Komputery przemysłowe są często porównywane do komputerów komercyjnych lub takich dla "Kowalskiego". Sytuacja ma miejsce również w przemysłowych aplikacjach komputerowych. Wynika to z faktu, że mają podobne możliwości obliczeniowe pod względem przechowywania, przetwarzania i komunikacji. Często wyróżnia je również cena. Komputery przemysłowe są jednak projektowane z myślą o większej niezawodności, trwałości i elastyczności. W artykule przeprowadzimy Cię przez szereg różnic między komputerami przemysłowymi i komputerami komercyjnymi oraz wyjaśnimy, co sprawia, że komputer przemysłowy jest kluczowym rozwiązaniem we wdrożeniach systemów klasy SCADA.
Czym jest komputer komercyjny?
Komputer komercyjny to termin opisujący bardziej wydajną maszynę obliczeniową, która wymaga większych możliwości i niezawodności niż zwykłe produkty klasy konsumenckiej. Powszechnie umieszczane w kontrolowanych środowiskach wewnętrznych ze względu na ogromne rozmiary i wymagania dotyczące dużej mocy. Na przykład komputer stacji roboczej to komputer komercyjny o większej wydajności obliczeniowej niż komputer osobisty, ale mniej zaawansowany niż komputery przemysłowe. Zarówno komputery przemysłowe, jak i stacje robocze mają dużą pojemność interfejsu GPU i wysoką wydajność, ale różnią się pod względem wytrzymałości.
Komputer komercyjny do zadań wspólnych służy do:
- Uzyskaj dostęp do Internetu
- Oprogramowanie do przetwarzania tekstów
- Renderowanie filmów, muzyki i gier w wysokiej rozdzielczości
- Analiza danych
Co to jest komputer przemysłowy?
Komputery przemysłowe są specjalnie zaprojektowane do pracy w zdalnych operacjach przemysłowych w trudnych warunkach, które wymagają wydajności i niezawodności. Tym, co wyróżnia komputery przemysłowe spośród innych komputerów, jest ich solidna konstrukcja przy zachowaniu wysokiej wydajności.
Komputery przemysłowe wykonują bardziej złożone zadania, takie jak:
- Przetwarzanie wydajnego oprogramowania do automatyzacji (automatyzacja robotów)
- Akwizycja danych (konserwacja predykcyjna)
- Wizja maszynowa o wysokiej precyzji
- Komunikacja maszyna-maszyna (M2M).
- Systemy AGV (automatycznie kierowane pojazdy).
Komputery przemysłowe w AGV
Komputery przemysłowe kontra komputery komercyjne
Istnieją znaczne różnice między komputerami przemysłowymi i komercyjnymi. Wiele różnic jest związanych z jego zdolnością do ciągłej pracy w trudnych warunkach, które mogą powodować szkodliwe awarie. Na przykład komputery przemysłowe są solidne pod względem konstrukcji mechanicznej i wykorzystują konstrukcje bez wentylatorów i kabli. Te kluczowe cechy konstrukcyjne zostały specjalnie zaprojektowane do komputera przemysłowego, aby zapewnić trwałość, niezawodność i długowieczność w najtrudniejszych warunkach, które są podatne na wodę, kurz, ekstremalne temperatury, wstrząsy i wibracje.
Projekty i komponenty
1. Bez wentylatora vs. Chłodzony wentylatorem
Komputery przemysłowe są znane ze swojej unikalnej i pozbawionej wentylatorów konstrukcji. Zamiast używać aktywnego wirującego wentylatora do chłodzenia, komputery przemysłowe wykorzystują radiatory i rurki cieplne do rozpraszania ciepła z najgorętszej części komputera (CPU) do zewnętrznej części komputera. Jest to bardzo prosta, ale skuteczna metoda usuwania ciepła z krytycznych komponentów w celu zapewnienia ciągłości działania komputera.
W przeciwieństwie do tego, wiele komputerów komercyjnych wykorzystuje aktywne metody chłodzenia, transformatory chłodzone wentylatorem do rozpraszania ciepła, co nie nadaje się do zastosowań przemysłowych.
Komputer przemysłowy SIMATIC IPC
2. Bezkablowe vs. Przewodowa
Komputery przemysłowe eliminują użycie kabli, aby zmniejszyć możliwość luźnych kabli z ich połączenia, wytrzymać zewnętrzne przerwy i przepalenie kabla. Zamiast tego maksymalizują wykorzystanie wymienianych podczas pracy kart rozszerzeń do łączenia każdego z komponentów.
Podczas gdy w przypadku komputerów komercyjnych powodem, dla którego zwykle pozostają one w kontrolowanym środowisku, są również okablowane komponenty komputerowe.
