eng
Выпуск #2/2016
А.Медведев
Встраиваемые промышленные компьютеры Fastwel: надежные решения для широкого круга задач
Встраиваемые промышленные компьютеры Fastwel: надежные решения для широкого круга задач
Просмотры: 2586
Рассмотрены основные типы встраиваемых промышленных компьютеров для широкого спектра приложений, выпускаемых компанией Fastwel.
Теги: embedded industrial computer embedded system fastwel встраиваемая система встраиваемый промышленный компьютер
П
од встраиваемой системой обычно понимается специализированная микропроцессорная система управления, предназначенная для работы в составе другой системы, как правило, под управлением встраиваемого программного обеспечения. Иными словами, такая система создается на базе встроенного процессорного модуля. Один из примеров подобных систем – встраиваемые промышленные компьютеры, о которых пойдет речь в статье.
Поскольку встраиваемые процессорные модули, как правило, предназначены для установки внутри более сложного устройства, зачастую рассчитанного на эксплуатацию в сложных условиях, ключевыми требованиями к ним являются: низкое энергопотребление, малые размеры, стойкость к механическим и климатическим воздействиям. Процессорные модули промышленного назначения обычно изготавливают в стандартных форм-факторах: VME, VPX, CompactPCI, MicroTCA, AdvancedTCA, MicroPC, EPIC, EBX, PC/104, StackPC, COM-Express, ETX, SMARC, QSeven и др.
В состав процессорного модуля включаются необходимые компоненты, обеспечивающие требуемую функциональность. В минимальный набор компонентов входят исполняющий процессор, ОЗУ, набор системной логики, последовательные порты (например, RS232, USB), стандартные шины расширения, интерфейс подключения дисковой подсистемы (SATA) и не менее одного порта Ethernet. В качестве возможного расширения функционального набора можно рассматривать встроенную дисковую подсистему, слот для карт памяти (CompactFlash, SD, MicroSD и др.), графическую подсистему, промышленные интерфейсы (например, изолированные CAN, RS422/485 и др.), несколько Ethernet-портов, шину PCI-Express, аналоговые и цифровые порты ввода/вывода. Как правило, все компоненты напаяны на плату, но иногда могут использоваться модули расширения для ОЗУ (например, SO-DIMM). Примеры процессорных модулей для применения в промышленности или на транспорте – одноплатные компьютеры (рис.1) или компьютерные модули (рис.2).
Встраиваемые промышленные компьютеры – это готовые высокопроизводительные решения надежной конструкции, отвечающие требованиям конкретного класса пыле- и влагозащищенности и выполняющие широкий спектр задач в сложных условиях эксплуатации. Благодаря отсутствию вентиляторов промышленные компьютеры позволяют строить отказоустойчивые системы, предоставляющие гибкие возможности расширения и изменения конфигурации. Они поддерживают не только операционные системы (ОС) общего назначения, но и ОС реального времени (ОСРВ). Эти компьютеры находят широкое применение в промышленном производстве, медицине, торговле, железнодорожном транспорте, судостроении, авиации и других ответственных приложениях, требующих надежного функционирования в жестких условиях эксплуатации.
Встраиваемые промышленные компьютеры условно можно разделить на две основные категории: панельные и защищенные. Отличительная особенность панельных компьютеров (panel PC) – наличие средств визуализации и портов ввода/вывода. По сути, это полноценный персональный компьютер, реализованный в виде моноблока. Наиболее часто панельные компьютеры оснащаются сенсорным экраном, а на лицевой панели представлены только самые необходимые функциональные инструменты управления.
Средства визуализации и ввода/вывода позволяют использовать панельные компьютеры для создания человеко-машинного интерфейса (human-machine interface – HMI). Отсюда и основные области их применения – терминалы или пульты оператора для управления и контроля в системах автоматизации технологическими процессами (АСУ ТП), транспортных средствах (автомобильных, железнодорожных, судовых, авиационных), медицине, торговле и сфере обслуживания. В зависимости от условий применения панельные компьютеры могут иметь защищенное исполнение лицевой панели, либо всего корпуса или не иметь защиты.
