Der richtige Schritt in die Zukunft Modulare und leistungsstarke Industrie-PCs für KI- und IoT-Anwendungen

Stetig komplexere IoT-Sensoren und -Aktoren generieren eine unaufhaltsam wachsende Datenmenge. Das erfordert Maschinen und Prozesse, die selbständig Erkenntnisse gewinnen und sich auf dieser Grundlage optimieren. Gleichzeitig sollen sie bestens adaptierbar sein, um flexibel passgenaue Lösungen für zukünftige Anwendungen zur Verfügung stellen zu können. Die dazu notwendige leistungsstarke Industrie-PC-Plattform (IPC) hat bei Phoenix Contact eine lange Tradition.

Der Automatisierungsspezialist erkannte bereits 2009 die Zeichen der Zeit und brachte mit der Produktfamilie Valueline als einer der ersten Anbieter eine modulare IPC-Lösung auf den Markt. Mit den Valueline-Geräten der dritten Generation lanciert das Unternehmen nun Industrie-PCs, welche die bestehenden Vorteile – zum Beispiel den lüfterlosen Aufbau und das wartungsfreundliche Design – weiterführen und zudem noch besser auf die neuen Anforderungen für KI- und IoT-Lösungen an der
Edge ausgelegt sind.

Dreifache KI-Inferenzleistung

Durch die Verwendung der Intel Tiger Lake-UP3-Serie beinhalten die Valueline-IPCs jetzt die 11. Generation der Intel Core i7/i5/i3- und Celeron-Prozessoren für die industrielle Nutzung. Diese verfügen erstmals über einen konfigurierbaren Leistungsbereich von 15 bis 28 W, weshalb sie sich bestens für lüfterlose, platzbeschränkte Embedded-Anwendungen eignen. Im Vergleich zur vorherigen Generation zeichnen sich die aktuellen Prozessoren durch eine erhebliche Leistungssteigerung aus: eine bis zu 32 Prozent höhere Single-Thread-Leistung, bis zu 65 Prozent höhere Multi-Thread-Leistung sowie bis zu 70 Prozent höhere Grafikleistung. Durch den neuen Hochleistungs-Grafikkern Intel Iris Xe und die Unterstützung von AVX-52 VNNI ist die KI-Inferenzleistung der 11. Prozessorgeneration fast dreimal so hoch wie die von Nicht-VNNI-Plattformen.

Bei den Datenspeichern arbeiten die Valueline-Geräte ausschließlich mit Industrial SSDs (Solid State Drive), die einen 24/7-Betrieb sowie erweiterten Temperaturbereich ermöglichen. Aufgrund der Option zur Integration von zwei Datenspeichern sowie dem Einsatz von RAID (Redundant Array of Independent Disk) kann der Anwender darüber hinaus Ausfallzeiten minimieren und so die Verfügbarkeit der Maschine oder Anlage erhöhen. Die RAID1-Konfiguration (Spiegelplattensystem) bietet eine hohe Datensicherheit: Die Daten liegen auch dann noch vor, wenn eine Festplatte ausgefallen ist. Auf diese Weise werden Datenverluste vermieden und das System bleibt weiter lauffähig. Das Spiegeln der Daten erfordert zwar den doppelten Speicherplatz, schafft jedoch vollständige Redundanz. Das ist beispielsweise bei der Verwendung des Valueline-IPCs als Edge Device von zentraler Bedeutung, um Daten lokal zugänglich und gesichert zu haben.

Flexible Konfiguration

Es gibt wenige Produktionsanlagen, in denen nicht bereits Industrie-PCs zum Bedienen, Beobachten und Visualisieren oder zur Datenerfassung genutzt werden. Umso wichtiger ist es, die Geräte optimal an die jeweiligen Applikationsanforderungen anzupassen. Bei der Konzeption seiner IPCs berücksichtigt Phoenix Contact dabei zunächst die grundsätzlichen Rahmenbedingungen, die jeder Industrie-PC erfüllen muss, damit er für den rauen industriellen Einsatz ausgelegt ist. Bei der Auswahl der in den IPCs verbauten Teile werden ausschließlich Komponenten der „Embedded Roadmap“ der Chiphersteller verwendet, sodass zum Beispiel die Verfügbarkeit der CPUs für 15 Jahre sichergestellt ist. Außerdem besteht so eine langfristige Image- und Treiberkompatibilität. Für Maschinen- und Anlagenbauer resultiert daraus ein hohes Maß an Sicherheit während des gesamten Lebenszyklus des Industrie-PCs.

