Bus-Erweiterungen für PCs in Industrie und Messtechnik: Mit PCI/PCIe zum modularen und flexiblen Rechensystem
PCI-Steckkarten und Erweiterungsmodule mit Bus-Interface ermöglichen die schnelle und einfache Erweiterung neuer und bestehender PCs. Wir zeigen Ihnen, welche Optionen und Alternativen es gibt – mit den entsprechenden Vor- und Nachteilen für den Einsatz in Industrie und Forschung.
Neue Sensoren oder Peripheriegeräte in Produktionsanlagen oder Labors, erweiterte Funktionalitäten in der Installationstechnik oder ein höheres Maß an Automatisierung: Industrie-PCs und Computer in technischen Einsatzbereichen generell müssen in der Lage sein, sich an wandelnde Anforderungen anzupassen. Das gilt insbesondere, je kürzer Innovationszyklen sind und je höher die Investitionen für Rechensysteme, die heute komplexe Technologien wie Edge-Computing, Machine Vision und KI beherrschen müssen. Klare Vorteile bieten hier PCs, die sich flexibel mit Grafik- und Netzwerkkarten, Speichermedien sowie Messtechnik- und IO-Modulen erweitern lassen. Dazu stehen verschiedene Technologie zur Auswahl.
Box-PCs mit Erweiterungsslots: Schnittstellen für künftige Aufgaben
Embedded PCs und andere Rechner für den Industrieeinsatz werden entsprechend der individuellen Anforderungen von Kunden konfiguriert und ausgewählt. Dazu bieten wir bei PLUG-IN ein und beraten umfassend bei der Auswahl der passenden Systeme und Komponenten. Viele dieser PCs für professionelle Anwendungen verfügen bereits von Haus aus über Erweiterungsslots mit PCI- bzw. PCIe-Interface. Darüber kann zusätzliche Hardware direkt im Gehäuse nachgerüstet werden, um die Funktionalität und Leistung anzupassen.
Steckkarten im IPC-Gehäuse
Bestehende Steckkarten können bei Bedarf durch leistungsstärkere Module ausgetauscht oder weitere PCI-/PCIe-Module an noch freien Steckkarten-Slots angeschlossen werden. Dabei bietet die direkte Anbindung an das Mainboard des PCs eine schnellstmögliche Datenübertragung, sodass z. B. auch leistungsstarke General Purpose GPUs und andere Recheneinheiten für KI & Machine Learning integriert werden können. Die Standards PCI und PCIe machen Box-PCs kompatibel mit einer Vielzahl verschiedener Erweiterungskarten, auch von verschiedenen Herstellern. Durch die Installation im bestehenden Gehäuse sind die Steckkarten vor Umwelteinflüssen geschützt und der Platzbedarf bleibt unverändert.
Erweiterbarkeit mit Grenzen
Der letztgenannte Vorteil kann gleichzeitig auch ein Nachteil sein: Durch das bestehende Gehäuse sind Größe und Anzahl der Erweiterungskarten limitiert. Gleichzeitig benötigen solche erweiterbaren Box-PCs schon von Anfang an mehr Platz als Systeme ohne Erweiterungsslots, wenn das Gehäuse nicht ebenfalls modular aufgebaut und erweiterbar ist. Zudem erfordert die Erweiterbarkeit zusätzliche Hardwarekomponenten und macht das Gesamtsystem komplexer – das steigert auch die Kosten. Vor der Erweiterung muss außerdem geprüft werden, ob die Rechenleistung des PCs für die neuen Komponenten ausreicht. Zusätzliche Hardware – dazu zählen auch die Steckkarten – kann immer auch die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems beeinflussen.
Vorteile |
Nachteile |
| + Aufrüstung direkt im Gehäuse | – Größe und Anzahl der Steckplätze limitiert |
| + Einfache Möglichkeit zur Erweiterung | – Größerer Platzbedarf |
| + Direkte Anbindung, höchste Datenrate | – Höhere Kosten |
| + Hoher Schutz der Hardware | – Evtl. Beeinträchtigung der Zuverlässigkeit |
Externe Erweiterungsmodule mit Bus-Interface: Maximale Flexibilität
Eine noch größere Erweiterbarkeit bieten Erweiterungsmodule mit Bus-Interface: Dabei handelt es sich um externe Erweiterungen, die in einem stabilen Erweiterungschassis eine Reihe von Bus-Slots integrieren und je nach Modell bis zu 13 PCI-Bus-Boards aufnehmen. Die Buserweiterungen gibt es entsprechend der verschiedenen Kartenformate. Sie sind mit einer eigenen Stromversorgung ausgestattet, die in der Regel mit der On/Off-Steuerung des PCs synchronisiert werden kann. Ein eigener Lüfter sorgt für die aktive Kühlung der Steckkarten.
