Was ist ein Embedded-PC? Wie funktioniert er in Industrieanlagen?

Ein Embedded-PC ist ein Computer, der so konfiguriert ist, dass er als Teil einer Maschine oder eines größeren Systems funktioniert. Er führt die Software der Anlage aus und übernimmt Aufgaben wie Bedienerschnittstellen, Datenerfassung, Gerätekommunikation und lokale Datenverarbeitung. Sein Prozessor, sein Arbeitsspeicher, sein Speicherplatz und seine Anschlüsse sind speziell auf diese Aufgaben abgestimmt.

Man findet sie beispielsweise hinter dem Touchscreen einer Verpackungsmaschine, in einem Selbstbedienungsterminal oder in einem Schrank, der Produktionsdaten erfasst. Sie kann ohne Display betrieben werden, an einen separaten Monitor angeschlossen werden oder Teil eines integrierten Panel-PCs sein.

“Embedded” beschreibt die Funktion des Computers. Dies allein garantiert jedoch weder eine lüfterlose Kühlung noch eine wasserdichte Bauweise oder eine bestimmte Betriebstemperatur.

Embedded-PC vs. Embedded-System: Was ist der Unterschied?

Ein eingebettetes System ist eine umfassendere Kombination aus Hardware und Software, die innerhalb eines Geräts definierte Funktionen ausführt. Dabei kann ein Mikrocontroller, ein dedizierter Prozessor oder eine PC-Plattform zum Einsatz kommen. Ein eingebetteter PC ist eine Möglichkeit, Rechenleistung innerhalb dieses Systems bereitzustellen.

Ein einfacher Sensor-Controller benötigt möglicherweise lediglich einen Mikrocontroller und Firmware. Ein Terminal, auf dem eine Windows-Anwendung läuft, Produktionsdaten erfasst werden und das mit mehreren Peripheriegeräten verbunden ist, benötigt möglicherweise eine PC-Plattform. Auch Mikrocontroller können Betriebssysteme ausführen; entscheidend ist dabei, welche Anforderungen die Anwendung an Software, Rechenleistung, Speicher und Schnittstellen stellt.

Was macht ein Embedded-PC im Inneren einer Maschine?

Stellen Sie sich eine Verpackungslinie mit einem Bediener-Touchscreen, einem Barcode-Scanner, einem Etikettendrucker und einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) vor. Der Embedded-PC könnte die Benutzeroberflächenanwendung ausführen und Produktionsdaten verwalten, während die SPS die Steuerungsabläufe der Maschine übernimmt.

Aufgabe	Was der Embedded-PC leisten könnte
Bedienerschnittstelle	Den ausgewählten Auftrag, die Produktionsstückzahl und die Controller-Alarme anzeigen
Gerätekommunikation	Barcode-Daten empfangen und Etiketteninhalt an den Drucker senden
Datenerfassung	Chargennummern, Zeitstempel und Produktionsergebnisse speichern
Lokale Verarbeitung	Die gescannten Informationen mit dem aktiven Auftrag abgleichen
Netzwerkkommunikation	Austausch von Auftrags- und Produktionsdaten mit dem Fabriksystem

Beispielsweise wählt der Bediener einen Auftrag auf dem Touchscreen aus. Die PC-Anwendung lädt die Auftragsdetails. Wenn ein Barcode gescannt wird, gleicht die Software diesen mit dem entsprechenden Auftrag ab. Bei einer Übereinstimmung kann ein Druckauftrag ausgelöst und ein Produktionsprotokoll gespeichert werden; bei einer Nichtübereinstimmung kann eine Fehlermeldung angezeigt und die Ausgabe des Etiketts unterbunden werden. Diese Reaktionen hängen von der programmierten Logik der Anwendung ab.

Der Touchscreen dient zur Eingabe, der PC verarbeitet die Informationen und der Drucker erstellt das Etikett. Jede Anforderung, die die Bewegung der Maschine beeinflusst, wird über die definierte Steuerschnittstelle weitergeleitet, wobei die Sicherheitsfunktionen vom Sicherheitssystem der Maschine übernommen werden.