3. Klasa przemysłowa vs. Komponenty klasy komercyjnej
Komputery przemysłowe są wykonane z materiałów klasy przemysłowej przetestowanych w celu zapewnienia trwałości i niezawodności podczas wdrażania w trudnych warunkach. W przeciwieństwie do komputerów komercyjnych, które nie zostały zaprojektowane z myślą o przetrwaniu w trudnych warunkach, komputery przemysłowe wykorzystują wysokiej jakości komponenty, które zostały przetestowane pod kątem pracy w szerokim zakresie temperatur. Na przykład obudowy komputerów klasy przemysłowej są wykonane z wytłaczanego, wytrzymałego metalu, aby przetrwać trudne wyzwania przemysłowe, takie jak wstrząsy i wibracje.
W przeciwieństwie do tego, obudowa komputera komercyjnego jest często wykonana z cienkiego aluminium i tworzywa akrylowego, aby obniżyć koszty.
Wytrzymałość i niezawodność komputerów
1. Wstrząsy i wibracje
Zastosowania przemysłowe, takie jak automatyzacja robotów i procesy wydobywcze, często napotykają na wysoki poziom wstrząsów i wibracji. Dlatego komputery przemysłowe są projektowane w taki sposób, aby ograniczyć potencjalną awarię spowodowaną wstrząsami i wibracjami. Aby zapewnić niezawodność, w tych warunkach najlepsze komputery przemysłowe eliminują punkty awarii, wprowadzając konstrukcje bez wentylatorów i stosując jednoczęściową obudowę. Zewnętrzna skorupa jest specjalnie zbudowana w jednoczęściowej konstrukcji, aby uniknąć dodatkowych połączeń i śrub. Te techniki projektowania klasy przemysłowej zapewniają solidną konstrukcję, która może nawet spełniać wymagania MIL-STD-810G w zakresie wstrząsów i wibracji, co wskazuje na zdolność komputera do wykorzystania w określonych zastosowaniach wojskowych.
Z drugiej strony komputery komercyjne składają się z wielu ruchomych części, takich jak kable, wentylatory i dyski twarde. Zewnętrzna obudowa jest wykonana z aluminium i plastiku akrylowego, które nie są zaprojektowane tak, aby wytrzymać wysokie poziomy wstrząsów i wibracji. W rzeczywistości wiele aspektów komputera komercyjnego nie jest odpornych na wstrząsy i wibracje z powodu typowych punktów awarii.
Norma MIL-STD-810G
2. Stopień ochrony IP (ochrona przed wnikaniem).
Kluczem do wytrzymałych i niezawodnych komputerów przemysłowych jest wyeliminowanie wielu awarii, zwłaszcza spowodowanych pyłem i wodą. Wiele aplikacji przemysłowych wymaga, aby komputer działał w bardzo brudnych i podmokłych środowiskach; na przykład urządzenia automatyki w przetwórstwie spożywczym wymagają codziennego higienicznego mycia strumieniami dużej mocy ze specjalnymi środkami chemicznymi. Dlatego komputerom przemysłowym towarzyszy poziom ochrony IP od konstrukcji zewnętrznej (jednoczęściowa obudowa), chłodzenie bez wentylatora, a nawet specjalne złącza (M12) chroniące przed kurzem i wodą. Złącza M12 to złącza odporne na kurz i wodę, z wbudowanymi blokadami w celu zabezpieczenia kabli do maszyny obliczeniowej. Jednocześnie konstrukcja bez wentylatora zapobiega przedostawaniu się kurzu i ciał obcych do wnętrza komputera.
Komputery komercyjne i przypadki ich użycia często nie wymagają oceny IP. Ale ponieważ większość komputerów komercyjnych jest używana w pomieszczeniach i suchych pomieszczeniach biurowych, nie ma potrzeby stosowania zabezpieczeń IP.
Klasy odporności IP
3. Ekstremalne temperatury
Jak wspomniano wcześniej, komputer przemysłowy wykorzystuje radiator i rurkę cieplną zamiast wentylatora do efektywnego rozpraszania ciepła. Jest również zmontowany z bardzo wytrzymałych komponentów klasy przemysłowej, które mogą wytrzymać wyższe temperatury w zakresie od –40⁰C do 85⁰C, umożliwiając pracę w ekstremalnie niskich i wysokich temperaturach.
