Máy tính đã không còn xa lạ với mọi người. Chúng ta đã và đang làm việc, tiếp xúc với máy tính hàng ngày. Chúng ta đã nghe rất nhiều loại máy tính như: Máy tính xách tay (laptop), Máy tính để bàn, Máy trạm (workstation), Siêu máy tính, Máy tính công nghiệp, Máy tính mini…vv rất nhiều. Tuy nhiên, máy tính công nghiệp thì không phải ai cũng biết, đặc biệt là những người không làm việc trong môi trường công nghiệp. Bài viết này, sẽ tập trung vào Máy tính công nghiệp, chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu nhé.
Máy tính công nghiệp là gì?
Máy tính công nghiệp tên tiếng anh Industrial PC (IPC) hay PC công nghiệp là một máy tính chuyên dụng được thiết kế đặc biệt đáp ứng được các tiêu chuẩn làm việc trong môi trường công nghiệp. Các máy tính công nghiệp có thể hoạt động liên tục 24/7 đảm bảo hệ thống máy luôn được vận hành. Chúng được thiết kế để có thể chịu được môi trường nhiệt độ cao, nhiều bụi bẩn, ẩm ướt, rung lắc mạnh và nguồn điện không ổn định.
Ngoài lĩnh vực công nghiệp, tự động hoá điều khiển, PC công nghiệp ngày càng được sử dụng nhiều trong các hoạt động thường ngày như tại sân bay, trạm thu phí, bãi đỗ xe thông minh,…
Sự ra đời của IPC
Máy tính công nghiệp được để ý từ những năm 1990 khi các công ty tự động hóa có xu hướng thiết kế phần mềm có khả năng mô phỏng một PLC chạy trên nền máy tính cá nhân. Ban đầu, việc sử dụng các PC cho ứng dụng tự động hóa thường không tin cậy và gặp phải những vấn đề độ ổn định do hệ điều hành và sự không tương thích của máy tính trong môi trường công nghiệp.
Kể từ đó, đã có rất nhiều cải tiến trong thiết kế của các IPC như sử dụng các máy tính được thiết kế theo tiêu chuẩn công nghiệp, sử dụng hệ điều hành ổn định hơn. Thậm chí, một số nhà sản xuất còn chế tạo máy tính công nghiệp của riêng mình với nhân hệ điều hành thời gian thực, nhằm phục vụ các ứng dụng thời gian thực, với việc xử lý dữ liệu đầu vào mà không có sự chậm trễ của bộ đệm
Nhờ chạy trên nền của PC, các máy tính công nghiệp thường được trang bị các bộ xử lí CPU mới nhất và bộ nhớ dung lượng lớn hơn nhiều so với các PLC. Một trong những lợi thế nữa của IPC là có thể chạy được nhiều ứng dụng cùng lúc, ví dụ như phần mềm Scada, phần mềm ứng dụng HMI và chương trình điều khiển trên cùng một máy tính và do đó tiết kiệm đáng kể về mặt chi phí.
Phân loại máy tính công nghiệp
Theo phương pháp lắp đặt
Không gian lắp đặt và sử dụng của các thiết bị công nghiệp khá đặc thù, có thể là lắp trong tủ điện, treo tường, để bàn,… Có nhiều tùy chọn lắp đặt có sẵn được chia ra tùy ứng dụng và kích thước của máy tính ví dụ như:
- Dạng Rack mount 19″ (với kích thước 1U, 2U hay 4U)
- Dạng gắn trên thanh DIN – rail (DIN-rail mount)
- Dạng gắn tường (Wall mount)
- Dạng để bàn (Desktop
- Dạng panel (Panel mount)
Theo cấu tạo
Máy tính công nghiệp không quạt – Fanless PC
Máy tính công nghiệp không quạt là là hệ thống máy tính loại bỏ hoàn toàn thành phần quay. Thành phần quay ở đây là Cooler làm mát cho CPU. Với các máy tính thông thường, để làm mát cho bộ xử lý CPU, chúng ta cần một hệ thống tản nhiệt – Cooler (có thể là tản nhiệt khí dạng quạt hay tản nhiệt lỏng). Với cấu tạo là vỏ nhôm Aluminum nguyên khối, các máy tính không quạt sẽ trực tiếp tản nhiệt qua lớp khung, vỏ nhôm này. Thiết kế tản nhiệt trực tiếp giúp máy tính có thể làm việc trong môi trường khắc nghiệt, nhiệt độ cao từ 20°C đến 70°C. Vì được loại bỏ các thành phần quay nên máy tính này hoạt động êm hơn, không gây ra tiếng ồn và cũng vì thế loại bỏ được các rủi ro xảy ra lỗi trong quá trình hoạt động, vận hành.
Máy tính công nghiệp loại có quạt.
