na rynku i marki produktów przez nie oferowanych. Zanim je omówimy, przyjrzyjmy się popularnym w kraju aplikacjom komputerów oraz rodzajom urządzeń dostarczanych tutejszym klientom.

KOMPUTERY PRZEMYSŁOWE TO NIE TYLKO PRZEMYSŁ

Rys. 1. Grupy klientów będący najczęstszymi odbiorcami komputerów przemysłowych

W Polsce głównymi odbiorcami tytułowych urządzeń są trzy grupy firm - integratorzy systemów, klienci końcowi oraz producenci OEM (patrz rys. 1). Komputer przemysłowy stanowi praktycznie zawsze część większego systemu, którego zadaniem może być zbieranie i analiza danych, akwizycja obrazów, kontrola parametrów procesowych czy sterowanie innymi urządzeniami, przez co on sam wymaga uprzedniej integracji.

Jest ona wykonywana przez firmy zewnętrzne, dostawców, jak też mogą się nią zajmować wewnętrzne zespoły inżynierskie w zakładach przemysłowych. W przypadku takich klientów końcowych komputery są też kupowane na potrzeby serwisowe (wymiany w momencie zaistnienia awarii), aczkolwiek dotyczy to bardziej podzespołów, niż kompletnych systemów. Gdy zachodzi bowiem potrzeba wymiany tych ostatnich, zazwyczaj ma miejsce całkowita modernizacja, co oznacza użycie zupełnie nowego komputera - najczęściej z układami kolejnej generacji.

TABELA 1. Komputery przemysłowe - oferta dostawców krajowych

Co czwartym odbiorcą IPC jest producent OEM, którym może być firma wytwarzająca maszyny, ale też urządzenia elektroniczne, różnego rodzaju automaty sprzedażowe, bankomaty, kioski informacyjne, kasy, itd. Przedsiębiorstwa te również zaliczyć można do przemysłu, odróżniając je od reszty innych odbiorców niezwiązanych z naszą branżą, którzy również uwzględnienie zostali na omawianym wykresie. Warto dodać, że w ostatnich latach udział producentów OEM w całości obrotów lokalnych dystrybutorów komputerów regularnie rósł.

Rys. 2. Najczęstsze zastosowania komputerów przemysłowych - opinia krajowych dystrybutorów

Dokonując podziału pod kątem aplikacji i branż, do których trafiają komputery, na czoło zestawienia wysuwają się przemysł i energetyka (patrz rys. 2). Ten pierwszy obejmuje zastosowania w różnych systemach zautomatyzowanych, maszynach, w kontroli procesów, nadzorze pracy urządzeń, akwizycji danych, pomiarach czy przykładowo testowaniu.

Wysokie miejsce zajęły też wdrożenia związane z punktami sprzedażowymi oraz informacyjnymi, różne aplikacje sieciowe i komunikacyjne oraz wykorzystanie komputerów w pojazdach i transporcie (w szczególności szynowym). Pozostałe kategorie znaleźć można na cytowanym wykresie - jak widać są one bardzo różne i dotyczą też medycyny, wojska czy zastosowań związanych z rozrywką (np. automaty do gier). Potwierdza to, że komputery przemysłowe to znacznie więcej niż sam przemysł.

POPULARNE TYPY URZĄDZEŃ...

Rys. 3. Najpopularniejsze systemy operacyjne, które polscy odbiorcy wykorzystują w aplikacjach z komputerami przemysłowymi; wielkość napisu jest proporcjonalna do liczby udzielonych odpowiedzi

Stworzenie skrótowej listy najpopularniejszych komputerów przemysłowych jest praktycznie niemożliwe, gdyż wykorzystywane urządzenia są bardzo różnorodne, a ich typy zależą od branż, konkretnych aplikacji, aktualnie dostępnych technologii i preferencji samych klientów. Można natomiast przedstawić opinie dostawców dotyczące systemów komputerowych najczęściej dostarczanych lokalnym odbiorcom, ich architektur sprzętowych oraz oprogramowania. Można też wskazać nowości, które pojawiają się na rynku oraz przenikają z sektora urządzeń konsumenckich. O tym są właśnie dwa kolejne rozdziały.

Omówienie oferty dostępnych komputerów można zacząć od miniaturowych systemów wbudowanych, a więc różnego rodzaju urządzeń embedded. Przeznaczone są one do wykorzystania w większych systemach i urządzeniach, które są projektowane przez nabywcę, i mają typowo postać niewielkiej, nieobudowanej płyty komputerowej.

Stąd też pochodzi ich nazwa - Single Board Computer, czyli komputer jednopłytkowy. Takimi SBC są m.in. moduły SOM (System-on-Module) oraz COM (Computer-on-Module), które zawierają zazwyczaj bezwentylatorowy układ procesorowy, graficzny, elementy pomocnicze, pamięć i interfejsy komunikacyjne. Do omawianej grupy zaliczyć można zarówno popularne komputery z rodziny PC/104, jak też różnego rodzaju wersje jednopłytkowe o wymiarach 3,5" i 5,25".

