کامپیوتر صنعتی | Industrial computer و نقش آن برای محاسبات صنعتی چیست؟

کامپیوتر صنعتی سیستم محاسباتی خاصی برای مدیریت انواع بارهای کاری کارخانه و صنعتی برای اتوماسیون ماشین‌ها، تجهیزات تولید و روباتیک مستقل عصر جدید مهندسی است.

توانایی کار با قابلیت اطمینان بالا در سخت ترین محیط های صنعتی، یکی از مزیت های اصلی کامپیوترهای صنعتی می‌باشد.

اکثر کامپیوترهای صنعتی از مفاهیم طراحی ناهموار استفاده می‌کنند که از فناوری خنک کننده بدون فن، اتصالات بدون کابل برای حذف قطعات متحرک و مقاومت در برابر نفوذ گرد و غبار و آب استفاده می‌کند.

این ویژگی‌های کلیدی برخی از بزرگترین مزیت‌های رایانه‌های صنعتی هستند. زیرا پایداری و کارایی را برای بسیاری از استقرار اتوماسیون‌های صنعتی که قادر به پرداخت زمان خرابی نیستند، فراهم می‌کند.

یک کامپیوتر صنعتی چه تفاوتی با یک کامپیوتر رومیزی تجاری دارد؟

یک کامپیوتر صنعتی به روش های بسیار خاص متفاوت دلیل  آن هم موارد استفاده از یک کامپیوتر رومیزی تجاری است.

اگرچه ممکن است اجزای داخلی مانند اجزای معمولی کامپیوتر رومیزی به نظر برسند، (CPU، حافظه، ذخیره سازی). اما برای قابلیت اطمینان و دقت در ماشین‌های اتوماسیون صنعتی، یک کامپیوتر صنعتی با ویژگی‌های بسیار متفاوت طراحی ناهموار متمایز خود مهندسی می‌شوند.

ویژگی های طراحی بسیاری وجود دارد که باید آن ها را برای عملکرد و پایداری رایانه های صنعتی مقایسه و ارزیابی کنید تا از بهترین مالکیت هنگام یکپارچه سازی سخت افزار محاسباتی اطمینان حاصل کنید:

ضریب فرم محفظه:

رایانه‌های صنعتی معمولا در شرایط سخت کارخانه‌ای مانند: قرار گرفتن در معرض ارتعاش، دمای زیاد و افزایش ولتاژ قرار می‌گیرند که می‌تواند به رایانه عمومی آسیب برساند.

قطعات کامپیوترهای صنعتی از مواد آلیاژی به اندازه کافی قوی می‌سازند که در برابر دما و ارتعاشات بالا مقاومت کنند.

یک شاسی آلومینیومی مقاوم به عنوان یک هیت سینک در اکثرا محفظه های خارجی وجود دارند که باعث می‌شود گرما را از اجزای داخلی مهم مانند حافظه، واحد پردازش مرکزی و ذخیره سازی دور کند.

اجزای درجه صنعتی:

رایانه‌های صنعتی برای کار در محیط‌های صنعتی سخت، اغلب دارای اجزایی با درجه صنعتی هستند که آزمایش و تأیید می‌شوند.

در یک طراحی نهایی کامپیوتر صنعتی که آماده استقرار انبوه در تنظیمات کارخانه است از خازن های لحیم شده الکتریکی تا مادربرد PCB به طور خاص انتخاب و ادغام می‌شود.

محافظت در برابر نفوذ گرد و غبار و ذرات:

اغلب کاربرد کامپیوتر های صنعتی در مناطقی است که اغلب همراه با گرد و غبار و زباله های خارجی همراه هستند. در نتیجه طراحی آن ها بصورت خاص صورتی می‌گیرد. مانند: اتوماسیون کارخانه یا فرآیندهای معدنی.

برای آنکه نیاز به دریچه‌های خنک‌کننده را در رایانه‌های صنعتی از بین ببرند، آن ها را با ویژگی‌های طراحی ناهموار طراحی می‌کنند تا در جهت جلوگیری از به خطر انداختن رایانه و عملکرد آن، از گرد و غبار و سایر ذرات در محیط‌های خشن باشد.

دمای شدید:

بسیاری از برنامه‌های صنعتی به رایانه‌هایی نیاز دارند که قادر به تحمل دمای شدید عملیاتی باشند.

