SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Промышленный панельный компьютер для медицины? Делаем сами!

Эта статья посвящена разработке промышленного панельного компьютера с сенсорным экраном 15 и 17 дюймов, который должен применяться там, где есть повышенные требования к влагостойкости и механической проч­ности (в медицине, промышленности, военном деле). Статья затрагивает наиболее интересные стороны конструкции изделия.

Компания «ЭЛТЕХ», г. Санкт-Петербург
ЗАО «Завод «Электромедоборудование», г. Санкт-Петербург

eltech_site.gif    Zavod-EMO.png


Промышленные панельные компьютеры

Персональный компьютер, стоящий у большинства из нас дома, создание прихотливое. Из-за незначительного скачка напряжения он способен перезагрузиться и потерять данные, боится сотрясений, покрывается внутри пылью. Промышленные панельные компьютеры – устройства совершенно иного типа. Им приходится выдерживать вибрацию, толчки и качку, полярные морозы и жару у доменных печей, а компьютерам, работающим в стерильных условиях, необходимо обладать идеально чистой поверх­ностью, иными словами, выносить обработку химическими растворами. Последнее требование предъявляется к устройствам, создаваемым для медицинских учреждений. Сегодня компьютер в медицине не роскошь, а насущная необходимость. Компьютеры обрабатывают сложнейшие данные, полученные диагностическим аппаратом, сохраняют их, иногда даже контролируют операционный процесс! Между тем, обеспечить современной техникой больницу – дело дорогостоящее, в том числе и потому, что она выпускается в основном зарубежными компаниями. Вот почему выпуск промышленных компьютеров отечественными производителями настолько важная и ответственная задача. Попробуем обрисовать, в каких областях применяются промышленные компьютеры и какие технические требования к ним обы­чно предъявляются.

Итак, промышленный панельный компьютер применяется:
- в составе управляющих, конт­ролирующих и измерительных комплексов в промышленности;
- для создания систем ПО SCADA, которые взаимодействуют с ПЛК – программируемым логическим конт­роллером;
- в качестве составных частей диагностических комплексов в медицине;
- в качестве аппаратной платформы, например, в информационных и платежных терминалах.

Архитектура панельного компьютера, как правило, поддерживает наиболее распространенные операционные системы:
- специальные: Microsoft Windows CE.net, Microsoft Windows XP Embedded, Linux Embedded;
- универсальные: Microsoft Windows (2000, XP, 7), FreeBSD, QNX, Linux, Android ™2/3, MeeGo™.

Думается, такая палитра более чем достаточна. Потребителю/заказчику несложно подобрать необходимое программное обеспечение по своему вкусу и кошельку.

Проанализировав исследования ожиданий заказчика и существующие на рынке решения, можно сформулировать следующие общие требования к такому компьютеру:
- длительная доступность модели на рынке (то есть возможность купить такой компьютер и сегодня, и через 5 лет);
- надежность, прочность конструкции корпуса; высокий срок наработки на отказ (MTTF/MTBF), который, в общем, для таких устройств составляет в среднем около 30 000 часов бесперебойной работы (метод измерения может быть коммерческим, военным и т. д.);
- наличие промышленных интерфейсов, нетипичных для бытовых компьютеров, – например, таких как устаревший RS‑232 либо специфические RS‑485 или RS‑422;
- защита фронтальной панели от попадания пыли и влаги (возможно соответствие требованиям IP 54, IP 65, IP 67 и т. п.);
- сенсорный экран с размером по диагонали от 8,9 до 19 дюймов.

Как правило, должны присутствовать следующие интерфейсы и разъемы:
- 2 x GigabitEthernet;
- 1 CompactFlash;
- 2 COM-порта (RS‑232, RS‑232/422/485);
- 4 x USB 2.0;
- аудио входы и выходы;
- дополнительный разъем VGA;
- разъем miniPCIe.


Медицинские компьютеры

Одной из разновидностей промышленного компьютера является компьютер для применения в качестве составной части диагностических комплексов в медицине. Такой компьютер в первую очередь должен быть защищен от агрессивных моющих средств, которыми обрабатывают помещение в медицинских учреждениях. Кроме того, его должно отличать отменное качество изображения (данные рентгенов, УЗИ и прочих обследований и так достаточно сложны для прочтения, и среднее качество изображения здесь недопустимо). Медицинский компьютер должен отвечать еще целому ряду требований, о которых подробнее будет сказано ниже.

Разумеется, найти на рынке промышленный компьютер от зарубежного производителя несложно. Хорошо известны компьютеры от компаний Advantech, Avalue, IEI и других производителей. Однако большинство из них отличает жестко сформированная конфигурация модели. Другими словами, если по техническому заданию необходимо иметь пять последовательных интерфейсов (например, RS‑232), а в базовой конфигурации их содержится всего три, то «уговорить» производителя изменить конфигурацию будет прак­тически невозможно. И для того, чтобы добавить еще два, придется покупать новый компьютер. А если учесть, что с изменением размера диагонали экрана зачастую меняется и набор интерфейсов модели панельного компьютера, который, напомним, заложен в техническом задании на разрабатываемую систему управления, то можно себе представить, сколько новых импортных компьютеров придется покупать медицинскому учреждению!

