Komputery przemysłowe - różne potrzeby, różne rozwiązania

Zależnie od przyjętych kryteriów klasyfikacji, możliwe jest wyróżnienie wielu podgrup komputerów przemysłowych. Najbardziej typowym i znanym podziałem jest jednak podział na komputery: kompaktowe, panelowe, jednopłytkowe oraz inne, bardziej rozbudowane jednostki.

Te ostatnie to złożone i kompleksowe rozwiązania, których architektura może być oparta między innymi na: przemysłowych płytach głównych, platerach pasywnych, kartach procesorowych czy też magistralach CompactPCI lub VME. Jednym z producentów wysokiej klasy przemysłowego sprzętu komputerowego jest firma Advantech.

Jej produkty oraz projekty na nich bazujące, na polskim rynku wdraża przedstawiciel - krakowska firma CSI. W naszej ofercie znajdują się komputery przemysłowe z każdej wymienionej wyżej grupy, jak również jednostki dedykowane i specjalistyczne - np. komputery medyczne lub rozwiązania pod aplikacje militarne.

Wybór odpowiedniego rozwiązania z tak dużej liczby różnych możliwości nie jest prosty, dlatego postanowiliśmy krótko scharakteryzować poszczególne grupy produktów. Pozwoli to poznać mocne i słabe strony poszczególnych rozwiązań.

KOMPUTERY KOMPAKTOWE

ARK-2150L Komputer ARK-2150L zależnie od dwóch dostępnych wersji może być wyposażony w energooszczędny procesor Intel ULV Core i3-3217UE taktowany zegarem 1,6 GHz lub procesor Intel ULV Core i7-3517UE (1,7 GHz). Obie wersje wyposażone są w chipset Intel QM77 oraz obsługują do 8 GB pamięci RAM DDR3 (1600 MHz). Dodatkową cechą charakterystyczną komputera ARK-2150L jest obsługa dwóch niezależnych wyświetlaczy: VGA + HDMI lub VGA + Display Port, z rozdzielczością maksymalną 1920 x 1200 @ 60Hz dla HDMI oraz 2560 x 1600 @ 60Hz dla Display Port. ARK-2150L ma również bardzo duże możliwości komunikacyjne: 2 porty RS-232, 2 porty konfigurowalne RS-232/422/485 (auto flow control), 2 porty USB 3.0, 4 porty USB 2.0 oraz programowalne 8-bitowe we/wy cyfrowe.

Komputery kompaktowe to w pełni zintegrowane i niewielkie gabarytowo jednostki przeznaczone do aplikacji, w których ilość wolnego miejsca jest mocno ograniczona. Nierzadko wykorzystywane są również w aplikacjach mobilnych, zwłaszcza jeśli wyposaży się je w odporne na wibracje dyski SSD lub karty pamięci CF.

Charakterystyczną cechą tych komputerów jest sposób ich chłodzenia - są to jednostki bezwentylatorowe, w których ciepło z procesora oraz układów elektronicznych na płycie głównej odprowadzane jest przez obudowę pełniącą funkcję radiatora. Brak wentylatora zapewnia cichą pracę oraz czyni jednostki niemal niewrażliwymi na zapylenie.

W aplikacjach, gdzie wentylatory (procesora i obudowy) klasycznych komputerów uległyby szybkiemu zatarciu, kompakty radzą sobie doskonale, zapewniając długą i bezawaryjną pracę. Wbrew pozorom komputery kompaktowe, pomimo niewielkich gabarytów, cechuje bogate wyposażenie w porty komunikacyjne (COM, USB czy LAN, gniazda kart SD lub CF) oraz duża moc obliczeniowa - istnieją kompaktowe rozwiązania wykorzystujące procesory z rodziny Intel Core i3/i5/i7.

Dodatkowo wiele z nich ma możliwość rozszerzenia funkcjonalności przez wewnętrzne złącza miniPCI oraz miniPCI Express, a niektóre z nich mają możliwość instalacji nawet kilku pełnowymiarowych kart PCI lub PCI Express. Decydując się na zastosowanie komputera kompaktowego, należy jednak pamiętać o jego ograniczeniach, głównie związanych z zakresem temperatur pracy.

Obudowa odprowadzająca ciepło ze środka komputera nagrzewa się, a im wydajniejszy procesor, tym więcej ciepła musi ona odprowadzić. Należy zatem uwzględnić parametry środowiskowe jeszcze na etapie projektowania systemu, tak aby jednostka nie ulegała przegrzaniu. W ofercie CSI wyróżnić można dwie główne podgrupy komputerów kompaktowych firmy Advantech - ARK oraz UNO.