این رایانه‌های تخصصی با معماری سیستم بدون فن طراحی می‌شوند چرا که رایانه‌های دارای فن در معرض آلودگی گرد و غبار خرابی می‌شوند، به همین دلیل رایانه‌های تخصصی بدون فن از لوله ‌ها و سینک ‌های حرارتی برای حفظ دمای عملیاتی استفاده می‌کنند.

در نتیجه رایانه های صنعتی قادر است تا در محیط های سخت و در جاهایی که دما اغلب غیرقابل کنترل است کار کنند.

به عنوان مثال، رایانه‌های مورد استفاده صنعتی می‌توانند دمای عملیاتی را از -40 تا 70 درجه سانتیگراد (40- تا 158 درجه فارنهایت) پشتیبانی کنند، که امکان عملکرد را در برنامه‌های کاربردی سرد و گرم بسیار فراهم می‌کند.

مقاومت در برابر ضربه و لرزش:

رایانه‌ای که آزمایش و تأیید طراحی نشده باشند سطوح بالای ارتعاش و شوک می‌تواند مضر باشد. اکثر رایانه های صنعتی برای حفظ عملکرد خود در شرایط خاص دارای سطحی از مقاومت در برابر عوامل محیطی هستند.

به عنوان مثال، برخی از تجهیزات اتوماسیون صنعتی می‌توانند سطوحی از شوک و لرزش را در طول فرآیند تولید ایجاد کنند که ممکن است به رایانه های عمومی آسیب برساند و باعث خرابی سیستم شود. پشتیبانی از سطوح ارتعاشات از 3-5 GRMS. و شوک اغلب تا 50G حمایت می‌کند.

برخی از رایانه‌های صنعتی نیز می‌توانند از مشخصات نظامی سختگیرانه مانند MIL-STD-810G برای موارد استفاده نظامی سنگین برخوردار باشند.

حفاظت از نفوذ (رده بندی IP):

رایانه های صنعتی نه تنها در برابر گرد و غبار مقاوم هستند، بلکه می‌توانند تا حدی در برابر آب نیز مقاوم باشند. کامپیوتر قابل اعتماد، نکته حائز اهمیت آن از بین بردن عناصر گرد و غبار و آب است.

به عنوان مثال، در کاربردهای صنعتی مانند تولید مواد غذایی و فرآوری شیمیایی، تجهیزات اتوماسیون و رایانه های آن اغلب با جت های آب گرم یا مواد پاک کننده شسته می‌شوند. اکثر کامپیوترهای صنعتی در آن تنظیمات دارای سطوحی از حفاظت و امنیت IP از طراحی تا حتی کانکتورهای M12 خاص و ویژه هستند که در ادامه می‌پردازیم.

مقاومت EMI:

تداخل الکترومغناطیسی یک پدیده طبیعی است که در آن میدان الکترومغناطیسی (EM) یک دستگاه، میدان EM دستگاه دیگر را در مجاورت نزدیک کاهش می‌دهد.

این امر منجر به از بین رفتن مدارها و حتی جلوگیری از عملکرد آن می‌شود. در محیط های صنعتی که وجود تجهیزات مختلف با امکانات ناکافی می‌تواند باعث ایجاد تداخل سیگنال و اختلالات EM ناخواسته می‌شود.

بنابراین، اکثر رایانه های صنعتی به درستی طراحی، محافظت و آزمایش می‌شوند تا از جداسازی کامل اطمینان حاصل کنند و استانداردهای نظارتی و انطباق دقیق را رعایت کنند.

توسعه پذیری و طول عمر:

کامپیوتر های صنعتی برای آن که بتواند از بسیاری از دستگاه ها و برنامه های قدیمی پشتیبانی مناسبی کنند. نسبت به رایانه های تجاری قابلیت توسعه بیشتری دارند.

بسیاری از اجزای مورد استفاده تا 15 سال دوام دارند و به راحتی در دسترس هستند.

همچنین در طولانی مدت، راه حل محاسباتی تعبیه شده ای را ارائه می‌دهند. این امر بسیار مهم هست. اگر کارخانه های صنعتی نتوانند هر چند سال یکبار به آخرین فناوری اتوماسیون ارتقا دهند.