Для того чтобы покупка такого количества оборудования не превращалась для наших больниц (и учреж­дений из других областей промышленности) в неподъемную задачу, нужны альтернативные модели – более дешевые и доступные, например, отечественного производства. Такие компьютеры по индивидуальному заказу потребителей выпускает ЗАО «Завод «Электромедоборудование».


Основные требования, предъявляемые к разрабатываемой продукции

Пробежав глазами первые два раздела, внимательный читатель произнесет: «Так, это всё слова. Опять собранное в Китае выдают под видом отечественной разработки?» А менее скептически настроенный, вероятно, задумается: «А можно ли реализовать такое для моей конкретной задачи и не окажется ли вся затея слишком дорогой?»

Сразу ответим, что разработка и сборка панельного компьютера до последнего винтика велась в России, в Санкт-Петербурге, с конкретной целью и для решения конкретных задач. А именно – для применения не только в медицине (что, согласитесь, ко многому обязывает!), но и в ряде других областей. Давайте убедимся в этом, рассмотрев весь спектр требований, предъявляемых к его конструкции.


Требования по технологичности конструкции

Технология изготовления должна соответствовать условиям серийного производства. Она должна обеспечивать его многократную поузловую сборку, монтаж и демонтаж в соответствии с требованиями эксплуатационной документации.

Также имеются и довольно специфические медицинские требования, например такие: наружные поверхности компьютера должны быть устойчивы к дезинфекции 3 %-ным водным раствором перекиси водорода (в соответствии с ГОСТ 177) с добавлением 0,5 % моющего средства типа «Лотос» или 1 %-ным раствором хлорамина (в соответствии с ГОСТ 25644). Исходя из вышесказанного, конструкция корпуса компьютера и монитора с лицевой стороны и сверху должна быть герметичной, что исключит попадание дезинфицирующих растворов внутрь компьютера.


Требования по эргономике и технической эстетике

Тут все сравнительно просто – конструкция изделия не должна иметь острых углов и компьютер должен соответствовать целому ряду нормативных документов (в том числе по яркости, конт­растности и удобству интерфейса), а требования к внешнему виду можно сформулировать одним словом – лаконичность.


Требования по надежности, эксплуатации, удобству технического обслуживания, ремонту и хранению продукции

По надежности компьютер должен соответствовать требованиям ГОСТ Р 50444 класс Б.

Средний срок хранения изделия при условии хранения по группе 2 ГОСТ 15150-69 должен составлять не менее 2 лет. Средняя наработка на отказ – не менее 30 000 часов. Полный средний срок службы – не менее 5 лет.

По ремонтопригодности компьютер должен соответствовать ГОСТ 21623-76 в части доступности, легкосъемности и взаимозаменяемости деталей, сборочных единиц, функционально законченных устройств (блоков) при техническом обслуживании и ремонте.


Требования по безопасности

Компьютер не должен сильно шуметь. Величина корректированного уровня звуковой мощности – по ГОСТ Р 51402.

Возможно, вы уже почувствовали всю серьезность предлагаемого нами продукта, и если еще не утомились, то давайте перейдем к подробному описанию его состава и к основным техническим характеристикам.

Таблица. Основные технические характеристики разработанных панельных компьютеров (с размерами мониторов 15 и 17 дюймов)

Таб..jpg



Что надо разработать? Архитектура и основные технические характеристики

«Герой» нашей статьи – панельный компьютер – должен быть выполнен в виде навесной конструкции (для крепления на кронштейне к стойке или стеллажу). По желанию заказчика возможно крепление типа VESA™.

Чтобы у читателя сложилась пол­ная картина, приведем таблицу с основ­ными техническими требованиями, предъявляемыми к компьютеру.

После анализа рынка промышленных материнских плат в качестве основы разрабатываемого компьютера был выбран одноплатный компьютер ECM‑945GSE‑24‑A1R производства компании Avalue. Этому в немалой степени способствовали следующие обстоятельства:
- был предоставлен бесплатный образец для тестирования, укомплектованный промышленной оперативной памятью и твердотельным накопителем CompactFlash;
- был предоставлен полный комплект всех необходимых кабелей для подключения TFT-панели по интерфейсу LVDS;
- в наличии имелся комплект технической документации, включая файлы в формате «stp» (STEP 3D CAD File).

По результатам тестирования образца стало ясно, что вычислительных ресурсов компьютера вполне хватает для решения задач из области медицинской диагностики.

Основные технические характеристики платы:
- установлен процессор Intel® Atom™ N270 1,6 ГГц;
- чипсет Intel® 945GSE/ICH7‑M;
- DualView, двухканальный LVDS;
- звук 5.1‑CH Audio;
- двойной Intel® 82583V Gigabit Ethernet;
- 1 CF, 1 Mini PCIe Card;
- 2 SATA, 2 COM, 6 USB, 16‑бит GPIO.