In puncto Robustheit und Zuverlässigkeit werden lediglich Komponenten ausgewählt, die für einen problemlosen Betrieb des IPCs bei Temperaturen von -20°C bis 50°C sorgen. Auf diese Weise lassen sich schon die Standardgeräte in den unterschiedlichsten Applikationen nutzen, ohne dass sich der Anwender Gedanken über zusätzliche Maßnahmen machen muss. Im Hinblick auf die Konnektivität unterstützt Valueline bereits in der Grundversion zahlreiche aktuelle Kommunikationsschnittstellen, beispielsweise viermal den USB 3.1-Standard. Reichen die vorhandenen Interfaces nicht aus, können über das integrierte I/O-Extensionmodul weitere Schnittstellen hinzukonfiguriert werden. Besteht darüber hinaus noch mehr Bedarf, bestellt der Anwender bei den Box-PC-Lösungen einfach eine PCIe-Erweiterung. Zur direkten Einbindung von Sensoren und Aktoren, was beim Einsatz als Edge Device sinnvoll sein kann, lassen sich die integrierten digitalen I/Os verwenden. Sind die Industrie-PCs in der Applikation nur schwer zugänglich oder weit verteilt, kann zudem ein WiFi-Modul konfiguriert werden, um die Geräte kabellos in das Netzwerk einzubinden.

Aktuelle Touch-Treiber

Dass die Systemverfügbarkeit besonders bei Box-PCs eine der wesentlichen Kriterien bei der Geräteauswahl darstellt, steht außer Frage. Geht es um die Schnittstelle zum Bediener – also eine Visualisierungslösung mit einem Panel-PC –, kommt dem Design der Anlage und hier speziell dem Interface zum Bediener (Human Machine Interface) eine immer größere Bedeutung zu. Deshalb kombiniert die neue Generation der Valueline-IPCs funktionales Design mit leistungsfähiger Technik.

Die Panel-PCs der dritten Generation der Baureihe setzen weiterhin auf die Vorteile der Projective-Capacitive-Touch-Technologie und nutzen hier die technologischen Weiterentwicklungen. In die neuen Panel-PCs sind daher die aktuellen Touch-Treiber implementiert worden, sodass eine optimale Bedienung selbst bei Nässe oder Einsatz von Handschuhen möglich ist. Das vergrößert den Anwendungsbereich erneut. Displays in einer Größe von 15,6 Zoll bis 21,5 Zoll (1920 x 1080 Pixel) in Full-HD stellen genügend Platz für die Visualisierung sowohl einfacher Abläufe als auch komplexer Produktionsprozesse zur Verfügung.

Und sollte sich die Maschine oder Anlage doch nicht in Gänze anzeigen lassen, wird per Gestensteuerung schnell das gewünschte Detail auf dem Display sichtbar gemacht. So kann die Bedienung der Applikation übersichtlicher gestaltet, die Navigation vereinfacht und die Fehlbedienung – zum Beispiel durch Zwei-Hand-Bedienung – minimiert werden.

CPU-Potenziale ausnutzen

Neben der effektiven Rechenleistung und erweiterten Temperaturbereichen für Industrie-PCs sowie industrielle Edge Devices bietet die 11. Generation der Intel-CPUs ebenfalls Lösungen für Computer Vision und Deep Learning. Diese Technologien werden in großen Systemen zur Echtzeitautomatisierung, Steuerung und präventiven Wartung verwendet. Parallel zu anderen Kernfunktionen stellt Phoenix Contact in diesem Zusammenhang beschleunigte Computer-Vision- und KI-Inferenzanwendungen (KI und Intel Deep Learning Boost) bereit. KI und Deep-Learning-Inferenz können dabei auf der integrierten GPU oder der CPU laufen.

Das bedeutet, dass die bisher nicht oder nur wenig eingesetzten Potenziale des IPCs besser ausgenutzt werden können. Unter Umständen liegt schon jetzt die richtige Hardware vor, um in Zukunft KI-Anwendungen umsetzen zu können, ohne dass es zu Engpässen bei den benötigten Ressourcen kommt. Intel Deep Learning Boost kann drei Instruktionen zu einer Anweisung zusammenfassen und so die Inferenzverarbeitung durch eine Reduktion der erforderlichen Rechenressourcen beschleunigen. Das auf den ausgewählten Prozessoren verfügbare Intel Time Coordinated Computing und der Kommunikationsstandard Time-Sensitive Networking (TSN) erlauben ferner Echtzeit-Anwendungsfälle.

Breites Portfolio an IPCs

Damit die Vorteile ausgespielt werden können, die sich durch die Verwendung von künstlicher Intelligenz in indus­triellen Anwendungen ergeben, muss die Hardware für rechenintensive, anspruchsvolle Edge-Workloads sowie die Ansprüche hinsichtlich Robustheit und thermischer Belastbarkeit ausgelegt sein. Bei der Entwicklung der dritten Generation der IPCs der Baureihe Valueline hat der Automatisierungsspezialist Phoenix Contact diese Anforderungen konsequent realisiert.

Mit einem breiten Portfolio an Box- und Panel-PCs, komplett geschlossenen IP65-Bediengeräten, Rack-PCs und Touch-Monitoren bietet das Unternehmen einen IPC-Baukasten, mit dem sich auch in Zukunft fast jede Rahmenbedingung im industriellen Umfeld erfüllen lässt. Ergänzt durch die PLCnext-Steuerungen, I/O-Komponenten und Softwarelösungen können Anwender ihre individuelle Automatisierungslösung somit zukunftssicher aus einer Hand umsetzen.