Przemysł przyjął w tym zakresie wiele standardów związanych z wielkościami, z których najpopularniejszymi są m.in. EBX, EPIC, Nano-ITX oraz Pico-ITX. Szczególną rolę, choć może bardziej w zakresie urządzeń elektronicznych, odgrywają komputery oparte o platformy open source - głównie wersje bazujące na procesorach ARM. Ostatnie lata przyniosły prawdziwy wysyp takich produktów i zaliczyć tu można choćby BeagleBoard czy wprowadzony na rynek półtora roku temu tani komputer Raspberry Pi.

TABELA 2. Komputery kompaktowe typu Box PC - przykładowe produkty

Urządzenia embedded mogą też występować w wersjach obudowanych - np. do montażu na szynie DIN (w tym przypadku wskazać można produkty oferowane przede wszystkim przez Beckhoff Automation), aczkolwiek najbardziej popularne na polskim rynku automatyki, w przemyśle i transporcie są urządzenia kompaktowe, a więc typu Box PC.

Są to właściwie gotowe do użycia systemy, których bazę stanowią zazwyczaj komputery jednopłytkowe. Montowane są one w niewielkich i wytrzymałych mechanicznie obudowach, które zapewniają ich odporność na drgania i wibracje oraz cechują się odpowiednio dużym stopniem ochrony, co pozwala na pracę w trudnych warunkach środowiskowych.

Oczywiście przemysł korzysta także z pełnowymiarowych komputerów, która bazować mogą na popularnych płytach głównych typu ATX. W przypadku omawianych zastosowań używane są jednak wersje odróżniające się od popularnych pecetów m.in. cechami związanymi z możliwościami pracy w niekorzystnych temperaturach i podwyższonej wilgotności oraz dostępnymi interfejsami.

W takich komputerach jednak nie wszystkie podzespoły są typu przemysłowego. Integratorzy posługują się często elementami komercyjnymi, kupowanymi w popularnych hurtowniach komputerowych, aczkolwiek zwykle są to wersje lepsze, a nie te najtańsze.

W zastosowaniach profesjonalnych, w takich gdzie wymagana jest największa wydajność obliczeniowa i duża liczba we/wy, używa się modułowe platformy komputerowe. Charakteryzują się one daleko idącą standaryzacją pod względem mechanicznym oraz elektrycznym i występują zazwyczaj w postaci systemów kasetowych, w szczególności montowanych w szafach 19".

TABELA 3. Przemysłowe płyty główne - przykładowe produkty

Korzysta się w nich z platerów, do których podłączane są karty oraz moduły procesorowe, komunikacyjne i inne. Na rynku dostępne są różnego rodzaju platery i karty w standardach takich jak PCI, CompactPCI czy PCI Express. Ofertę uzupełniają duże i odporne środowiskowo urządzenia typu VME oraz PXI, które stosowane są m.in. w serwerach danych, systemach pomiarowo- -testujących i aplikacjach specjalnych.

Zbigniew Piątek

Beckhoff Automation

  • Jakie są trendy w branży komputerów przemysłowych?

Rynek komputerów przemysłowych rozszerza się stale o nowe obszary zastosowań. Ciągłą migracja automatyki w kierunku IT oraz wciąż rosnące wymagania klientów sprawiają, że w aplikacjach do tej pory "zarezerwowanych" dla klasycznych PLC firmy sięgają po rozwiązania z IPC. Idealną odpowiedzią na takie oczekiwania są urządzenia embedded. Właśnie przed nimi widzę największe pole ewolucji w najbliższych latach. Przyzwyczajenie do montażu na szynie DIN, a jednocześnie nieograniczona elastyczność rozbudowy oraz moc obliczeniowa, są coraz bardziej doceniane.

Innym motorem rozszerzania wykorzystania komputerów przemysłowych są również nowości przenikające z rynku rozwiązań PC czy popularnych ostatnio urządzeń mobilnych. Warto tu przytoczyć chociażby procesory Intel Atom, ARM czy najnowsze Core i3/i5/i7.

Typowa inercja obserwowana w minionych latach we wdrożeniach najnowszych architektur dostępnych na rynku w rozwiązaniach przemysłowych to już przeszłość. Dzisiaj wiodący dostawcy automatyki wprowadzają te rozwiązania praktycznie równolegle do ich premier rynkowych.

  • Czego od dostawcy oczekują klienci?