UNO-2184G Komputer UNO-2184G to energooszczędna jednostka, której typowy pobór mocy nie przekracza 40W. Wyposażona jest ona w procesor i7-2655LE, taktowany zegarem 2,2 GHz oraz, zależnie od wersji, w 4 GB lub 8 GB pamięci RAM DDR3. Do dyspozycji użytkownika są: 4 porty LAN, 6 portów USB 2.0, 2 porty RS-232, 2 konfigurowalne porty RS-232/422/485 (auto flow control), slot PCI-104 (+5 i 3,3V), 2 sloty MiniPCI Express, gniazdo na kartę CF, złącza DVI-I, HDMI oraz Display Port. Temperatura pracy komputera UNO-2184G to -10°C do 60°C.

Te ostatnie to urządzenia przeznaczone do pracy w szerszym zakresie temperatur (nawet -20°C do 75°C, wykorzystując kartę CF jako nośnik danych) oraz zapewniające bateryjne podtrzymanie pamięci SRAM. Wszystkie gniazda (COM, USB, LAN, audio, itp.) wyprowadzone na zewnątrz obudowy zintegrowane są z płytą główną (brak połączeń kablowych wewnątrz obudowy), co dodatkowo zapewnia ochronę przed skutkami wibracji.

Dodatkowo komputery z serii UNO mają wlutowaną pamięć RAM (najczęściej z możliwością powiększenia jej przez instalację dodatkowej kości pamięci), a wyższe modele komputerów UNO oferują również wspomnianą wyżej możliwość instalacji kart PCI lub/i PCI-e.

Seria ARK nie jest wprawdzie tak odporna jak UNO (ze względu na połączenia kablowe pomiędzy płytą a gniazdem na obudowie i niższe zakresy temperatur pracy), ale w zamian zapewnia większe możliwości komunikacyjne.

Zależnie od modelu znajdziemy jednostki z 4 portami LAN, 6 portami COM lub 6 portami USB. Ponadto komputery z serii ARK charakteryzują się wydajniejszymi procesorami od tych stosowanych w UNO. Przykładowymi komputerami z tych dwóch rodzin są: ARK-2150L oraz UNO-2184G.

KOMPUTERY PANELOWE

TPC-1840WT Przykładem komputera panelowego jest TPC-1840WT, który jest nowością w ofercie CSI. TPC-1840WT to komputer panelowy o przekątnej obrazu 18,5", wyposażony w procesor AMD G-series T56E taktowany zegarem 1,66 GHz. Jest to jednostka przeznaczona do wymagających aplikacji przemysłowych, charakteryzuje się wysoką ochroną przed wodą i pyłem IP65, ekranem odpornym na zarysowania (twardość 7H) z nakładką dotykową z technologią PCT multi-touch.

Wersje panelowe to komputery ze zintegrowanym wyświetlaczem, najczęściej wyposażone w ekran dotykowy. Łącząc w sobie funkcjonalność komputera i monitora, nierzadko służą jako terminale operatorskie lub stacje robocze. Jest to dość duża rodzina urządzeń i występuje tutaj wiele różnych rozwiązań.

Istnieją zarówno panele bezwentylatorowe, gdzie podobnie jak w komputerach kompaktowych obudowa spełnia funkcję radiatora, a dodatkowe chłodzenie zapewnione jest przez otwory umieszczone na tyłach panelu, jak i rozwiązania z wentylatorami, w których chłodzenie realizowane jest za pomocą wentylatorów na procesorze lub/i w obudowie.

Podobnie jest z ekranem dotykowym - istnieją modele bez ekranu dotykowego oraz modele, w których klienci mogą sobie wybrać jeden z jego typów zależnie od swoich potrzeb (wybór pomiędzy ekranem dotykowym rezystancyjnym, pojemnościowym, podczerwonym oraz ultradźwiękowym). Zależnie od wymagań danej aplikacji nośnikiem danych w komputerze panelowym może być karta CF lub dysk twardy.

Zdarzają się również jednostki mające sloty rozszerzeń PCI. W przypadku dużej liczby slotów rozszerzeń na tyle panelu montowane są specjalne "risery". Głównymi parametrami, na które zwracają uwagę nasi klienci, są: przekątna ekranu, możliwość zabudowania/montażu panelu w szafach oraz stopień ochrony IP.

