Với điện toán biên, các hệ thống nhúng được triển khai để xử lý dữ liệu cục bộ tại nguồn tạo dữ liệu trong thời gian thực. Việc triển khai trong công nghiệp và ngoài trời đặt ra những thách thức mới trong đó các thiết bị không chỉ được yêu cầu phải có sức mạnh tính toán mạnh mẽ mà còn phải chịu được môi trường khắc nghiệt.

Môi trường khắc nghiệt có thể bao gồm nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp, rung sốc mạnh, rung động liên tục, khả năng tiếp xúc với nước và bụi. Đối với máy tính để bàn tiêu chuẩn, tiếp xúc với nước và bụi là một trong những yếu tố gây ra hỏng hóc tức thời và hư hỏng vĩnh viễn. Do đó, đối với việc triển khai ngoài trời, các tổ chức nên xem xét chỉ triển khai các máy tính nhúng được xếp hạng IP, chẳng hạn như hệ thống nhúng IP/65/66/67 để đảm bảo độ tin cậy, độ bền và tuổi thọ chống lại sự tiếp xúc với nước và hạt bụi nhỏ. Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về một số tùy chọn để giải quyết vấn đề nước và bụi của các hệ thống nhúng cho việc triển khai công nghiệp ngoài trời.

Hai giải pháp đơn giản để bảo vệ chống lại môi trường bụi và ẩm ướt

1. Sử dụng NEMA Enclosure

2. Triển khai một thiết bị được xếp hạng IP cao

Khung NEMA là gì?

Khung NEMA là tiêu chuẩn vỏ bọc đã được chấp nhận cho các xếp hạng khác nhau của khung bảo vệ các thành phần điện thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp có môi trường khắc nghiệt. NEMA là tên viết tắt của Hiệp hội các nhà sản xuất điện quốc gia, là tiêu chuẩn cho vỏ tủ điện ở Bắc Mỹ. Điều đó nói rằng, vỏ bọc NEMA cung cấp một vỏ để bảo vệ máy tính khỏi các tác động bên ngoài, chủ yếu là khỏi sự xâm nhập của nước và bụi.

Trong số các loại vỏ NEMA khác nhau, NEMA 4 hoặc NEMA 4X là loại vỏ phổ biến nhất cho các ứng dụng máy tính nhúng ngoài trời. NEMA 4 bảo vệ hệ thống máy tính khỏi bụi bẩn, mưa, mưa tuyết, bụi do gió thổi, sự hình thành băng và nước bắn, tương đương với việc triển khai một máy tính công nghiệp được xếp hạng IP65 / IP66. Một số vỏ NEMA cũng có thể được phủ thêm vật liệu chống ăn mòn để bảo vệ chúng khỏi bị rỉ sét. Tuy nhiên, một vỏ bọc NEMA tiêu chuẩn phải đủ để bảo vệ một máy tính công nghiệp khỏi các yếu tố môi trường đầy thách thức được liệt kê ở trên.

Tại sao NEMA là không đủ?

Mặc dù việc lựa chọn vỏ bọc NEMA cho giải pháp điện toán ngoài trời có thể khá đơn giản, nhưng có một số nhược điểm và lý do thuyết phục khiến vỏ bọc NEMA có thể không phải là giải pháp phù hợp cho giải pháp môi trường khắc nghiệt.

Thứ nhất, do có nhiều loại vỏ NEMA khiến việc lựa chọn phù hợp cho ứng dụng của bạn trở nên phức tạp và khó chịu. Các NEMA có vô số sự kết hợp với các hình dạng, kích thước, vật liệu, xếp hạng, cách lắp đặt, và các tính năng bổ sung như lớp phủ bên ngoài. Có thể khó hiểu nếu chỉ chọn một giải pháp tất cả trong một cho các ứng dụng của bạn và quan trọng hơn, một quyết định sai lầm có thể gây ra rò rỉ khiến công ty phải trả một khoản chi phí thời gian ngừng hoạt động tiềm ẩn rất lớn. Vỏ NEMA cũng có thể đắt tiền, đặc biệt là đối với yêu cầu tùy chỉnh cần kích thước độc đáo, lớp phủ bên ngoài, vật liệu khác nhau, tùy chọn lắp đặt, ... có thể dễ dàng tăng tổng chi phí với một yêu cầu không cần thiết.

Thứ hai, việc lắp đặt vỏ NEMA có thể phức tạp, đôi khi bạn cần một mũi khoan để lắp đặt vỏ và sửa đổi các đầu vào I / O. Sẽ khá vất vả với vật liệu cứng hơn. Hơn nữa, ở phần rìa, nhiều ứng dụng hạn chế về không gian NEMA cồng kềnh khó có thể phù hợp với không gian chật hẹp. Ngay cả khi chúng hoàn toàn phù hợp, bạn vẫn cần một khoảng trống để mở và đóng vỏ trong quá trình lắp đặt, sửa đổi hoặc bảo trì. Cần lưu ý rằng nếu bạn sử dụng máy tính không chống thấm nước, bạn cần phải hết sức cẩn thận khi mở vỏ để mưa không lọt vào máy tính bên trong vỏ.