Obserwując naszą branże trudno nie dostrzec, iż możliwość dostarczenia samego hardwaru nie jest często problemem. Dostępnych jest sporo rozwiązań OEM oferowanych pod różnymi markami pochodzącymi często z jednego źródła. Współczesny klient oczekuje jednak dostawy spójnego i kompletnego rozwiązania od jednego dostawcy.

Serce dzisiejszych układów "PC based" to pracujący bezproblemowo tandem sprzęt plus oprogramowanie. Mówię tu zarówno o systemie operacyjnym czasu rzeczywistego, pozwalającym na pełen determinizm systemu sterowania, jak również samym oprogramowaniu sterującym, które pełni funkcje klasycznego sterownika PLC/NC/CNC.

Oczywiście w warstwie nadrzędnej wymagana jest pełna integracja z systemem SCADA zainstalowanym na tej samej platformie, co układ sterujący. Przy takich wymaganiach liczba dostawców oferujących spójny system z jednego źródła, a nie "zlepek" komponentów jest już znacznie mniejsza. Polski rynek systemów sterowania, który jest w sumie konserwatywny jeśli chodzi o rozwiązania typu PC based, przeżywa ostatnio dużą ewolucję.

...PROCESORÓW I SYSTEMÓW OPERACYJNYCH

Rys. 4. Najważniejsze dla klientów cechy komputerów przemysłowych (w przypadku gdy kilka kategorii wymienionych jest wspólnie, wartość procentowa dotyczy każdej z nich)

Jeżeli chodzi o architekturę sprzętową, to w branży IPC od dawna dominował Intel i tak jest też obecnie. Generacje dostępnych na rynku procesorów zmieniają się dosyć szybko, a przemysł, choć w wielu obszarach jest konserwatywny, w tym przypadku dosyć chętnie korzysta z nowości. Kolejne układy to nie tylko większa wydajność za podobną cenę, ale też zazwyczaj niższe zużycie energii i mniej generowanego ciepła - a to jest kluczowe w wielu urządzeniach przemysłowych i systemach embedded.

Omawiające najpopularniejsze rodzaje procesorów, uczynić należy na wstępie podział na dwie grupy produktów - komputery o dużej wydajności obliczeniowej oraz urządzenia mniejsze, wbudowane, gdzie liczy się przede wszystkim energooszczędność i brak konieczności stosowania wentylatora. W ostatnim z przypadków od kilku lat najpopularniejsze są układy Intel Atom (obecnie najczęściej dwurdzeniowe), natomiast w komputerach o dużej wydajności na topie są procesory z serii Core (i3, i5 oraz i7).

Przemysł sięga też po starsze układy, nawet takie jak Intel Pentium, ale ze względu na dużą dostępność i zróżnicowanie nowszych procesorów dzieje się to coraz rzadziej. Maleje też rola firmy AMD, natomiast rośnie popularność układów ARM. Te ostatnie przyjęły się w wielu urządzeniach konsumenckich, w szczególności telefonach, i wraz z systemem Android stanowią w niektórych zastosowaniach doskonałą alternatywę dla klasycznego tandemu Wintela czy też urządzeń z Linuksem.

Wybór systemu operacyjnego, podobnie jak ma to miejsce w przypadku procesorów, jest silnie zależny od typu urządzenia i aplikacji. W przypadku pełnowymiarowych komputerów stosowane są przede wszystkim popularne systemy biurkowe, a więc Windows (głównie XP oraz 7), oraz Linux. Urządzenia przenośne, wbudowane i różne mniejsze systemy korzystają zaś z Windows Embedded, ewentualnie Windows CE, a zdecydowanie rzadziej z Androida czy Linuksa.

Dominacja produktów Microsoft u jest wyraźna, przy czym też widać, że branża temat systemu Vista pominęła milczeniem (patrz rys. 3). Można za to stwierdzić, że jeżeli komputer przemysłowy pracuje pod kontrolą Windowsa, to prawie zawsze będzie nim jakiś rodzaj XP lub 7. Szczególnie ten pierwszy jest cały czas chętnie używany ze względu na niewielkie wymagania co do zasobów sprzętowych, niemniej jednak Windows 7 szybko awansuje w statystykach.

Widać to szczególnie, gdy porównamy obecnie uzyskane informacje z tymi z początku 2011 roku - wtedy liderami były Windows XP oraz XPe, potem występowała długa przerwa, następnie był Linux, znowu przerwa i dopiero reszta. Co ciekawe w obecnych odpowiedziach nie znalazł się również Windows 8. Czy podzieli on los systemu Vista? Raczej nie. Jest po prostu za wcześnie, aby zyskał on znaczące miejsce w statystyce. Przemysł był zawsze branżą w pewien sposób konserwatywną - jeżeli coś dobrze działa, to po co to zmieniać?

