Embedded Systeme: Kundenspezifisches Small-Form-Factor-Design. Mit modularen Standardkomponenten zur kundenspezifischen Lösung

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1 Seite 1 von 6 Embedded Systeme: Kundenspezifisches Small-Form-Factor-Design Mit modularen Standardkomponenten zur kundenspezifischen Lösung Laut Wikipedia ist ein Embedded System ein elektronischer Rechner, der in einen technischen Kontext eingebunden (eingebettet) ist. Dabei übernimmt der Rechner entweder Über-wachungs-, Steuerungsoder Regelfunktionen oder ist für eine Form der Daten- bzw. Signalverarbeitung zuständig. Oft werden eingebettete Systeme speziell an eine Aufgabe angepasst. Die Unterschiede von Embedded-Systemen, wie sie auch von Pentair unter der Marke Schroff entwickelt und gefertigt werden, zu Consumer-PCs, wie Laptops, Desktops etc., liegen vor allem in der Bauform, der Modularität und Erweiterbarkeit sowie der Industrietauglichkeit. Alle Komponenten des Systems sind industrietauglich: mechanisch robust (Chassis und Steckverbinder), langlebig (z. B. hohe MTBF-Werte bei Lüftern und Netzgeräten) und langzeitverfügbar. Das System gewährleistet eine hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit sowie eine entsprechende EMV-Schirmung. Embedded-Systeme gibt es in verschiedenen Technologien und Bauformen, von der 19 -Technologie bis hin zu Single-Board-Rechnern. Es gibt Lösungen mit Low-performance Singlecore-Prozessoren, über Multicore-Prozessor-Rechnern bis hin zu Multiprozessorsystemen. Immer kleiner und leistungsfähiger Durch die Miniaturisierung in der Elektronik werden heute immer weniger Steckplätze benötigt, um ein Embedded-System aufzubauen. Immer mehr Funktionen können auf einer Europakarte untergebracht werden. Brauchte man vor Jahren noch getrennte Karten für CPU, Grafik, Speicher, Ethernet Controller etc., so sind heutzutage alle diese Funktionen schon auf dem Single-Board Computer untergebracht. Anstelle von Systemen mit bis zu 21 Slots sind daher immer öfter Systeme mit nur drei, vier oder fünf Steckplätzen gefragt. Ein 19 breites System ist dann überdimensioniert. Bild 1. Kleines System basierend auf dem Schroff Baugruppenträger EuropacPRO Ein Weg mit dieser Entwicklung umzugehen, ist der Aufbau von mehreren unabhängigen Embedded- Systemen in einem 19 -breiten System, das wiederum in einem Schrank eingebaut wird. So können z. B. Seite 1 von 6

2 Seite 2 von 6 acht unabhängige Systeme in einem 19 breiten und 6 HE hohen Schroff Baugruppenträger mit Standardkomponenten wie einem 2 x 3 HE Teilungssatz, Backplanes, Power-Backplanes etc. aufgebaut werden. Unter diesem Baugruppenträger wird für die optimale Entwärmung eine durchgängige Lüfterkassette angebracht. Diesen Weg gehen Kunden, die weiter zentral mit Schalt- oder Elektronikschränken arbeiten, in denen sie alle Komponenten, z. B. für eine komplexe Anlagensteuerung, unterbringen. Auf Grund der gestiegenen Leistungsfähigkeit der Systeme, können hier auf gleichem Raum heute wesentlich mehr Einzelsysteme untergebracht werden. Kleinere dezentrale Einheiten Der andere Weg heißt Dezentralisierung: Es wird ein kleineres Gehäuse benötigt, welches nicht in die 19 -Ebene eines Schaltschrankes eingebaut wird, sondern z. B. direkt an einer Maschine, in einer Maschine oder an einer Wand in Maschinennähe befestigt wird. Hier gibt es den Mini-ITX Formfaktor und z. B. sogenannte COM-Lösungen (Computer-on-Modul), die jedoch recht schnell an Leistungsgrenzen stoßen, wenn es um hohe Rechner- oder Grafikleistungen, Modularität, Erweiterbarkeit oder Redundanz geht. Gefragt sind kleinere Systeme mit mehr Leistung, die die vorhandene Lücke zwischen dem klassischen 19 -System und den ITX/COM-Lösungen schließen und dabei die individuellen Anforderungen der Kunden berücksichtigen. Pentair hat nun für solche Applikationen eine Familie von Small Form Factor Modular Systems entwickelt. Diese Embedded-Systeme basieren auf bewährten Produktplattformen wie Standard-Baugruppenträgern oder -Einschüben. Die Systeme werden nach Kundenvorgabe aus Standardteilen und -komponenten inklusive Kühlung, Stromversorgung etc. konfiguriert und in ihren Abmessungen den Gegebenheiten angepasst. Durch den modularen Aufbau dieser Basisprodukte ist dies leicht möglich. So lassen sich bereits 95 % aller Kundenwünsche abdecken. Die restlichen 5 % werden durch Anpassung der Standardsysteme mit einfachen Modifikationen erreicht. Bild 2. 1 HE hohes und 250 mm breites AMC-Chassis basierend auf dem Schroff MultipacPRO-Einschub Die neuen Small Form Factor Modular Systems basieren entweder auf einem 1 HE hohen und 250 mm breiten Schroff AMC-Chassis, einem kleinen, kompakten Schroff EuropacPRO-Baugruppenträger der 3 HE hoch, 205 mm tief und nur 28 TE breit ist oder dem flexiblen Schroff RatiopacPRO-Gehäuse. Das Seite 2 von 6