Примером промышленного панельного компьютера может служить бортовой интегрированный пульт индикации и управления ВМ301-02 от компании Fastwel (рис.3), предназначенный для использования на транспорте и в промышленности в условиях неблагоприятных механических и электромагнитных воздействий в широком диапазоне температур окружающей среды (–50…60 °C). Компьютер имеет 10,4-дюймовый дисплей с разрешением 800 Ч 600 точек. Пылевлагозащитное исполнение ВМ301 не ниже уровня IP54 по всей поверхности корпуса. Питание компьютера обеспечивается от бортовой сети напряжением 27±6 В постоянного тока. Конструкцией изделия предусмотрена возможность установки модулей расширения формата PC/104. Компьютер ВМ301-02 обеспечивает вывод графической и звуковой информации, исполнение алгоритмов управления и диагностики, а также обработку информации, введенной оператором с клавиатуры.
Защищенные встраиваемые компьютеры, в отличие от панельных, не имеют встроенного дисплея и клавиатуры. Защищенный компьютер – это, как правило, заключенный в корпус набор промышленных модулей, соединенных между собой в соответствии с тем или иным стандартом. Объединение модулей возможно двумя способами: магистрально-модульным или стековым.
Для построения магистрально-модульной системы применяются слотовые одноплатные компьютеры, которые устанавливаются в шасси с пассивной объединительной платой (кросс-платой). Примерами таких систем могут служить наиболее распространенные системы форматов CompactPCI, VME, AdvancedTCA, MicroPC. В этих системах используются защищенные шасси. Применение модулей с кондуктивным теплоотводом на корпус позволяет отказаться от воздушных фильтров и систем вентиляции непосредственно в шасси и, как следствие, необходимости создавать внутри шасси избыточное давление для защиты от пыли – все это существенно снижает требования к обслуживанию систем, повышает их ресурс и надежность.
В стековых системах нет объединительной платы, а соединяются модули с помощью стековых разъемов, на которые выведена объединительная шина. К стековым системам относятся прежде всего модули, соответствующие спецификациям PC/104, PC/104Plus, PCI104, PCI/104Express, StackPC, EPIC, EBX, 3,5". Стековые системы устанавливают в корпус весьма ограниченного размера. Лицевой панелью корпуса является одна из его сторон, на которую выведены интерфейсные разъемы.
Примерами защищенных компьютеров на базе модулей PC/104 могут служить встраиваемые компьютеры серии МК от Fastwel. В данном решении для защиты стека используется цельный корпус, рассчитанный на определенное количество стековых модулей. Отвод тепла обеспечивается через боковые стенки корпуса, а на лицевую панель выведены необходимые интерфейсы. Такая конструкция с компактным расположением интерфейсных разъемов позволяет устанавливать корпус в нишу без доступа к его задней и боковым стенкам. Защита от пыли и/или влаги обеспечивается за счет применения герметизированных интерфейсных разъемов. Одно из достоинств таких систем – возможность их функционального расширения. В данном случае в стек можно устанавливать любые модули расширения соответствующего форм-фактора, в том числе самостоятельно разработанные заказчиком специализированные модули. Потребуется лишь доработка одной детали корпуса – лицевой панели.
Пример из этой серии – модульный компьютер MK306 (рис.4), предназначенный для использования в АСУ ТП. Пыле- и влагозащита компьютера обеспечиваются внешними конструктивными решениями. МК306 можно использовать также в качестве лабораторного оборудования для разработки ПО и прототипов систем на базе модуля контроллера CPC306.
К отличительным особенностям компьютера Fastwel МК306 относятся развитые коммуникационные возможности (2 х Ethernet 10/100, 2 Ч RS232, 2 Ч RS422/485), наличие аналогового и дискретного ввода/вывода. Поддерживаются восемь каналов изолированного аналогового ввода, два канала изолированного аналогового вывода и 3 Ч 24 линии дискретного ввода/вывода, совместимые с модулями UNIO96-5. В МК306 не предусмотрено принудительное охлаждение, нет движущихся частей.