Ein Kiosk nutzt eine ähnliche Konfiguration, um Benutzereingaben und Peripheriegeräte zu koordinieren. Ein Überwachungsgateway kann Daten ohne Bildschirm erfassen, während eine Bildverarbeitungsstation Kamerabilder lokal verarbeitet.

Wie werden Embedded-PCs in Geräte integriert?

Der Computer kann als Platine, als geschlossener Host oder als Bestandteil eines Touch-Terminals geliefert werden.

Anordnung	Wo es hingehört	Was der Anlagenhersteller bestätigen muss
Computer auf Platinenebene	Im Inneren des geräteeigenen Gehäuses	Mechanische Unterstützung, Stromversorgung, Kühlung, Verkabelung und Validierung des Gesamtsystems
PC im Gehäuse	Auf einer geeigneten Montagefläche im Inneren oder an der Seite der Maschine	Platzbedarf, Kühlungsabstand, Zugang zu Steckverbindern und Kabelführung
Industrie-Panel-PC	Am Bedienerplatz, mit integrierter Anzeige und Rechenleistung	Anforderungen an die Abschirmung, Einbautiefe, Schutzbereich und Wartungszugang

Bei der Integration auf Platinenebene ist der Gerätehersteller für die Montage, die Stromversorgung und die Kühlung verantwortlich. Ein gekapselter Host erfordert weniger Montageaufwand, muss jedoch nach der Installation dennoch validiert werden.

Ein separater Host kann ein vorhandenes Display ansteuern oder auch ohne Display betrieben werden. Ein Panel-PC ist sinnvoll, wenn die Maschine in einer Baugruppe eine lokale Touch-Schnittstelle benötigt. Ausführliche Informationen zu den jeweiligen Vor- und Nachteilen finden Sie in unserem Leitfaden: Panel-PC vs. Box-PC.

So legen Sie Ihre Anforderungen an einen Embedded-PC fest

Beginnen Sie mit der Software und einer Liste der angeschlossenen Geräte. Zusammen geben sie Aufschluss darüber, welche Anforderungen der Computer erfüllen muss, bevor ein Prozessor oder ein Gehäuse ausgewählt wird.

Software und Arbeitslast ermitteln

Die von der Anwendung unterstützten Betriebssysteme, Prozessorarchitekturen und Treiber schränken die Hardware-Optionen ein. Ein Terminal, das den Maschinenstatus anzeigt, stellt andere Anforderungen als eines, das auch Prüfbilder verarbeitet.

Beschreiben Sie die Aufgaben, die gemeinsam ausgeführt werden, und legen Sie eine messbare Anforderung fest, wie beispielsweise die Reaktionszeit der Schnittstelle oder den Prüfdurchsatz. Dadurch erhält der Lieferant ein nützliches Leistungsziel und der Stichprobentest eine klare Bedingung für das Bestehen.

Alle verbundenen Geräte auflisten

In der Verpackungslinie stellen Scanner, Drucker, SPS und Display jeweils eigene Anforderungen. Die Tatsache, dass ein Scanner im Betriebssystem angezeigt wird, bedeutet noch nicht, dass die Anwendung seine Daten korrekt empfängt und auswertet.

Erfassen Sie die Gerätemodelle, Anschlüsse und erforderlichen Treiber. Serielle Verbindungen erfordern kompatible elektrische Standards und Einstellungen. Industrielle Netzwerkprotokolle erfordern unter Umständen zusätzliche Hardware, Software oder Lizenzen. Die Isolierung und die Befestigung der Steckverbinder sollten den Installationsbedingungen entsprechen.

Beschreiben Sie die Installation

Selbst ein kompakter Computer lässt sich unter Umständen nur schwer einbauen, wenn Stecker und Kabelbögen berücksichtigt werden müssen. Eine Zeichnung sollte die Einbaulage, den Zugang zu den Anschlüssen und den Freiraum um die Kühlflächen herum zeigen.

Berücksichtigen Sie die zu erwartende Temperatur am Aufstellungsort des Geräts, einschließlich nahegelegener Wärmequellen. Ermitteln Sie außerdem, welche Teile Staub, Ölnebel oder Wasser ausgesetzt sind. Ein geschützter Schrank und ein offen zugängliches Bedienfeld stellen unterschiedliche Anforderungen an das Gehäuse des Computers.