3 Seite 3 von 6 AMC-Chassis wurde aus einem Schroff MultipacPRO-Einschub mit Platz für zwei horizontal eingebaute Steckkarten entwickelt. Mit diesen Chassis wurde eine Plattform geschaffen, um technologieunabhängige Standard-Systeme aufzubauen: der Einsatz von AMC-Modulen ist genauso möglich wie die Integration von Steckkarten im Europakartenformat für VMEbus, VPX, CompactPCI, CompactPCI Serial usw. Die Abmessungen beider Chassis können sehr einfach sowohl auf dem AMC- Formfaktor als auch auf das Europakartenformat angepasst werden. Bild 3. Kleines kundenspezifisches System, basierend auf dem flexiblen Schroff RatiopacPRO-Gehäuse Vorteil für die Kunden: Da bei Pentair alle Produkte aus einem Baukasten mit Standardkomponenten aufgebaut werden, sind auch die neuen Small Form Factor Modular Systems je nach Anforderung der Kunden aus Standardteilen konfigurierbar. Damit bleibt die Individualität bezahlbar. System Selection Tool Damit die Konfiguration für die Kunden möglichst einfach ist, hat Pentair ein System Selection Tool entwickelt, das im Internet verfügbar ist ( Nachdem er die entsprechende Bus-Technologie gewählt hat, kann er zwischen den Lagersystemen und der Konfiguration eines individuellen Systems wählen. Bei der individuellen Konfiguration werden entweder bestimmte Baukonzepte vorgegeben oder alle Rahmenbedingungen (Backplane, Befestigungsoptionen, mechanische Eigenschaften, thermische Eigenschaften und Stromversorgung) eines gewünschten Systems abgefragt und automatisch eine geeignete Lösung gezeigt. Anschließend sendet der Kunde seine Anfrage unter Angabe der Zahl der gewünschten Prototypen und des Lieferdatums bzw. der Zahl der benötigten Seriengeräte plus Lieferdatum direkt an Pentair. Von dort bekommt er dann ein entsprechendes Angebot. Flach oder schmal Beispiele für bereits realisierte Systeme sind ein 2 Slot AMC-System und System basierend auf dem Schroff Multipac Gehäuse. Das 2 Slot AMC-System ist für den Einbau von ein oder zwei Single Full Sizeoder ein bzw. zwei Mid Size-Modulen. Um die eingebauten Module möglichst gleichmäßig belüften zu Seite 3 von 6