Наличие в составе изделия интеллектуального источника питания PS351 дает ряд дополнительных возможностей для его использования в условиях длительной необслуживаемой эксплуатации или питания от природных источников энергии (солнечной и ветровой), в том числе:
• включение/отключение по календарному расписанию, по внешним событиям и т. д.;
• использование сторожевого таймера для отключения/включения питания компьютера;
• ведение журнала системных событий;
• поддержка резервного канала питания.
Компьютер MK307 (рис.5) представляет собой базовую платформу для создания вычислительных и управляющих систем, эксплуатируемых в неблагоприятных условиях окружающей среды. Компьютер рассчитан для использования в мобильных и транспортных системах. Доступ к разъемам со стороны лицевой панели и наличие монтажной платформы для быстрой установки позволяют встраивать компьютер в глухие ниши.
МК307 реализован на базе модулей формата РС/104, РС/104-Plus, размещенных в корпусе со степенью защиты IP65. Конструктив позволяет устанавливать до пяти модулей расширения. Для вывода сигналов от модулей расширения на лицевой панели предусмотрены четыре 18-контактных разъема.
Компьютер МК308 (рис.6) предназначен для использования в информационно-управляющих системах специализированных транспортных средств, в частности, на гусеничном ходу. МК308 построен на базе двухъядерного процессора Intel Atom D510, производительность которого обеспечивает решение сложных вычислительных и картографических задач. Наличие видеоинтерфейсов VGA и LVDS позволяет применять компьютер совместно с широким перечнем защищенных дисплеев и отображать видеоинформацию с высокой степенью детализации. Для хранения картографических данных предусмотрена возможность установки твердотельного накопителя CompactFlash. Ориентация транспортного средства на местности МК308 обеспечивается посредством модуля GPS/GLONASS.
Компьютер легко встраивается в бортовую информационно-управляющую систему благодаря наличию двух каналов Gigabit Ethernet. Для контроля периферийных устройств, таких как датчики состояния оборудования и приборы систем безопасности, предназначены интерфейсы RS-232/485/422 и CAN. Для подключения РС-совместимой периферии имеются три порта USB 2.0, а для удаленного обмена данными – модули GSM/GPRS и Wi-Fi. Модульная конструкция МК308 поддерживает установку до семи модулей расширения PC/104+. Степень защиты корпуса компьютера соответствует уровню IP65.
Защищенные компьютеры MK306, MK307 и МК308 работают от сети постоянного тока с напряжением питания 10…36 В в диапазоне рабочих температур от –40 до 70 °C и устойчивы к воздействию одиночных ударов до 100g и вибрации до 5g.
Стоит обратить внимание и на другие решения от Fastwel с более низким уровнем защиты – компьютеры MK150 и МК905, которые главным образом рассчитаны на рынок АСУ ТП. Например, компьютер МК150 предназначен для решения задач, требующих среднего уровня производительности, в системах управления или видеонаблюдения (рис.7). MK150 может быть установлен как на DIN-рейку, так и на панель. МК150 обеспечивает возможность непосредственного подключения модулей ввода/вывода Fastwel I/O. Среди особенностей компьютера – наличие каналов дискретного ввода/вывода, энергонезависимой памяти и четырех входов для подключения аналоговых видеокамер PAL/SECAM/NTSC.
* * *
Благодаря высокому научно-техническому потенциалу Fastwel постоянно совершенствует свои разработки и расширяет спектр выпускаемых изделий. Производственные возможности компании позволяют создавать высококачественную продукцию, соответствующую мировым стандартам. Fastwel является членом авторитетных международных отраслевых консорциумов, таких как ассоциации РС/104, VITA, PCI-SIG, консорциум производителей компьютерных модулей открытого стандарта XTX, ассоциация разработчиков промышленных решений на базе протоколов CAN, ассоциация PICMG и организация OPC Foundation.