Dobierając komputer panelowy, należy pamiętać, że często IP podawane jest tylko dla frontu komputera. Istnieją jednak panele, które zapewniają deklarowaną ochronę IP z każdej strony, ale takich modeli jest zdecydowanie mniej. Główne rodziny komputerów panelowych Advantecha w ofercie firmy CSI to: TPC oraz PPC/IPPC.

MIO-5290 Komputer MIO-5290 to wersja o wielkości 3,5" wyposażona w procesory Intel iCore i3/i7 trzeciej generacji oraz chipset Intel QM77, obsługująca do 8 GB RAM SO-DIMM DDR3. Pomimo swoich małych rozmiarów, ma ona złącza: VGA, 48-bit LVDS, HDMI, 2 porty COM, 2 gniazda SATA, 8-bit GPIO, 2 złącza USB 3.0, SMbus, 2 gniazda LAN oraz gniazdo half-size MiniPCIe.

Ta pierwsza obejmuje wersje przemysłowe przeznaczone do stosowania w wymagających aplikacjach. Charakteryzują się one zintegrowaną, bezwentylatorową konstrukcją, a wszystkie złącza wyprowadzone są na obudowę bezpośrednio z płyty głównej. Wiele modeli może być zasilanych w trybie AT, czyli komputer uruchamia się natychmiast po włączeniu zasilania.

Niektóre z modeli mogą pracować w temperaturach od -20 do 75°C Z kolei seria PPC to komputery panelowe do bardziej ogólnego przeznaczenia. Seria ta pozostaje w relacji do TPC analogicznie jak opisywane wcześniej rodziny ARK i UNO. W urządzeniach PPC znajdziemy również chłodzenie wentylatorowe i połączenia kablowe wewnątrz komputera.

Ze względu na wydajniejszy system chłodzenia i większe gabaryty jednostek, produkty te charakteryzują się również większą mocą obliczeniową. Niektóre z nich (modele oznaczone literką S na końcu nazwy kodowej) to komputery w odbudowach ze stali nierdzewnej, co w niektórych aplikacjach jest dużą zaletą.

KOMPUTERY JEDNOPŁYTKOWE

MIO-2262 Komputerem z rodziny MIO o przekątnej 2,5" jest urządzenie MIO-2262. Jest to płytka formatu Pico-ITX wyposażona w procesor Intel Atom N2600 lub N2800, obsługująca do 4 GB pamięci RAM DDR3 SO-DIMM. Komputer wspiera technologię Dual Display (VGA + 18/24-bit LVDS) oraz ma spore możliwości komunikacyjne: 2 porty COM, gniazdo SATA, 4 porty USB 2.0, GPIO, SMBus, mSATA, gniazdo LAN oraz tzw. MIOe expansion interface.

W ofercie CSI znajdują się również tzw. komputery jednopłytkowe. Są to wersje dostarczane bez obudów zewnętrznych, o różnych formatach (np. PC-104, mini-ITX, itp.). Ich cechą charakterystyczną jest to, że cała architektura peceta została zintegrowana na niewielkiej płytce, a wszystkie złącza mogą być wlutowane przy krawędziach płytki lub wyprowadzane są poprzez piny, do których podłącza się wtyczki.

Ze względu na małe rozmiary, komputery jednopłytkowe znajdują zastosowanie właściwie w każdej gałęzi przemysłu, choć należy przy tym pamiętać, że ich rozmiar i budowa określają także, w jak wydajne procesory mogą być wyposażone. Widać to zwłaszcza w starszych modelach, w przypadku których procesory nie były tak energooszczędne jak dzisiaj.

Komputery jednopłytkowe to rozwiązania bezwentylatorowe, w których odprowadzanie ciepła realizowane jest przez małe radiatory zainstalowane na najważniejszych układach płyty. Dodatkowo w przypadku niektórych standardów (takich jak np. PC-104) możliwa jest rozbudowa konfiguracji płytki poprzez łączenie poszczególnych modułów.

Są to także jednostki energooszczędne, ze względu na bardzo niski pobór prądu. W ofercie CSI znajduje się wiele różnych komputerów jednopłytkowych, a ostatnią nowością są komputery MI/O-Ultra SBC (formatu 2,5’’ oraz 3,5’’).

