Mit modularen Standardkomponenten zur spezifischen Variante

Wie sich aus modularen Standardkomponenten kundenspezifische Gehäuse und Systeme entwickeln lassen, zeigt Pentair. Embedded-Systeme, wie sie zum Beispiel Pentair unter der Marke Schroff entwickelt und fertigt, unterscheiden sich von Consumer-Laptops und -Desktops in Bauform, Modularität, Erweiterbarkeit und ihrem Einsatzbereich. Alle Komponenten des Systems müssen industrietauglich sein, also mechanisch robust (Chassis und Steckverbinder), langlebig (beispielsweise hohe MTBF-Werte bei Lüftern und Netzgeräten) und langzeitverfügbar. Das System zeigt sich schock- und vibrationsfest und verfügt über eine entsprechende EMV-Schirmung.

Embedded-Systeme gibt es in verschiedenen Technologien und Bauformen, von großen 19-Zoll-Einschüben bis hin zu kompakten Single-Board-Rechnern. Es gibt Varianten mit Low-Performance-Singlecore-Prozessoren, über Multicore-Prozessor-Rechnern bis hin zu Multiprozessorsystemen. Durch die Miniaturisierung in der Elektronik benötigen Entwickler heute immer weniger Steckplätze, um ein Embedded-System aufzubauen, und immer mehr Funktionen lassen sich auf einer Europakarte unterbringen.

Bild 1: Das kleine System basiert auf dem Baugruppenträger Europac-Pro. Pentair

Brauchte man vor Jahren noch getrennte Karten für CPU, Grafik, Speicher, Ethernet-Controller, so passen heute alle diese Funktionen auf den Single-Board-Computer. Anstelle von Systemen mit bis zu 21 Slots reichen immer öfter Systeme mit nur drei, vier oder fünf Steckplätzen (Bild 1) aus. Unter diesen Aspekten betrachtet, erscheint ein 19 Zoll breites System daher in vielen Fällen überdimensioniert.

Ein Weg mit dieser Entwicklung umzugehen, ist der Aufbau von mehreren unabhängigen Embedded-Systemen in einem 19 Zoll breiten System, das dann wiederum in einen 19-Zoll-Schrank eingebaut wird. So lassen sich zum Beispiel acht unabhängige Systeme in einem 19 Zoll breiten und 6 HE hohen Schroff-Baugruppenträger kombinieren. Dazu liefert Schroff die passenden Standardkomponenten wie einen Teilungssatz 2 x 3 HE, Backplanes, Power-Backplanes und mehr.

Zur Baugruppenträger-Entwärmung dient eine darunter liegende durchgängige Lüfterkassette. Diesen Weg gehen Kunden, die weiter zentral mit Schalt- oder Elektronikschränken arbeiten, in denen sie alle Komponenten, beispielsweise für eine komplexe Anlagensteuerung, unterbringen. Aufgrund der gestiegenen Leistungsfähigkeit der Systeme lassen sich hier auf gleichem Raum wesentlich mehr Einzelsysteme unterbringen.

Kleinere dezentrale Einheiten

Ein anderer Ansatz liegt in der Dezentralisierung. Ein kleineres Gehäuse baut man dabei nicht in die 19-Zoll-Ebene eines Schaltschrankes ein sondern befestigt es beispielsweise direkt an einer Maschine oder an einer Wand in Maschinennähe. Hier gibt es den Mini-ITX-Formfaktor sowie 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-Zoll-System und den ITX-/COM-Varianten schließen und dabei zusätzlich noch die individuellen Anforderungen der Kunden berücksichtigen.

Bild 2: Das 1 HE hohes und 250 mm breite AMC-Chassis basiert auf dem Multipac-Pro-Einschub. Pentair

Pentair hat für solche Applikationen ihre Small-Form-Factor-Modular-Systeme entwickelt. Diese Embedded-Systeme basieren auf Produktplattformen mit Standard-Baugruppenträgern und -Einschüben. Die Systeme konfiguriert Pentair nach Kundenvorgabe aus Standardteilen, Kühlung und Stromversorgung und passt die Abmessungen den Gegebenheiten an. Durch den modularen Aufbau dieser Basisprodukte ist dies leicht möglich. So lassen sich laut Hersteller bereits 95 Prozent aller Kundenwünsche abdecken. Für die restlichen 5 Prozent passt Pentair die Standardsysteme durch einfache Modifikationen an.

Bild 3: Das kleine kundenspezifische System basiert auf dem flexiblen Ratiopac-Pro-Gehäuse. Pentair

Die Small-Form-Factor-Modular-Systeme basieren entweder auf einem 1 HE hohen und 250 mm breiten AMC-Chassis (Bild 2), einem kleinen, kompakten Europacpro-Baugruppenträger der 3 HE hoch, 205 mm tief und 28 TE breit ist oder dem flexiblen Ratiopac­pro-Gehäuse (Bild 3). Das AMC-Chassis entwickelte Pentair aus einem Multipacpro-Einschub mit Platz für zwei horizontal eingebaute Steckkarten.