Защищенные компьютеры компании Fastwel – полностью российские разработки, ориентированные в первую очередь на отечественных потребителей. Изделия Fastwel, максимально учитывающие требования российских заказчиков, производятся в России и позволяют заменить импортную продукцию во многих высокотехнологичных отраслях промышленности.
од встраиваемой системой обычно понимается специализированная микропроцессорная система управления, предназначенная для работы в составе другой системы, как правило, под управлением встраиваемого программного обеспечения. Иными словами, такая система создается на базе встроенного процессорного модуля. Один из примеров подобных систем – встраиваемые промышленные компьютеры, о которых пойдет речь в статье.
Поскольку встраиваемые процессорные модули, как правило, предназначены для установки внутри более сложного устройства, зачастую рассчитанного на эксплуатацию в сложных условиях, ключевыми требованиями к ним являются: низкое энергопотребление, малые размеры, стойкость к механическим и климатическим воздействиям. Процессорные модули промышленного назначения обычно изготавливают в стандартных форм-факторах: VME, VPX, CompactPCI, MicroTCA, AdvancedTCA, MicroPC, EPIC, EBX, PC/104, StackPC, COM-Express, ETX, SMARC, QSeven и др.
В состав процессорного модуля включаются необходимые компоненты, обеспечивающие требуемую функциональность. В минимальный набор компонентов входят исполняющий процессор, ОЗУ, набор системной логики, последовательные порты (например, RS232, USB), стандартные шины расширения, интерфейс подключения дисковой подсистемы (SATA) и не менее одного порта Ethernet. В качестве возможного расширения функционального набора можно рассматривать встроенную дисковую подсистему, слот для карт памяти (CompactFlash, SD, MicroSD и др.), графическую подсистему, промышленные интерфейсы (например, изолированные CAN, RS422/485 и др.), несколько Ethernet-портов, шину PCI-Express, аналоговые и цифровые порты ввода/вывода. Как правило, все компоненты напаяны на плату, но иногда могут использоваться модули расширения для ОЗУ (например, SO-DIMM). Примеры процессорных модулей для применения в промышленности или на транспорте – одноплатные компьютеры (рис.1) или компьютерные модули (рис.2).
Встраиваемые промышленные компьютеры – это готовые высокопроизводительные решения надежной конструкции, отвечающие требованиям конкретного класса пыле- и влагозащищенности и выполняющие широкий спектр задач в сложных условиях эксплуатации. Благодаря отсутствию вентиляторов промышленные компьютеры позволяют строить отказоустойчивые системы, предоставляющие гибкие возможности расширения и изменения конфигурации. Они поддерживают не только операционные системы (ОС) общего назначения, но и ОС реального времени (ОСРВ). Эти компьютеры находят широкое применение в промышленном производстве, медицине, торговле, железнодорожном транспорте, судостроении, авиации и других ответственных приложениях, требующих надежного функционирования в жестких условиях эксплуатации.
Встраиваемые промышленные компьютеры условно можно разделить на две основные категории: панельные и защищенные. Отличительная особенность панельных компьютеров (panel PC) – наличие средств визуализации и портов ввода/вывода. По сути, это полноценный персональный компьютер, реализованный в виде моноблока. Наиболее часто панельные компьютеры оснащаются сенсорным экраном, а на лицевой панели представлены только самые необходимые функциональные инструменты управления.
Средства визуализации и ввода/вывода позволяют использовать панельные компьютеры для создания человеко-машинного интерфейса (human-machine interface – HMI). Отсюда и основные области их применения – терминалы или пульты оператора для управления и контроля в системах автоматизации технологическими процессами (АСУ ТП), транспортных средствах (автомобильных, железнодорожных, судовых, авиационных), медицине, торговле и сфере обслуживания. В зависимости от условий применения панельные компьютеры могут иметь защищенное исполнение лицевой панели, либо всего корпуса или не иметь защиты.