بنابراین، امروزه بیشتر رایانه‌های صنعتی بستری را برای کمک به یکپارچه‌سازی بارهای کاری متعددی که از ویژگی‌های مختلف قدیمی و به‌روز ناشی می‌شوند، فراهم می‌کنند. یکی از مثال‌های کلیدی، توانایی پشتیبانی از پورت‌های سریال آنالوگ قدیمی در مقابل آخرین کانکتورهای گذرگاه سریال جهانی دیجیتال (USB) است.

محبوب ترین پورت های ورودی/خروجی برای برنامه های محاسباتی کامپیوتر صنعتی

از آنجایی که پیشرفت‌های فناوری در اینترنت اشیا، داده‌های بزرگ و یادگیری ماشین، تقاضاهای بیشتری را برای صنایعی مانند تولید و اتوماسیون ایجاد می‌کند.

تغییر عمده داده‌ها و ارزش آن در کارایی‌های فناوری اطلاعات و OT ادامه دارد. در این دوران دگرگونی یا آنچه «صنعت 4.0» معرفی می‌شود، دستگاه‌های بیشتری به ماشین‌ها متصل می‌شوند.

فشار زیادی بر سیستم‌های محاسباتی وارد می‌کند تا در عملکردهای خاص و عملکرد بار کاری آن همه‌کاره باشند. برای مثال، رایانه‌های صنعتی اکنون به‌عنوان پلت‌فرم‌هایی برای تجمیع حجم کاری خاص و هم‌گرایی در سطح محلی یا لبه عمل می‌کنند.

به عبارت دیگر، سیستم‌های محاسباتی صنعتی در حال حاضر باید بتوانند انواع ورودی‌های داده را مدیریت کنند که اطلاعات ارزشمندی را برای تصمیم‌گیری بلادرنگ انتقال می‌دهند. بنابراین، کامپیوترهای صنعتی از انواع پورت های قدیمی و جدید ورودی و خروجی (I/O) پشتیبانی می‌کنند. 

در اینجا برخی از محبوب ترین پورت های ورودی/خروجی مورد استفاده در استقرار محاسبات صنعتی امروزه بیان می‌شود:

پورت های ورودی و خروجی محبوب برای دستگاه های محاسباتی صنعتی در اتوماسیون ماشین

پورت های سریال رایج ترین پورت مورد استفاده برای کامپیوترهای صنعتی هستند. از آن ها برای برقراری ارتباط با دستگاه های قدیمی استفاده می‌شود که امروزه هنوز در کارخانه ها مورد مصرف قرار می‌گیرند.

در حالی که سریع ترین سرعت انتقال داده را ندارد، ثابت شده است که پروتکل قابل اعتمادی در طول چندین دهه است. سه حالت عملکرد متفاوت پورت سریال قدیمی است: RS-232/422/485، که با در نظر گرفتن برنامه و دستگاه های متصل متفاوت می‌باشد.

برای نمایش خروجی به پورت های ویدئویی نیاز است. برخی از رایج ترین انواع پورت های ویدئویی VGA، DVI، HDMI و DP هستند.

پورت VGA اغلب استفاده می‌شود. زیرا از سیگنال های آنالوگ به جای سیگنال های دیجیتال استفاده می‌کند و امکان اتصال با دستگاه های قدیمی را فراهم می‌کند.

درگاه‌های مدرن‌تر DVI، HDMI و DP فاقد سازگاری قدیمی هستند. اما در حال ارائه بهترین حداکثر نرخ تازه‌سازی و وضوح هستند.

DIO/GPIO مخفف ورودی/خروجی دیجیتال و ورودی/خروجی عمومی است. 

این ها اشکال رابط مورد استفاده برای دستگاه های الکتریکی یا حسگرهایی هستند که فاقد رابط مشترک هستند.

DIO/GPIO از سیگنال های دیجیتال با دو مقدار ممکن استفاده می‌کند که عموماً به صورت ON یا OFF نمایش داده می‌شوند.

این باعث می‌شود آن ها برای سنجش کنتاکت های سوئیچ در تنظیمات صنعتی که سیگنال های ON/OFF زیادی باید ارسال و دریافت شوند، بسیار مطلوب باشند.