Ideal für zahlreiche Messtechnik- und IO-Module
Solche externen Erweiterungsmodule für den PCI-Bus eignen sich ideal für Anwendungen, bei denen sehr viele Steckkarten integriert werden sollen. Mit den Modulen können Messtechnik-Anwendungen, Sensoren oder Aktoren einfach und schnell mit der Hardware des übergeordneten Rechensystems verbunden werden. Der PC muss dafür lediglich über eine PCI- oder PCIe-Schnittstelle verfügen – der Vorteil: Auch herkömmliche Arbeitsplatz-Computer lassen sich so für komplexe Anwendungen mit zahlreichen Steckkarten erweitern. Die Buserweiterung wird mittels einer Brücke angeschlossen. Diese Bus-Erweiterungsadapter sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich, also sowohl als PCI-zu-PCI-Brücken, für PCIe zu PCIe oder zur Verwendung von PCI-Steckkarten an einem PCIe-Port des Computers. Im Rechner selbst werden die Karten in der Regel automatisch erkannt.
Übertragungsrate und Kompatibilität bei PCI-Erweiterungen
Während PCI-Buserweiterungen die bestmögliche Skalierbarkeit für wachsende Anforderungen mit sich bringen, sollte insbesondere bei datenintensiven Anwendungen oder High-Speed-Karten geprüft werden, ob das Erweiterungsmodul die Anforderungen an Durchsatzrate und Latenz erfüllt. Hier stehen die Systeme hinter Industrie-PCs mit direkter Hardware-Integration der Erweiterungskarten zurück. Außerdem muss der zusätzliche Platzbedarf für das externe Gerät berücksichtigt werden.
Vorteile |
Nachteile |
| + Höchstmaß an Skalierbarkeit | – Zusätzliches Gerät |
| + Einfacher Tausch und Erweiterung der Karten | – Ggf. geringere Datenrate |
| + PCI-zu-PCI /PCIe-zu-PCIe ebenso wie PCIe‑zu‑PCI | |
| + Eigene Stromversorgung | – Nicht für alle PCI-Karten geeignet |
| + Aktive Kühlung der PCI-Karten |
Welche Alternativen zu PCI-Erweiterungen gibt es?
PCI steht für Peripheral Component Interconnect – die Schnittstelle wurde also speziell entwickelt, um Komponenten und Peripheriegeräte an eine Hardware anzubinden. Die Steckkarten können von der PC-Hardware automatisch erkannt und konfiguriert werden. Eine Weiterentwicklung der Schnittstellen-Definition ist PCIe (PCI-Express). Sie zeichnet sich durch eine nochmals gesteigerte Datenübertragungsrate aus, wobei sich gegenüber dem PCI-Protokoll die Steckkarten des Bussystems dessen vorhandene Bandbreite nicht teilen müssen. Stattdessen nutzt PCIe geswitchte Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, zum Beispiel zum Zugriff auf Arbeitsspeicher und weitere Kommunikationspartner. Neben diesen beiden Standards gibt es den verwandten Standard PCI-Extended (PCI-X), der nochmals höhere Takt- und Übertragungsraten von bis zu zwei Gigabyte pro Sekunde und Link ermöglicht.
Industrie-PCs erweitern mit USB und Netzwerkbus
Weitere Möglichkeiten zur Erweiterung der Funktionalität von Box-PCs sind USB und Ethernet. Beide Standards sind weit verbreitet und ermöglichen den einfachen Anschluss von externen Geräten. Dabei müssen im Vergleich zu internen Bussystemen jedoch die deutlich geringeren Bandbreiten für die Datenübertragung berücksichtigt werden, die für industrielle Anwendungen und professionelle Anwendungen in Messtechnik, Fabrik-Automatisierung und Forschungseinrichtungen häufig gefordert werden.
Modularer IPC oder Bus-Erweiterung? So finden Sie die passende Lösung
Modulare Industrie-PCs mit integrierten Erweiterungs-Slots und externe PCI-Bus-Erweiterungen ermöglichen die Anpassung an geänderte Anforderungen und die Integration neuer Technologien – auch für herkömmliche PCs. Welches System dabei besser geeignet ist, hängt ab von individuellen Anwendungen und Vorgaben. Die Experten von PLUG-IN unterstützen Sie gerne bei der Auswahl eines PCs oder Erweiterungsmoduls. Sie prüfen mit Ihnen gemeinsam den spezifischen Anwendungsfall, die Übereinstimmung mit Ihren Anforderungen und die Kompatibilität aller Komponenten. Sie profitieren dabei zusätzlich von einem kompetenten Ansprechpartner für die Gesamtlösung. Sprechen Sie einfach mit uns über Ihre Wünsche und Anforderungen!
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PLUG-IN ist seit über 30 Jahren darauf spezialisiert, Kunden bei der Auswahl passender Industrie-PCs, Komponenten sowie kompletter Lösungen für die PC-gestützte Mess- und Automatisierungstechnik zu unterstützten. Namhafte Kunden aus Industrie und Forschung setzen auf die Beratung und den Service zur individuellen Konfiguration und Montage der PCs, die umfassend geprüft und betriebsbereit ausgeliefert werden.
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