Về cơ bản, thành phần lắp ráp nên máy tính công nghiệp loại này giống hệt như những PC để bàn thông thường. Nhưng sự khác biệt đến từ chất liệu và các bộ phận bên trong. Phần vỏ (chassis), bo mạch chủ (mainboard) được thiết kế theo tiêu chuẩn công nghiệp có khả năng chịu va đập hay nhiệt độ làm việc cao hơn bình thường. Được trang bị RAM công nghiệp và ổ cứng SSD/ HDD công nghiệp giúp tăng độ tin cậy của máy tính.
Máy tính công nghiệp màn hình cảm ứng – Panel PC
Đây chính là sự kết hợp của một máy tính công nghiệp và một màn hình công nghiệp. Những máy tính này được thiết kế mạnh mẽ, cứng cáp và khả năng mở rộng linh hoạt là sự lựa chọn hàng đầu trong các ứng dụng giao diện người và máy (HMI), phục vụ trong thị trường tự động hóa nhà máy, máy móc, thiết bị và dịch vụ thông minh. Chúng xử lí các thao tác nhanh gọn, hoạt động với hiệu suất cao, người dùng có thể dễ dàng điều chỉnh các thao tác trên máy tính nhờ vào màn hình cảm ứng.
Panel PC cũng chia làm hai loại chính. Loại máy tính công nghiệp màn hình cảm ứng không quạt và có quạt.
So sánh máy tính công nghiệp và máy tính thông thường
Giống nhau
Đều được cấu thành từ các bộ phận cơ bản như:
- Khung, vỏ (case) máy tính
- CPU (Central Processing Unit): phổ biến là CPU Intel và CPU AMD
- RAM
- Ổ cứng SSD hoặc HDD
- Bộ nguồn: phổ biến là PSU hoặc adapter
- Bo mạch chủ (Mainboard)
Bo mạch chủ công nghiệp là thiết kế riêng cho từng hãng. Nhưng tất cả đều tuân thủ theo các tiêu chuẩn chung về kích thước (bo mạch chủ ATX, Mini-ITX, Micro ATX,…), chuẩn về khe cắm RAM (DIMM hay SO-DIMM,..), socket cho từng dòng CPU,… cổng VGA, HDMI, DP,…
- Hệ điều hành: phổ biến là hệ điều hành Windows, Linux
Khác nhau
Máy tính công nghiệp (IPC) có các chức năng tương tự như một chiếc máy tính văn phòng bình thường (PC); tuy nhiên vẫn có 1 số điểm khác biệt giữa chúng.
Môi trường hoạt động
Trái ngược với môi trường văn phòng an toàn, nhiệt độ ổn định, các ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt cần đến thiết bị có thiết kế bền vững. Máy tính công nghiệp được thiết kế hoạt động trong dải nhiệt độ rộng (có thể dao động từ thấp -35°C đến cao +70°C), độ ẩm, bụi cao.
Độ ổn định và độ bền cơ học
Khả năng chống rung, sốc là một lợi thế. Mức độ rung động cao có thể tàn phá các loại máy tính văn phòng thông thường. Máy tính công nghiệp có thể duy trì hiệu suất trong khi chịu rung động liên tục.
PC công nghiệp được thiết kế theo tiêu chuẩn bảo vệ IP, trong khi PC văn phòng thì không. Máy tính công nghiệp cung cấp khả năng bảo vệ chống lại các chất gây ô nhiễm, chống bụi và nước theo các chuẩn IP cao (IP65/66/67/68). Một số loại được thiết kế bằng nhôm và thép không gỉ.
Nhiễu điện từ (EMI) thường phổ biến trong các ngành công nghiệp với máy móc và động cơ lớn. EMI gây ra lỗi giao tiếp giữa các thiết bị và khiến tăng đột biến điện áp làm suy giảm tuổi thọ các thành phần theo thời gian. Thiết kế của PC công nghiệp đảm bảo tính cách ly mạnh mẽ và điện áp ổn định.
Khả năng kết nối với nhiều loại giao thức
- Cổng nối tiếp RS-232, RS-485/422 là những giao thức serial tiêu chuẩn cho các ứng dụng công nghiệp. IPC có thể lên đến 10 cổng COM, trong khi đó ở dòng PC thông thường, tối đa chỉ 2 hoặc 3 cổng COM được hỗ trợ trên mainboard.
- Cổng USB cũng được nâng cấp lên gồm cả cổng USB 2.0, USB3.0 hay USB3.1 với số lượng trung bình từ 4 đến 12 cổng được hỗ trợ trên mainboard
- Cổng Ethernet đang được sử dụng ngày càng nhiều hơn trong các hệ thống công nghiệp. Có thể tích hợp chức năng PoE trong các cổng Ethernet đối với dòng máy tính công nghiệp. Điều này ở PC thông thường là hiếm thấy
- Ngoài ra còn hỗ trợ 1 vài giao thức truyền thông công nghiệp khác như: CAN (Control Area Network).
- Cổng Input/Output (GPIO).