Xếp hạng IP là gì?

Xếp hạng bảo vệ chống xâm nhập hay ngắn gọn là xếp hạng IP là tiêu chuẩn đo lường và xác nhận khả năng ngăn chặn các hạt nước và hạt bụi nhỏ xâm nhập vào thiết bị điện tử. Xếp hạng IP bao gồm hai chữ số thể hiện mức độ bảo vệ khỏi bụi và các hạt nước. Chữ số đầu tiên cho biết mức độ bảo vệ khỏi các hạt bụi nhỏ và chữ số thứ hai cho biết mức độ bảo vệ khỏi các hạt nước nhỏ.

Trên thực tế có thêm rủi ro do lỗi của con người có thể gây nguy hiểm cho ứng dụng, chẳng hạn như nếu người dùng không cài đặt hoặc đóng vỏ máy đúng cách, nước và / hoặc bụi có thể xâm nhập vào PC, làm hỏng nó. Điều đó nói rằng, có quá nhiều rủi ro và khó khăn xuất hiện từ việc sử dụng vỏ bọc NEMA và làm cho việc sử dụng hệ thống nhúng được xếp hạng IP cao trở nên đơn giản hơn nhiều.

Ví dụ

Hệ thống nhúng IP67 có khả năng bảo vệ hoàn toàn các thành phần bên trong khỏi các hạt bụi và ngâm hoàn toàn trong nước sâu 1 mét trong tối đa 30 phút mà không ảnh hưởng đến hệ thống. Hệ thống nhúng IP67 không thấm nước và kín bụi hoàn hảo cho việc triển khai trong các điều kiện môi trường đầy thách thức. Với máy tính được xếp hạng IP 67, không cần sử dụng vỏ bọc NEMA để bảo vệ sự tiếp xúc bên ngoài và các ứng dụng có khả năng hoạt động trong các triển khai hạn chế về không gian.

Thiết kế đằng sau PC được xếp hạng IP cao

1. Thiết kế không quạt

Máy tính IP cao sử dụng thiết kế không quạt trong kiến trúc để làm mát thụ động, tản nhiệt từ thành phần bên trong đến vỏ máy và cuối cùng tản nhiệt vào không khí xung quanh hệ thống. Bằng cách sử dụng thiết kế không quạt, các kỹ sư nhúng đã loại bỏ một số vấn đề liên quan đến việc sử dụng quạt để làm mát hệ thống. Thay vào đó, các PC công nghiệp IP cao đang triển khai tản nhiệt trên PCH và CPU để làm mát thành phần nóng nhất của máy tính. Những tấm tản nhiệt này được làm từ vật liệu dẫn điện cao (ống dẫn nhiệt bằng nhôm và đồng), rất hiệu quả để tản nhiệt. Xét cho cùng, không có lỗ thoát hơi cho quạt, việc tạo ra các máy tính IP cao chống nước và chống bụi sẽ dễ dàng hơn nhiều.

2. Thiết kế liền mạch

Máy tính nhúng IP cao thậm chí còn bền hơn so với nhiều loại vỏ NEMA và máy tính để bàn tiêu chuẩn trên thị trường. Khung máy được làm từ nhôm định hình và kim loại nặng được đúc thành một tấm, làm cho PC công nghiệp IP67 mạnh mẽ và chống ăn mòn. Thay vì được làm từ các bộ phận được kết nối, vỏ máy liền mạch làm tăng độ tin cậy, độ bền và tuổi thọ của thiết bị theo cấp số nhân. Hơn nữa, PC có IP cao, kín khí giúp tăng khả năng bảo vệ chống xâm nhập mà không có bất kỳ khe hở và ốc vít nào để gắn kết.

Các ứng dụng thực tế của máy tính IP cao

Máy tính được xếp hạng IP cao được sử dụng tốt nhất trong môi trường tiếp xúc thường xuyên với nước và bụi bẩn. Các ngành công nghiệp như khai thác mỏ, ô tô, sản xuất thực phẩm, chế biến đồ uống, chăm sóc sức khỏe, ki-ốt ngoài trời,... thường xuyên phải đối mặt với việc tiếp xúc với bụi, mưa lớn và rửa trôi quá mức. Đây là lý do tại sao bạn cần một hệ thống nhúng IP cao, được thiết kế kín cho các ứng dụng tiên tiến của mình.