4 Seite 4 von 6 können, befindet sich rechts neben den Modulen eine Einheit mit vier Lüftern und Luftfiltern. Im hinteren Bereich befindet sich ein Open Frame-Netzteil mit einer Leistung von 120 W, so dass die AdvancedMC- Boards mit bis zu 50 W pro Modul betrieben werden können. Bild 4. 2 Slot Schroff AMC-System für den Einbau von ein oder zwei Single Full Size- oder ein bzw. zwei Mid Size-Modulen Bild 5. Kleines System basierend auf dem Schroff EuropacPRO-Baugruppenträger für die Befestigung auf einer Montageplatte Durch kleine Mulden im Boden- und Deckblech sind mehrere dieser Systeme übereinander stapelbar. Einpressmuttern ermöglichen die Befestigung der Systeme auf einer Montageplatte. Das zweite Standard- Produkt dieser Familie basiert auf dem kleineren Schroff EuropacPRO-Baugruppenträger, ausgerüstet mit einer entsprechenden Backplane, einem Netzteil und einer von unten angeflanschten Lüftereinheit. Für die verschiedenen Bussysteme werden Netzteile mit den spezifischen Ausgangsspannungen eingesetzt. Alle in dieser Produktfamilie eingesetzten Netzgeräte sind mit AC- oder DC-Eingang erhältlich. Damit erweitert sich die Einsatzbreite hin zu Industrieanwendungen oder z. B. auch dem Einsatz in Fahrzeugen. Seite 4 von 6

5 Seite 5 von 6 Befestigungsoptionen Da diese Systeme nicht unbedingt in die 19 -Ebene eines Schrankes eingebaut werden sollen oder können, wurden entsprechende Befestigungskonzepte für die Wandmontage, die Montage am Boden oder die Hutschienenmontage etc. entwickelt. Oder die Systeme sind stapelbar, um sie z. B. auf einem Fachboden oder Geräteträger im Schrank übereinander anzuordnen. Außerdem besteht die Möglichkeit kleinere Systeme mit standardisierten Adaptern wieder in die 19 -Ebene eines Schrankes zu integrieren. Alle diese Befestigungsoptionen werden mit Standardkomponenten realisiert. Bild 6. Kleines Schroff Baugruppenträgersystem modifiziert mit I/O-Panel zur Wandmontage Bild 7. Kleines Schroff Baugruppenträgersystem mit Tischwinkel Mit der neuen Small Form Factor Modular Systems Familie zeigt der 19 -Pionier Pentair, seine Kompetenz auch außerhalb der 19 -Technik. Bestehende Lösungen auf Europakartenformat oder AMC- Module werden in standardisierte Kleingehäuse integriert und mit entsprechender Kühlung sowie Stromversorgung etc. ausgestattet. So können kundenspezifisch alle Varianten an Embedded-Lösungen zwischen 19 und COM einfach und kostengünstig realisieren werden. Seite 5 von 6

6 Seite 6 von 6 Pentair bietet mit den Schroff Baugruppenträger- und Gehäuseserien EuropacPRO, Multipac, Interscale M und Minipac die Grundlage für SmallForm-Factor-Lösungen, die entweder zum Ausbau mit modularen Europakarten wie z. B. VME, VPX oder CompactPCI Serial Systemen, aber auch für Ein- oder Mehrplatinenrechner mit anderen Formfaktoren geeignet sind. Bild 8. Nicht-modulares Schroff Kleingehäuse Interscale M Angaben zum Autor: Dipl.-Ing. Christian Ganninger studierte Elektrotechnik an der Fachhochschule in Karlsruhe. Anschließend arbeitet er als Design Engineer Backplanes und Technical Coordinator Backplanes und später als Projektmanager Backplanes und Systeme in einer Firma, die 19" Systeme und Backplanes entwickelt und produziert. Seit Mai 2005 ist er Produktmanager Backplanes bei Schroff. Ein Jahr später hat er zusätzlich auch den Bereich MicroTCA als Produktmanager übernommen. Seit 2012 ist er Produktmanager Systems und Power Supplies. Bildunterschriften: Bild 1. Kleines System basierend auf dem Schroff Baugruppenträger EuropacPRO Bild 2. 1 HE hohes und 250 mm breites AMC-Chassis basierend auf dem Schroff MultipacPRO-Einschub Bild 3. Kleines kundenspezifisches System, basierend auf dem flexiblen Schroff RatiopacPRO-Gehäuse Bild 4. 2 Slot Schroff AMC-System für den Einbau von ein oder zwei Single Full Size- oder ein bzw. zwei Mid Size-Modulen Bild 5. Kleines System basierend auf dem Schroff EuropacPRO-Baugruppenträger für die Befestigung auf einer Montageplatte Bild 6. Kleines Schroff Baugruppenträgersystem modifiziert mit I/O-Panel zur Wandmontage Bild 7. Kleines Schroff Baugruppenträgersystem mit Tischwinkel Bild 8. Nicht-modulares Schroff Kleingehäuse Interscale M Links Seite 6 von 6