- Chuyển từ Analog sang Digital/ Digital sang Analog (ADC/DAC): Khả năng chuyển đổi tín hiệu analog sang tín hiệu số và ngược lại là một yêu cầu đối với nhiều ứng dụng công nghiệp.
Khả năng mở rộng & tính khả dụng lâu dài
Sự dễ dàng, tính thuận tiện và chi phí sửa chữa hoặc thay thế trong suốt thời gian sử dụng PC là một yếu tố khác cần được cân nhắc. PC công nghiệp có khả năng mở rộng mạnh mẽ hơn PC thương mại để hỗ trợ sự luôn thay đổi của công nghệ và tiếp tục hỗ trợ các ứng dụng cũ có thể chạy trong 5 hoặc 10 năm, trong khoảng thời gian đó thì các linh kiện PC thương mại không còn được sản xuất nữa.
Chi phí sở hữu IPC
Hãy cân nhắc về chi phí vượt quá mức đầu tư ban đầu. Mặc dù một PC công nghiệp đòi hỏi khoản đầu tư trả trước lớn hơn, nhưng tổng chi phí sở hữu thấp hơn nhiều so với chi phí sửa chữa hoặc thay thế thường xuyên của các máy tính thương mại không phù hợp và không thể chịu đựng được sự đòi hỏi khắt khe trong các ứng dụng công nghiệp.
Ứng dụng máy tính công nghiệp
- Sản xuất và tự động hóa công nghiệp
Với cấu trúc mạnh mẽ và khả năng chống lại các tác nhân môi trường, máy tính công nghiệp được các nhà máy tin tưởng sử dụng để xử lý quá trình sản xuất và lắp ráp tự động một cách an toàn. Trong hầu hết các hệ thống tự động hóa và sản xuất, IPC được sử dụng để quản lý các hệ thống điều khiển chuyển động để ghi dữ liệu, kiểm tra và phân tích nhằm tạo ra năng suất sản xuất tốt hơn.
- Thiết bị kiểm tra, đo lường
Theo truyền thống, việc kiểm tra chất lượng đối với các bộ phận trong quá trình sản xuất được thực hiện bằng cách lấy mẫu theo lô nhỏ để xác định chất lượng tổng thể. Ngày nay, PC công nghiệp được tích hợp với nhiều khả năng tự động hóa hơn để đảm bảo chất lượng và độ chính xác hơn nữa của các bộ phận. Ngoài ra với sự kết hợp của máy kiểm tra lỗi, máy tính công nghiệp có khả năng kiểm tra các thành phần nhanh hơn và chính xác hơn so với các quy trình kiểm tra trước đó. Điều này tạo ra một quy trình sản xuất hiệu quả hơn và giảm số lượng sản phẩm bị lỗi ra thị trường, tạo ra giá trị và năng suất tốt hơn trong sản xuất.
- Giao thông thông minh
Đối với việc điều chỉnh phương tiện giao thông công cộng của các nhà chức trách, việc giảm thiểu rủi ro liên quan đến việc lái xe và đi làm để đảm bảo an toàn cho công chúng là ưu tiên hàng đầu. Chính phủ của các thành phố lớn trên toàn thế giới đã và đang bơm những khoản tiền khổng lồ vào các công nghệ mới, nhằm tối ưu hóa cơ sở hạ tầng giao thông và tăng cường an ninh công cộng cho một lượng lớn dân số đi lại hàng ngày giữa cơ quan, trường học và nhà riêng. Với việc tăng cường kết hợp các giải pháp nhúng thông minh vào các phương tiện giao thông, các cơ quan vận tải hiện có thể đưa ra nhiều sáng kiến hơn để bảo vệ tốt hơn tính mạng và tài sản của người lái xe, hành khách và người đi bộ.
IPC cũng đã được thiết kế để ứng dụng trên xe và đáp ứng các điều kiện nhỏ gọn để đảm bảo giao thông và an ninh công cộng. Một số ưu điểm chính của IPC như hỗ trợ dải nhiệt độ rộng và khả năng chống sốc/ rung động là rất quan trọng cho việc lắp đặt trong xe. IPC có thể hỗ trợ nhiều cổng PoE nhằm cung cấp các kết nối ổn định đến camera IP và cải thiện băng thông, đảm bảo sự an toàn của hành khách hơn.
- Hàng hải và quân sự
Các chuyên viên quân sự và hàng hải yêu cầu máy tính công nghiệp chắc chắn có khả năng hoạt động trong các điều kiện khắc nghiệt trên tàu và các hoạt động kiểm soát mặt đất. Ít phải bảo trì và tuổi thọ cao của IPC đáp ứng các yêu cầu và lịch trình của các hoạt động quân sự. Ngoài ra, các PC công nghiệp siêu bền, có khả năng tùy chỉnh chống bụi và nước hoàn toàn nhằm mang lại tính hiệu quả, linh hoạt trong các ứng dụng quân sự khác nhau.