آن ها را می‌توان در طیف وسیعی از کاربردها از سنسورهای هشدار تا خطوط تولید خودکار استفاده کرد.

با افزایش نیاز به پهنای باند بیشتر که توسط پورت سریال پشتیبانی نمی‌شود، پورت های USB به پورت استاندارد بسیاری از دستگاه ها تبدیل می‌شوند.

قابلیت‌های مدیریت هوشمند انرژی آن به شما این امکان را می‌دهد که دستگاه‌ها را زمانی که از آن ها استفاده نمی‌کنید به حالت افقی قرار دهید و به شما این امکان را می‌دهد که چندین دستگاه USB را بدون مصرف بیش از حد انرژی وصل کنید. اما با در نظر گرفتن کاربرد، ممکن است هر دو پورت سریال قدیمی و پورت USB مورد نیاز باشد.

در نتیجه این راه حل همه جانبه و نهایی برای هر کامپیوتر یا رایانه صنعتی نیست.

پورت های شبکه محلی (LAN) یک اتصال شبکه سیمی تا 1 گیگابایت در هر پورت را فراهم می‌کنند.

اکثر رایانه‌های صنعتی پورت‌های LAN را ارائه می‌کنند که برای ارائه لینک بالا و پایین برای داده‌ها از زیرساخت شبکه استفاده می‌شوند و انتقال داده‌های لازم را از مودم‌ها، رایانه‌ها، سوئیچ‌ها و روترها فراهم می‌کنند.

نکته مهندسی متخصص: 

برای کاربردهای صنعتی بسیار سنگین، اکثر پورت های ورودی/خروجی را می‌توان با کانکتورهای قفل ناهموار M12 برای دوام بیشتر پیکربندی کرد.

اما کانکتورهای M12 و مزایای آن در یک کامپیوتر صنعتی چیست؟

کانکتورهای M12 کانکتورها و کابل‌های ضد گرد و غبار و آب هستند که برای استفاده در محیط‌های ناهموار طراحی می‌شوند که کانکتورهای درجه مصرف‌کننده باعث خرابی می‌شوند.

کانکتور M12 در بسیاری از صنایع مانند فرآوری مواد غذایی، تولید نوشیدنی، وسایل نقلیه و برنامه های حمل و نقل به دلیل دوام و قابلیت اطمینان قوی، مورد علاقه است.

این کانکتور دایره‌ای دارای مکانیزم قفل داخلی است که با استاندارد IP 65 یا بالاتر برای مقاومت در برابر آب ناهموار و محافظت در برابر گرد و غبار از دستگاه‌ها به ماشین‌های محاسباتی طراحی می‌شود.

کامپیوتر صنعتی سودمند در دنیای واقعی

• تولید و اتوماسیون کامپیوتر صنعتی

کامپیوترهای صنعتی برای تولید در مقیاس بزرگ که فراتر از تقلید فیزیکی کار انسانی است، بسیار مطلوب هستند.

با ساخت قوی و مقاومت در برابر عوامل محیطی، کامپیوترهای صنعتی توسط کارخانه ها برای مدیریت ایمن تولید و مونتاژ خودکار مورد اعتماد هستند.

رایانه های صنعتی در اکثر تنظیمات اتوماسیون و تولید، برای مدیریت سیستم های کنترل حرکت برای بازرسی، تجزیه و تحلیل و ثبت داده ها، به منظور بهره وری بهتر تولید کاربرد دارند.

به عنوان مثال، صنعت خودروسازی به دلیل سطح اتوماسیون مورد نیاز، از توسعه کامپیوترهای صنعتی بهره زیادی می‌برد.

توانایی ردیابی دارایی ها، نظارت بر عملکردهای روزانه و تجزیه و تحلیل داده ها، در چشم انداز جدید صنعت 4.0، آن ها را به یک نیاز ضروری مبدل کرد.

• کیوسک های تعاملی کامپیوتر صنعتی

کیوسک تعاملی را می‌توانید در سوپرمارکت‌های محلی، کسب‌وکارهای بزرگ و حتی در مناطق چک‌این فرودگاه پیدا کنید.

یک کامپیوتر صنعتی بدون فن و HMI تعاملی در سال‌های اخیر، یک سیستم کامپیوتری یکپارچه مجهز می‌باشد که از یک نوآوری به یک منبع تجاری ضروری مبدل گردید.