Примером промышленного панельного компьютера может служить бортовой интегрированный пульт индикации и управления ВМ301-02 от компании Fastwel (рис.3), предназначенный для использования на транспорте и в промышленности в условиях неблагоприятных механических и электромагнитных воздействий в широком диапазоне температур окружающей среды (–50…60 °C). Компьютер имеет 10,4-дюймовый дисплей с разрешением 800 Ч 600 точек. Пылевлагозащитное исполнение ВМ301 не ниже уровня IP54 по всей поверхности корпуса. Питание компьютера обеспечивается от бортовой сети напряжением 27±6 В постоянного тока. Конструкцией изделия предусмотрена возможность установки модулей расширения формата PC/104. Компьютер ВМ301-02 обеспечивает вывод графической и звуковой информации, исполнение алгоритмов управления и диагностики, а также обработку информации, введенной оператором с клавиатуры.
Защищенные встраиваемые компьютеры, в отличие от панельных, не имеют встроенного дисплея и клавиатуры. Защищенный компьютер – это, как правило, заключенный в корпус набор промышленных модулей, соединенных между собой в соответствии с тем или иным стандартом. Объединение модулей возможно двумя способами: магистрально-модульным или стековым.
Для построения магистрально-модульной системы применяются слотовые одноплатные компьютеры, которые устанавливаются в шасси с пассивной объединительной платой (кросс-платой). Примерами таких систем могут служить наиболее распространенные системы форматов CompactPCI, VME, AdvancedTCA, MicroPC. В этих системах используются защищенные шасси. Применение модулей с кондуктивным теплоотводом на корпус позволяет отказаться от воздушных фильтров и систем вентиляции непосредственно в шасси и, как следствие, необходимости создавать внутри шасси избыточное давление для защиты от пыли – все это существенно снижает требования к обслуживанию систем, повышает их ресурс и надежность.
В стековых системах нет объединительной платы, а соединяются модули с помощью стековых разъемов, на которые выведена объединительная шина. К стековым системам относятся прежде всего модули, соответствующие спецификациям PC/104, PC/104Plus, PCI104, PCI/104Express, StackPC, EPIC, EBX, 3,5". Стековые системы устанавливают в корпус весьма ограниченного размера. Лицевой панелью корпуса является одна из его сторон, на которую выведены интерфейсные разъемы.
Примерами защищенных компьютеров на базе модулей PC/104 могут служить встраиваемые компьютеры серии МК от Fastwel. В данном решении для защиты стека используется цельный корпус, рассчитанный на определенное количество стековых модулей. Отвод тепла обеспечивается через боковые стенки корпуса, а на лицевую панель выведены необходимые интерфейсы. Такая конструкция с компактным расположением интерфейсных разъемов позволяет устанавливать корпус в нишу без доступа к его задней и боковым стенкам. Защита от пыли и/или влаги обеспечивается за счет применения герметизированных интерфейсных разъемов. Одно из достоинств таких систем – возможность их функционального расширения. В данном случае в стек можно устанавливать любые модули расширения соответствующего форм-фактора, в том числе самостоятельно разработанные заказчиком специализированные модули. Потребуется лишь доработка одной детали корпуса – лицевой панели.
Пример из этой серии – модульный компьютер MK306 (рис.4), предназначенный для использования в АСУ ТП. Пыле- и влагозащита компьютера обеспечиваются внешними конструктивными решениями. МК306 можно использовать также в качестве лабораторного оборудования для разработки ПО и прототипов систем на базе модуля контроллера CPC306.
К отличительным особенностям компьютера Fastwel МК306 относятся развитые коммуникационные возможности (2 х Ethernet 10/100, 2 Ч RS232, 2 Ч RS422/485), наличие аналогового и дискретного ввода/вывода. Поддерживаются восемь каналов изолированного аналогового ввода, два канала изолированного аналогового вывода и 3 Ч 24 линии дискретного ввода/вывода, совместимые с модулями UNIO96-5. В МК306 не предусмотрено принудительное охлаждение, нет движущихся частей.