Oprócz zmian w zakresie procesorów i oprogramowania, ewolucja komputerów przemysłowych dotyczy również kilku innych obszarów. Najważniejszym jest ten związany z wykorzystywanymi nośnikami danych, w przypadku których coraz szerzej używa się pamięci i dysków Flash zamiast wersji magnetycznych.

Rys. 5. Najpopularniejsze w kraju marki komputerów przemysłowych; wielkość napisu odpowiada liczbie wskazań firmy, przy czym statystyka nie odzwierciedla udziałów firm w rynku

Cechą charakterystyczną pamięci przemysłowych (i generalnie profesjonalnych) jest ich wykonanie w technologii SLC - droższej niż w popularnych pamięciach MLC, ale też znacznie bardziej niezawodnej i długotrwałej. Oczywiście "standardowe" dyski SSD są również stosowane w przypadku komputerów przemysłowych, szczególnie gdy potrzeba pojemności rzędu kilkuset GB, jednak właśnie pamięci Flash SLC zadomowiły się na dobre w przypadku urządzeń, gdzie wymagana jest niewielka pojemność do zainstalowania systemu operacyjnego, a duża trwałość sprawia, że dysk przestaje być jedną z najbardziej awaryjnych części komputera.

Sposobem na zwiększanie niezawodności komputerów jest usuwanie z nich nie tylko elementów ruchomych (dyski, wentylatory), ale też wzmacnianie obudowy i tworzenie konstrukcji o wysokim stopniu ochrony (nawet IP69K).

W przypadku urządzeń panelowych standardem są ekrany dotykowe, w tym coraz częściej panoramiczne, a same wyświetlacze charakteryzować się mogą płaskimi frontami, co pozwala na ich wykorzystanie w aplikacjach higienicznych. Część klientów, na co wskazują dostawcy IPC, szuka również komputerów umożliwiających wyświetlanie niezależnych informacji na kilku monitorach, dla wielu liczy się też możliwość wyświetlania obrazu w rozdzielczości Full HD. Ważną nowością jest też wsparcie sprzętowo-programowe pozwalające na obsługę ekranów wielodotykowych.

Jeżeli chodzi o inne technologie przenikające z rynku konsumenckiego oraz IT do branży komputerów przemysłowych, dostawcy najczęściej wymieniali te związane z procesorami i stosowaniem wydajnych obliczeniowo układów graficznych. Użytkownicy komputerów chcą mieć również coraz częściej zdalny dostęp do swoich systemów, w tym wykorzystując urządzenia mobilne.

Zdecydowanie rzadziej w odpowiedziach ankietowych pojawiały się natomiast kwestie komunikacji poprzez sieci przewodowe. Chociaż ich rozwój wymienialiśmy kilka lat temu jako jeden z kluczowych obszarów zmian kształtujących technologie IPC, obecnie można sądzić, że zarówno interfejsy zewnętrzne (np. do gigabitowych sieci ethernetowych, USB, PS/2, Digital I/O, itd.), różne wyjścia graficzne, jak też nowoczesne złącza wewnętrzne są właściwie czymś standardowym i to od nich rozpoczyna się dobór komputera do aplikacji.

Ważnym wyróżnikiem pozostaje natomiast posiadanie przez komputery portów szeregowych. Urządzenia dla przemysłu mają ich nieraz po kilka, co odróżnia je od popularnych pecetów. IPC muszą jednak często komunikować w standardach choćby takich jak Modbus RTU i wymieniać dane ze starszymi maszynami, przez co zastosowanie portów RS jest czymś jak najbardziej oczywistym.



 

zobacz wszystkie Nowe produkty

Przywieszki do kabli do zastosowań w trudnych warunkach środowiskowych

2016-12-02   |
Przywieszki do kabli do zastosowań w trudnych warunkach środowiskowych

Nowe poliestrowe przywieszki do kabli B-7598 firmy Brady zaprojektowano do zastosowań w trudnych warunkach środowiskowych. Po zadruku taśmą barwiącą R-6000 zapewniają one odporność na promieniowanie UV, ekstremalnie wysokie i niskie temperatury, pył, deszcz i środki chemiczne.
czytaj więcej

Komputer na zakres temperatur pracy -40...+75°C z mikroprocesorem Core i7 i dwoma slotami PCI

2016-12-02   |
Komputer na zakres temperatur pracy -40...+75°C z mikroprocesorem Core i7 i dwoma slotami PCI

Schweitzer Engineering Laboratories (SEL) powiększa ofertę komputerów przemysłowych rodziny SEL-3360 o nowy model z sufiksem "E" różniący się od wcześniejszych modeli dwoma wbudowanymi slotami dla kart PCI. Jest to komputer bezwentylatorowy o szerokim dopuszczalnym zakresie temperatur pracy od -40 do +75°C, odporny na wyładowania ESD do 15 kV i udary mechaniczne do 15 g.
czytaj więcej

Nowy numer APA