Komercyjne komputery z aktywnymi wentylatorami mogą wytrzymać tylko temperatury w zakresie od 0 ⁰C do 35⁰C. Ciepło jest szkodliwym elementem elektroniki komputerowej, ponieważ może uszkodzić krytyczne komponenty, takie jak procesor, pamięć i pamięć masowa, jeśli nie jest odpowiednio chłodzone. Dlatego aktywne wentylatory są popularnymi rozwiązaniami chłodzącymi dla komputerów komercyjnych w celu odprowadzania ciepła z samego systemu.4. Zakłócenia elektromagnetyczne (EMI)
Jak wspomniano wcześniej, komputer przemysłowy wykorzystuje radiator i rurkę cieplną zamiast wentylatora do efektywnego rozpraszania ciepła. Jest również zmontowany z bardzo wytrzymałych komponentów klasy przemysłowej, które mogą wytrzymać wyższe temperatury w zakresie od –40⁰C do 85⁰C, umożliwiając pracę w ekstremalnie niskich i wysokich temperaturach.
Komercyjne komputery z aktywnymi wentylatorami mogą wytrzymać tylko temperatury w zakresie od 0 ⁰C do 35⁰C. Ciepło jest szkodliwym elementem elektroniki komputerowej, ponieważ może uszkodzić krytyczne komponenty, takie jak procesor, pamięć i pamięć masowa, jeśli nie jest odpowiednio chłodzone. Dlatego aktywne wentylatory są popularnymi rozwiązaniami chłodzącymi dla komputerów komercyjnych w celu odprowadzania ciepła z samego systemu.5. Szeroki zakres mocy
Konstrukcja zasilacza (PSU) komputera przemysłowego jest całkowicie pozbawiona wentylatorów, kabli i zapewnia szeroką ochronę napięcia. Szeroki zakres mocy pozwala na wejście w zakresie od 9 V do 48 V, któremu towarzyszy ochrona przeciwprzepięciowa (OVP), aby zapobiec wejściu powyżej 55 V, oraz ochrona nadprądowa (OCP), aby zapobiec uszkodzeniu systemu przez prąd rozruchowy. Jednak zasilacz komputera komercyjnego wykorzystuje aktywny wentylator chłodzący i kable, powodując zatykanie systemu przez kurz i brud. Zły zasilacz powoduje pożar w wyniku przegrzania i wahań napięcia, co prowadzi do trwałego uszkodzenia podzespołów komputera.
6. Możliwości rozbudowy, bogate porty I/O Vs. Ograniczone porty we/wy
Komputery przemysłowe są w stanie zarządzać różnymi wejściami danych, które przesyłają dane w celu podejmowania decyzji w czasie rzeczywistym. Ponadto komputery przemysłowe zapewniają szeroką gamę portów wejścia/wyjścia, aby umożliwić ich rozbudowę i zdolność do obsługi obciążeń przemysłowych. Na przykład są porty szeregowe, USB, PoE LAN, porty wideo, DIO/GPIO, porty M12 i wiele innych. Elastyczność wejść/wyjść jest kluczowym wymogiem dla wielu wdrożeń komputerów przemysłowych, które opierają się zarówno na połączeniach analogowych, jak i cyfrowych. Z kolei komputery komercyjne mają ograniczoną liczbę wejść/wyjść, ale często oferują najnowsze porty wejścia/wyjścia w celu uzyskania najlepszej wydajności.
Zastosowania komputerów komercyjnych i przemysłowych:
Komputer komercyjny
Komputery komercyjne i przemysłowe mają te same możliwości i działają wydajnie w różnych środowiskach. Jednak komercyjne komputery wyposażone w aktywne wentylatory chłodzące i konstrukcje kabli wymagają ich pracy w kontrolowanym pomieszczeniu, w którym kurz i ciała obce są mniej podatne na zakłócanie działania komputera. Na przykład:
- biuro
- serwerownia
- komputer PC (codziennego użytku)
Komputer przemysłowy
1. Automatyka produkcji i przemysłu
Komputery przemysłowe zarządzają systemami sterowania ruchem w celu kontroli produktów, rejestrowania danych i analizy danych w celu zwiększenia wydajności produkcji. Na przykład komputery przemysłowe zwiększyły dokładność i wydajność operacji w przemyśle komputerowym (produkcja płyt głównych).
Komputery przemysłowe jako kontrola produkcji
2. Cienki klient (thin client) w kioskach interaktywnych
komputery klienckie są wszędzie; małe przemysłowe komputery bez wentylatora zasilają wszystkie kioski samoobsługowe, ponieważ są kompaktowe i dość wydajne, aby obsługiwać różne aplikacje kiosku. Minikomputery przemysłowe poprawiają wiele aspektów naszego życia, zapewniając płynne działanie. Na przykład zintegrowanie małych komputerów przemysłowych w samoobsługowym stanowisku w sklepie pozwala klientom wyeliminować czas spędzany w długiej kolejce przy kasie. Ponadto komputery przemysłowe są wyposażone w szybkie porty, takie jak USB 3.0, USB typu C, aby zapewnić ogromną elastyczność i zasilać wiele czujników IoT zintegrowanych z kioskami w celu automatyzacji samoobsługi.