Mit diesen Chassis entstand eine Plattform, um technologieunabhängige Standard-Systeme aufzubauen: der Einsatz von AMC-Modulen ist genauso möglich, wie die Integration von Steckkarten im Europakartenformat etwa für VME-Bus, VPX, Compact-PCI, Compact-PCI-Serial. Die Abmessungen beider Chassis lassen sich sowohl auf dem AMC-Formfaktor als auch auf das Europakartenformat anpassen.

Ein cleveres Werkzeug

Damit die Konfiguration möglichst einfach ist, unterstützt das System Selection Tool den Kunden. Nachdem er die entsprechende Bus-Technologie gewählt hat, kann der Kunde zwischen den Lagersystemen und der Konfiguration eines individuellen Systems wählen.

Die individuelle Konfiguration gibt entweder bestimmte Baukonzepte vor oder fragt alle Rahmenbedingungen (Backplane, Befestigungsoptionen, mechanische und thermische Eigenschaften sowie Stromversorgung) eines gewünschten Systems ab und zeigt automatisch eine geeignete Lösung.

Bild 4: In das 2-Slot-AMC-System lassen sich ein oder zwei Single-Full-Size- oder ein beziehungsweise zwei Mid-Size-Module einbauen. Pentair

Anschließend sendet der Kunde seine Anfrage unter Angabe der Zahl der gewünschten Prototypen und des Lieferdatums oder der Zahl der benötigten Seriengeräte plus Lieferdatum an Pentair. Von dort erhält er ein entsprechendes Angebot.

Flach oder schmal

Beispiele für bereits realisierte Systeme sind ein 2-Slot-AMC-System und die Systeme, die auf Multipacpro-Gehäusen basieren. Das 2-Slot-AMC-System ist für den Einbau von ein oder zwei Single-Full-Size- oder ein beziehungsweise zwei Mid-Size-Modulen geeignet.

Bild 5: Das kleine System basiert auf dem Europac-Pro-Baugruppenträger. Das schafft Vorteile beim Befestigen auf einer Montageplatte. Pentair

Um die eingebauten Module möglichst gleichmäßig belüften zu 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 Advanced-MC-Boards mit bis zu 50 W pro Modul arbeiten können (siehe Bild 4). Durch kleine Mulden im Boden- und Deckblech sind mehrere dieser Systeme übereinander stapelbar. Einpressmuttern ermöglichen die Befestigung der Systeme auf einer Montageplatte.

Bild 6: Das kleine Baugruppenträgersystem ist mit einem I/O-Panel modifiziert und ist für die Wandmontage bestimmt. Pentair

Das zweite Standardprodukt dieser Familie basiert auf dem kleineren Europac­pro-Baugruppenträger (Bild 5), ausgerüstet mit einer entsprechenden Backplane, einem Netzteil und einer von unten angeflanschten Lüftereinheit. Für die verschiedenen Bussysteme setzt Pentair Netzteile mit den spezifischen Ausgangsspannungen ein. Alle diese Netzgeräte sind mit AC- oder DC-Eingang erhältlich; damit erweitert sich die Einsatzbreite hin zu Industrie- oder auch Automotive-Anwendungen.

Breite Vielfalt an Befestigungen

Bild 7: Das kleine Baugruppenträgersystem hat einen Tischwinkel. Pentair

Da diese Systeme nicht unbedingt in der 19-Zoll-Ebene eines Schrankes Einbau finden, entwickelte Pentair entsprechende Befestigungskonzepte wie für die Wandmontage (Bild 6), die Montage am Boden oder die Hutschienenmontage (Bild 7).

Die Systeme können auch stapelbar aufgebaut sein, dadurch kann man sie beispielsweise auf einem Fachboden oder Geräteträger im Schrank übereinander anordnen. Außerdem besteht die Möglichkeit, kleinere Systeme mit standardisierten Adaptern wieder in die 19-Zoll-Ebene eines Schrankes zu integrieren.

Bild 8: Das Kleingehäuse Interscale M ist nicht modular aufgebaut. Pentair

Alle diese Befestigungsoptionen lassen sich mit Standardkomponenten realisieren.

Umfangreiches Portfolio

Das Portfolio von Pentair umfasst mit den Schroff-Baugruppenträgern und Gehäuseserien Europacpro, Ratiopacpro, Multipacpro, Interscale M (Bild 8) und Minipac die Grundlage für Small-Form-Factor-Varianten, die sich  zum Ausbau mit modularen Europakarten wie VME, VPX oder Compact-PCI-Serial-Systemen, und für Ein- oder Mehrplatinenrechner mit anderen Formfaktoren eignen.

(rao)