Рис.1.jpg

Рис. 1. Одноплатный компьютер 3,5” ECM‑945GSE

Внешний вид платы приведен на рис. 1.
Для тестирования использовалось специализированное программное обеспечение, применяемое в аппарате ингаляционного наркоза и работающее под управлением операционной системы Linux. На следующем, основном, этапе был разработан корпус компьютера. Его основные конструктивные особенности приведены ниже.

Корпус состоит из двух частей – корпуса монитора и кожуха блока управления. Эти части скреплены между собой с помощью потайных винтов и гаек и образуют единую конструкцию.

Рис.2.jpg

Рис. 2. Конструкция замка корпуса блока управления. Поперечный разрез

Конструкция корпуса блока управления коррозионно-устойчива, сверху и с боков герметична. В немалой степени это заслуга широкоизвестного и великолепно зарекомендовавшего себя в медицине немецкого алюминиевого профиля фирмы «Item»®. Серебристая поверх­ность корпуса приятна на ощупь. В стыках кожуха применен фирменный замок профиля фирмы «Item»® (на рис. 2 стыки указаны стрелками). По бокам кожуха установлены сили­коновые прокладки и закрывающие их крышки ConduitCap™ 160 × 80 фирмы «Item»® (рис. 3, позиция 3).

Корпус монитора представляет собой многослойную несущую конструкцию. В него вклеивается матрица монитора (TFT-панель, выполненная по технологии «тач-скрин»). Лицевая поверхность монитора лаконична, она изготовлена из матового акрила черного цвета, имеет скругленные углы.

Рис.3.jpg

Рис. 3. Обеспечение герметичности блока управления. Корпус со снятой боковой крышкой

Герметичность корпуса достигается с помощью аквариумного силикона, на который вклеена матрица, а также благодаря применению прокладки собственной разработки.

Сзади монитор имеет основание из толстостенного листового алюминия, что придает одновременно и прочность, и относительную легкость всей конструкции.

Внутри блока управления нашего планшетного компьютера расположены следующие элементы:
- плата адаптера подсветки – qf133v;
- плата контроллера сенсорного экрана – THC5650 (рис. 5, позиция 1);
- плата усилителя звуковой частоты (рис. 4, позиция 1);
- процессорная плата Avalue ECM‑945GSE‑24‑A1R с радиатором (рис. 4, позиция 2);
- вентилятор (рис. 5, позиция 2).

Рис.4.jpg

Рис. 4. Внутренняя конструкция. Расположение плат


Рис.5.jpg

Рис. 5. Внутренняя конструкция со снятым вторым слоем плат


Монтаж плат к корпусу произведен с использованием радио­стоек (необходимых размеров, все комплектующие – высококачественные, от фирм, прекрасно зарекомендовавших себя на мировом рынке (Avalue, Item, Marquardt, TRF estenings и др.).

В результате мы получаем универсальный корпус панельного компьютера. Если задача нестандарт­ная и требует специфического подхода, то конфигурация может быть изменена в соответствии с требованиями заказчика.

Таким образом, мы имеем возможность получить множество вариантов исполнения промышленных панельных компьютеров с различными параметрами жесткого диска, процессора и оперативной памяти (на базе одноплатных компьютеров, выпускаемых компанией Avalue).

Описанный здесь промышленный планшетный компьютер обладает высокими потребительскими свойствами и может использоваться в разных областях:
- в составе управляющих, конт­ролирующих и измерительных комплексов в промышленности;
- для создания и отладки программного обеспечения, которое будет устанавливаться на другие промышленные компьютеры;
- в качестве составных частей диагностических комплексов в медицине;
- в качестве аппаратной платформы для реализации, например в информационных и платежных терминалах.

Стоит особенно подчеркнуть, что данный панельный компьютер разработан и производится на ЗАО «Завод «Электромедоборудование» из высококачественных импортных комплектующих и на современном оборудовании опытными отечественными специалистами. Гарантированная повторяемость, конкурентоспособная цена и возможность гибкого и безболезненного изменения архитектуры компьютера для задач конкретного пользователя делают этот продукт очень привлекательным на российском рынке.

Итак, если для решения поставленных задач вам необходимо современное, компактное, портативное, легкое, надежное и, что самое главное, экономичное устройство с достаточным быстродействием, обладающее большим и качественным дисплеем (по параметрам яркости, контрастности и угла обзора), то авторы надеются, что настоящая статья поможет вам в поиске такого оборудования.


Литература

1. А. Попков, Л. Козарез, А. Нек­расов. Установка OpenSCADA на панельный компьютер Avalue/«Компоненты и технологии». 2010, № 5.
2. ГОСТ Р 50444, ГОСТ 15150-69, ГОСТ Р 51402.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 5(41)_2012

А. Д. Шекоян, главный конструктор,
А.В. Алексеев, ведущий конструктор,
ЗАО «Завод «Электромедоборудование»

С.В. Румянцев, инженер по применению продукции Avalue, Seco, Radisys, Innodisk,
Компания ЭЛТЕХ
Тел. (812) 327 9090