INNE ROZWIĄZANIA

AIMB-781 Przemysłowa płyta główna AIMB-781 obsługuje procesory Intel iCore drugiej generacji i można w niej zainstalować do 16 GB pamięci RAM DDR3. W przypadku wersji z Chipsetem Q67 (QG2) wyposażona jest w zintegrowany kontroler RAID 0, 1, 5, 10. Do potrzeb użytkownika oddano: sloty PCI Express (×16, ×4, ×1), cztery dodatkowe sloty PCI, 6 gniazd SATA (w tym kilka SATAIII), 14 portów USB 2.0, 5 portów RS-232 oraz konfigurowalny RS-232/422/485, a także 2 gniazda LAN oraz interfejs LPT. Dodatkowo płyta wspiera rozwiązanie Intel AMT 7.0 oraz ma watchdoga. Wymaga ona specyficznego systemu chłodzenia - nie można tutaj zastosować klasycznych wentylatorów, takich jak dla LGA1155.

W ofercie CSI, oprócz komputerów kompaktowych, panelowych i jednopłytkowych, znajdują się również inne kompleksowe rozwiązania dla przemysłu. W przypadku gdy aplikacja/projekt wymaga dużych mocy obliczeniowych, dużego magazynu danych (wiele dysków twardych), redundancji zasilania i innych podobnych rozwiązań, oferujemy jednostki komputerowe od 1U do 4U, które są konfigurowane pod konkretne wymagania.

Ich cechą charakterystyczną jest zastosowanie przemysłowych płyt głównych. W tym wypadku wyróżnić można dwa główne rodzaje rozwiązań: płyty główne w formacie ATX (ewentualnie miniATX) lub karty procesorowe z platerem pasywnym. Płyty ATX w wersji przemysłowej wyposażone są w: zintegrowaną kartę graficzną, wlutowany kontroler RAID (najczęściej 0, 1), starsze typy złączy COM (RS-232/422/485) lub/i LPT oraz dość duża liczbę slotów PCI, PCIe, a czasem nawet slotów ISA.

Jednocześnie takie najnowsze płyty, pomimo wykorzystania starszych złączy, obsługują najnowsze procesory (rodzina Intel i Core) oraz duże ilości pamięci RAM (DDR2, DDR3). Uzupełnieniem oferty są karty procesorowe, które instalowane są w tzw. platerach pasywnych.

PCE-5127 Karta procesorowa PCE-5127 zapewnia wsparcie dla procesorów iCore i7/i5/i3 drugiej i trzeciej generacji oraz możliwość instalacji do 16 GB RAM DDR3. Wyposażona jest ona w chipset Intela Q77 i umożliwia obsługę Dual Display (VGA, DVI-D). W zakresie interfejsów ma ona: gniazda SATA (zintegrowany kontroler RAID 0, 1, 5, 10), 3 porty USB 3.0 oraz 9 portów USB 2.0, 2 porty RS-232 oraz port LPT, 2 interfejsy LAN. Należy pamiętać, że podobnie jak AIMB-781 płyta wymaga niestandardowego chłodzenia.

Mówiąc najprościej - główna architektura PC (procesor, karta graficzna, karty sieciowe, kontrolery) znajdują się na płycie procesorowej, natomiast platery służą jako rozszerzenie funkcjonalności komputera pod kątem złączy PCI oraz ISA.

Umożliwia to tworzenie jednostek wyposażonych w kilka (czasami nawet 8-10 sztuk) dodatkowych kart rozszerzeń PCI. Platery dobierane są pod konkretne wymagania, a niektóre z nich, wyposażone w więcej niż jedno złącze PICMG, umożliwiają instalację kilku kart procesorowych w jednym komputerze (kilka komputerów w jednej obudowie). Przykładem omawianych rozwiązań są: płyta główna ATX AIMB-781 oraz karta procesorowa PCE-5127.

PODSUMOWANIE

Powyższy podział to bardzo ogólna i umowna klasyfikacja komputerów przemysłowych w ofercie CSI. Ma ona na celu przybliżyć typowe grupy produktowe i pokrótce opisać ich przeznaczenie, a także wady i zalety. Należy pamiętać, że podany zbiór informacji w żaden sposób nie zastąpi wiedzy inżynierskiej z zakresu doboru sprzętu pod konkretną aplikację czy projekt.

W związku z tym na wszystkie ewentualne pytania z chęcią odpowie nasz dział handlowy lub techniczny - zwłaszcza że w ofercie CSI znajdują się również komputery przemysłowe do zadań specjalnych np. jednostki dedykowane do aplikacji medycznych oraz militarnych.

Grzegorz Czarny
CSI Computer Systems for Industry
www.csi.pl