Наличие в составе изделия интеллектуального источника питания PS351 дает ряд дополнительных возможностей для его использования в условиях длительной необслуживаемой эксплуатации или питания от природных источников энергии (солнечной и ветровой), в том числе:
• включение/отключение по календарному расписанию, по внешним событиям и т. д.;
• использование сторожевого таймера для отключения/включения питания компьютера;
• ведение журнала системных событий;
• поддержка резервного канала питания.
Компьютер MK307 (рис.5) представляет собой базовую платформу для создания вычислительных и управляющих систем, эксплуатируемых в неблагоприятных условиях окружающей среды. Компьютер рассчитан для использования в мобильных и транспортных системах. Доступ к разъемам со стороны лицевой панели и наличие монтажной платформы для быстрой установки позволяют встраивать компьютер в глухие ниши.
МК307 реализован на базе модулей формата РС/104, РС/104-Plus, размещенных в корпусе со степенью защиты IP65. Конструктив позволяет устанавливать до пяти модулей расширения. Для вывода сигналов от модулей расширения на лицевой панели предусмотрены четыре 18-контактных разъема.
Компьютер МК308 (рис.6) предназначен для использования в информационно-управляющих системах специализированных транспортных средств, в частности, на гусеничном ходу. МК308 построен на базе двухъядерного процессора Intel Atom D510, производительность которого обеспечивает решение сложных вычислительных и картографических задач. Наличие видеоинтерфейсов VGA и LVDS позволяет применять компьютер совместно с широким перечнем защищенных дисплеев и отображать видеоинформацию с высокой степенью детализации. Для хранения картографических данных предусмотрена возможность установки твердотельного накопителя CompactFlash. Ориентация транспортного средства на местности МК308 обеспечивается посредством модуля GPS/GLONASS.
Компьютер легко встраивается в бортовую информационно-управляющую систему благодаря наличию двух каналов Gigabit Ethernet. Для контроля периферийных устройств, таких как датчики состояния оборудования и приборы систем безопасности, предназначены интерфейсы RS-232/485/422 и CAN. Для подключения РС-совместимой периферии имеются три порта USB 2.0, а для удаленного обмена данными – модули GSM/GPRS и Wi-Fi. Модульная конструкция МК308 поддерживает установку до семи модулей расширения PC/104+. Степень защиты корпуса компьютера соответствует уровню IP65.
Защищенные компьютеры MK306, MK307 и МК308 работают от сети постоянного тока с напряжением питания 10…36 В в диапазоне рабочих температур от –40 до 70 °C и устойчивы к воздействию одиночных ударов до 100g и вибрации до 5g.
Стоит обратить внимание и на другие решения от Fastwel с более низким уровнем защиты – компьютеры MK150 и МК905, которые главным образом рассчитаны на рынок АСУ ТП. Например, компьютер МК150 предназначен для решения задач, требующих среднего уровня производительности, в системах управления или видеонаблюдения (рис.7). MK150 может быть установлен как на DIN-рейку, так и на панель. МК150 обеспечивает возможность непосредственного подключения модулей ввода/вывода Fastwel I/O. Среди особенностей компьютера – наличие каналов дискретного ввода/вывода, энергонезависимой памяти и четырех входов для подключения аналоговых видеокамер PAL/SECAM/NTSC.
* * *
Благодаря высокому научно-техническому потенциалу Fastwel постоянно совершенствует свои разработки и расширяет спектр выпускаемых изделий. Производственные возможности компании позволяют создавать высококачественную продукцию, соответствующую мировым стандартам. Fastwel является членом авторитетных международных отраслевых консорциумов, таких как ассоциации РС/104, VITA, PCI-SIG, консорциум производителей компьютерных модулей открытого стандарта XTX, ассоциация разработчиков промышленных решений на базе протоколов CAN, ассоциация PICMG и организация OPC Foundation.
Защищенные компьютеры компании Fastwel – полностью российские разработки, ориентированные в первую очередь на отечественных потребителей. Изделия Fastwel, максимально учитывающие требования российских заказчиков, производятся в России и позволяют заменить импортную продукцию во многих высокотехнологичных отраслях промышленности.
Отзывы читателей