Verhalten bei Stromversorgung und Wiederherstellung definieren

Das verfügbare Angebot bestimmt den erforderlichen Eingabebereich, doch auch die Wiederherstellung verdient gleiche Beachtung. Nach der Wiederherstellung der Stromversorgung muss das Verpackungsterminal möglicherweise den richtigen Auftrag erneut laden und die Verbindung zum Drucker wiederherstellen, bevor die Arbeit fortgesetzt werden kann.

Der automatische Neustart allein bedeutet noch nicht, dass die Wiederherstellung abgeschlossen ist. Definieren Sie das erforderliche Anwendungsverhalten und erörtern Sie, wie Datensätze, die während einer Unterbrechung geschrieben werden, geschützt werden sollen, einschließlich der Frage, ob eine Notstromversorgung erforderlich ist.

Planung von Wartungsarbeiten und Nachbestellungen

Ein Ersatzcomputer ist nur dann von Nutzen, wenn der Techniker die Anwendung, die Einstellungen und die Lizenzen wiederherstellen kann. Legen Sie einen Serviceablauf sowie die Zuständigkeiten für Software-Updates und den Fernzugriff fest.

Bei Nachbestellungen sollten Sie die gelieferte Konfiguration sowie die Art und Weise, wie Hardware-Änderungen mitgeteilt werden, vereinbaren. Ein Austausch des Prozessors oder des Mainboards kann eine Überprüfung der Treiber und erneute Anwendungstests erforderlich machen, selbst wenn das Gehäuse identisch aussieht.

Was vor der Bereitstellung zu überprüfen ist

Testen Sie das vorgeschlagene Muster mit der tatsächlichen Software und den Peripheriegeräten in der vorgesehenen Installation, wobei sich Abdeckungen und Schranktüren in ihrer normalen Position befinden sollten. Berücksichtigen Sie dabei die voraussichtlich höchste Auslastung sowie die relevanten Betriebstemperaturen.

Bitte überprüfen Sie Folgendes:

• Die Schnittstelle und die Verarbeitungsaufgaben erfüllen unter gleichzeitiger Belastung die vereinbarten Leistungsanforderungen.
• Vernetzte Geräte bleiben während des gesamten Produktionszyklus verfügbar.
• Nach dem Aufwärmen des Systems bleiben die Temperaturen innerhalb der zulässigen Grenzen.
• Die Anwendung und die Peripheriegeräte erholen sich nach den vereinbarten Unterbrechungstests wie vorgesehen.
• Ein Ersatzgerät kann anhand der dokumentierten Wartungsanleitung wieder in Betrieb genommen werden.

Speichern Sie die Testbedingungen, Ergebnisse, Hardware-Details und Softwareversionen, um spätere Bestellungen und Software-Updates überprüfen zu können.

Häufig gestellte Fragen

Kann ein Embedded-PC eine SPS ersetzen?

Einige Plattformen unterstützen die Steuerung über den PC, doch für einen Ersatz sind geeignete Steuerungssoftware, E/A, zeitliche Leistungsfähigkeit und Fehlerbehandlung erforderlich. Eine gewöhnliche Schnittstellenanwendung ist kein Ersatz für ein validiertes Maschinensteuerungs- oder Sicherheitssystem.

Kann ein Embedded-PC Windows oder Linux ausführen?

Je nach Prozessorplattform und verfügbarer Unterstützung ist dies bei vielen Geräten möglich. Bitte überprüfen Sie vor der Bestellung die genaue Betriebssystemversion sowie die Treiber- und Anwendungskompatibilität für die gewünschte Konfiguration.

Planen Sie eine Touch-Oberfläche für Ihre Geräte?

Wenn Ihr Projekt ein integriertes Bedienterminal erfordert, entdecken Sie die Lösungen von Eagle Touch Industrielle Panel-PC-Lösungen. Falls die Computerplattform bereits ausgewählt ist, lesen Sie bitte unsere industrielle Touch-Monitore.

Teilen Sie uns Ihre Anwendung, die Softwareplattform, die Bildschirmgröße, die angeschlossenen Geräte, die Einbauzeichnung, die Betriebsumgebung und die voraussichtliche Stückzahl mit. Eagle Touch kann die Anforderungen an das Touchdisplay oder den Panel-PC für Ihre Anlage prüfen.