3. Sprzęt do kontroli i testowania automatyki
Aplikacje do kontroli jakości wymagają połączenia wizji maszynowej lub cyfrowych przyrządów pomiarowych w celu szybkiego i dokładnego przetwarzania informacji. Komputery przemysłowe z procesorami graficznymi (Graphics Processing Units) umożliwiają systemowi uruchamianie uczenia maszynowego na krawędzi (Edge) bez połączenia do chmury. Komputery przemysłowe z procesorami graficznymi umożliwiają maszynie wykonywanie inteligentnego widzenia maszynowego, co gwarantuje, że wszystkie pomiary są precyzyjne, a komponenty produkowane zgodnie z wcześniej określonymi specyfikacjami. Komputery przemysłowe pomagają również przyspieszyć proces produkcyjny z większą dokładnością i inteligencją, uruchamiając oprogramowanie do automatyzacji zapewniające elastyczność.
4. Ochrona i nadzór
Rozwiązania w zakresie bezpieczeństwa i nadzoru są często umieszczane w trudnych warunkach, takich jak systemy transportu publicznego i zewnętrzne systemy bezpieczeństwa. Komputery przemysłowe są w stanie wytrzymać wdrożenia w trudnych warunkach; Ponadto niektóre komputery przemysłowe specjalizują się w wielu portach PoE, które zapewniają stabilne połączenie z kamerami IP. Co więcej, PoE umożliwia komputerom przemysłowym dostarczanie zasilania i przesyłanie danych wideo za pomocą jednego kabla. W ten sposób zmniejsza się ilość okablowania systemu bezpieczeństwa przy jednoczesnej poprawie bezpieczeństwa pasażerów.
5. Górnictwo podziemne
Górnictwo podziemne wymaga, aby komputery były odporne na trudne warunki związane z pyłem, szerokim zakresem temperatur, wstrząsami i wibracjami. Komputery przemysłowe są do tego idealnie stworzone. Znane ze swojej solidnej konstrukcji, wysoce krytycznej wydajności i dokładności w przechwytywaniu cennych danych telemetrycznych na placach budowy i wykopach, komputery przemysłowe można szybko wdrożyć w odległym miejscu podziemnym w celu przetwarzania i telemetrii danych.
6. Wojskowe i morskie
Komputery przemysłowe są w stanie przetrwać trudne warunki operacyjne operacji kontroli naziemnej i na statkach w przemyśle morskim. Wymagają niewielkich nakładów konserwacyjnych i długiego okresu eksploatacji, który spełnia wymogi kwalifikacji MIL-STD-810G w zakresie wstrząsów i wibracji. Co najważniejsze, komputery przemysłowe są zaprojektowane tak, aby były w pełni odporne na kurz i wodę, aby mogły działać w różnych zastosowaniach wojskowych.
Komputer przemysłowy dla rozwiązań morskich
Co składa się na najlepszy komputer przemysłowy?
Komputery przemysłowe są projektowane i montowane tak, aby pasowały do zastosowań przemysłowych ze sprawdzoną niezawodnością. Jednoczęściowa obudowa i chłodzenie bez wentylatora chronią komputer przed zewnętrznymi zanieczyszczeniami i środowiskami o wysokiej temperaturze. Ponadto komputery przemysłowe mogą również zapewniać stopień ochrony IP, aby zapewnić ich odporność na wnikanie wody i cząsteczki kurzu. Wreszcie, komputery przemysłowe zapewniają szeroką gamę portów wejścia/wyjścia umożliwiających rozbudowę, co ułatwia modernizację i wymianę części komputerów.
Gdy liczy się niezawodność, wybierz komputery przemysłowe
Komputery przemysłowe obsługują aplikacje wbudowane i mogą być używane przez 5 do 7 lat ze względu na długowieczność konstrukcji. Ogólnie rzecz biorąc, komputery przemysłowe są projektowane z myślą o najwyższej niezawodności i długotrwałym użytkowaniu bez żadnych przerw. Jeśli chodzi o komputery komercyjne, ich projekty opierają się na aktualnych trendach, które podążają za wydajnością jako wymogiem specyfikacji. Dlatego większość komputerów komercyjnych można stosunkowo szybko zaktualizować do najnowszej technologii.