اندازه جمع و جور و ویژگی‌های ناهموار برای تحمل سختی‌های محیط‌های مختلف در فضای باز که در آن نظارت دائمی در دسترس نیست، طراحی می‌شوند.

بسیاری از بازارهای جدید و نوظهور شروع به استقبال از اتوماسیون ماشین و کیوسک های سلف سرویس به عنوان وسیله ای برای کاهش هزینه های کارکنان و بهبود رضایت کلی مشتری می‌باشد.

• اتوماسیون بازرسی، اندازه گیری و تجهیزات تست

اندازه شناسی صنعتی کاربرد اندازه گیری برای تولید و کنترل کیفیت است.

برای اطمینان از کیفیت در فرآیند تولید، چگونه می‌توان از ابزارهای اندازه گیری دیجیتال استفاده کرد.

به طور سنتی، بازرسی کیفیت برای قطعات در طول فرآیند تولید با نمونه برداری دسته ای کوچک برای تعیین کیفیت کلی به دست می‌آمد.

امروزه کامپیوترهای صنعتی برای آن که از دقت و کیفیت بیشتر قطعات اطمینان حاصل کنند باید با قابلیت های اتوماسیون بیشتری ادغام شوند.

همچنین با ترکیب بینایی ماشین، رایانه‌های صنعتی در مقایسه با فرآیندهای بازرسی قدیمی، می‌توانند قطعات را سریع‌تر و دقیق‌تر بازرسی کنند.

این باعث ایجاد یک فرآیند تولید کارآمدتر و موثرتر می‌شود و تعداد محصولات معیوب را از ورود به بازار کاهش می‌دهد و ارزش و بهره وری بهتری برای تولید ایجاد می‌کند.

• امنیت و نظارت کامپیوتر صنعتی

بدین صورت برای شرایط منسجم و سخت مانند حمل و نقل عمومی و امنیت، کامپیوترهای صنعتی نیز برای استقرار درون خودرو طراحی می‌شوند.

ویژگی هایی کلیدی مانند مقاومت در برابر ضربه / لرزش و پشتیبانی از درجه حرارت برای استقرار در خودرو بسیار مهم هستند.

توانایی رایانه‌های صنعتی برای پشتیبانی چندین پورت PoE که اتصالات پایداری را به دوربین‌های IP ارائه و فیلم‌های ویدیویی را ضبط می‌کند.

بدین صورت ایمنی مسافران را بالاتر می‌برد. در نهایت، طراحی ناهموار بدون فن کامپیوترهای صنعتی، آن را برای استقرار در برنامه های نظارت ناهموار ایده آل می‌کند.

• معدن زیرزمینی کامپیوتر صنعتی

ماهیت سخت استخراج زیرزمینی مستلزم کامپیوترهای طراحی های ویژه ای است که قادر به مقاومت در برابر شرایط سختی است که مشخصه آن گرد و غبار، دماهای وسیع و ارتعاشات است.

کامپیوترهای صنعتی می‌توانند در خشن ترین محیط های بیرونی مقاوم باشند.

این ویژگی‌های کلیدی برای تجهیزات معدن زیرزمینی بسیار مفید هستند. زیرا عملکرد حیاتی مأموریت را ارائه می‌دهند و امکان ثبت تله‌متری ارزشمند برای سایت‌های ساخت‌وساز و حفاری را فراهم می‌کنند.

• دریایی و نظامی کامپیوتر صنعتی

پرسنل نظامی و دریایی برای آن که بتوانند در شرایط سخت عملیاتی روی کشتی و عملیات کنترل زمینی جان سالم به در ببرند، نیازمند کامپیوترهای صنعتی مقاوم هستند.

مزیت اصلی آن ها عمر طولانی و کاملاً مقاوم در برابر آب، گرد و غبار و همچنین تعمیر و نگهداری کم، نیازها و برنامه های عملیات نظامی را مهیا می‌کند و  برای کاربردهای مختلف نظامی، مناسب می‌باشند.

برای دسترسی به منبع مقاله اینجا کلیک کنید.

امیدوارم از خواند مقاله "کامپیوتر صنعتی | Industrial computer و نقش آن برای محاسبات صنعتی چیست؟" لذت برده باشید.