Advantech Ei-A230: máy chủ biên gom dữ liệu nhà máy

Advantech Ei-A230 là máy chủ biên cấu hình sẵn cả phần cứng lẫn phần mềm, đặt giữa lớp thu thập tín hiệu tại hiện trường và hệ thống trên đám mây. Nhiệm vụ của nó không phải là đo, mà là nhận dữ liệu đã đo, lưu lại, chạy các dịch vụ xử lý và phục vụ cho phần mềm dùng dữ liệu đó. Máy dùng bộ xử lý Intel Xeon E3-1275 v6 chạy Ubuntu, có 32 GB bộ nhớ và 512 GB dung lượng lưu trữ. Bài viết đặt model vào đúng vị trí trong chuỗi dữ liệu của một nhà máy và nêu cách tính tải trước khi chốt cấu hình.

1. Thông số kỹ thuật Advantech Ei-A230

Hai dòng cuối bảng đáng đọc kỹ vì chúng quyết định chỗ đặt máy. Dải nguồn 9 tới 36 V một chiều là dải của thiết bị công nghiệp, nghĩa là máy cắm thẳng vào nguồn 24 V của tủ điện thay vì cần ổ cắm điện lưới và bộ lưu điện riêng. Ngược lại, dải nhiệt 0 tới 40 độ C là dải hẹp so với thiết bị đặt trong tủ ngoài trời, nên vị trí đặt phải là phòng có kiểm soát nhiệt độ hoặc tủ có thông gió cưỡng bức.

2. Vị trí của Ei-A230 trong chuỗi dữ liệu

Dữ liệu sản xuất đi qua bốn lớp trước khi thành báo cáo. Mỗi lớp có thiết bị riêng và mỗi lớp giải một bài toán khác nhau.

Ranh giới giữa lớp hai và lớp ba là chỗ hay bị bỏ trống trong các dự án làm dở. Lớp hai đọc được số nhưng chỉ giữ được lượng dữ liệu nhỏ trong thời gian ngắn. Lớp bốn chứa được tất cả nhưng ở xa và phụ thuộc đường truyền ra ngoài. Không có lớp ba thì hoặc là dữ liệu bị vứt bớt ngay tại tủ, hoặc là mọi truy vấn đều phải đi vòng ra ngoài rồi quay lại. Chi tiết hai lớp dưới nằm ở bài ADAM-6000 Series cho phần mô-đun thu thập và bài bộ điều khiển APAX-5000 cho phần điều khiển tại tủ.

3. Vì sao đặt máy chủ ở biên

• Băng thông ra ngoài có hạn. Điểm đo sinh dữ liệu liên tục suốt ca sản xuất, còn đường truyền ra ngoài của nhà máy thường được thuê theo mức vừa đủ cho công việc văn phòng. Đẩy toàn bộ dữ liệu thô ra ngoài là cách nhanh nhất để làm nghẽn đường truyền chung.
• Thời gian trả lời. Bảng theo dõi năng suất chuyền, cảnh báo vượt ngưỡng và màn hình tại xưởng cần dữ liệu trong khoảng vài giây. Một vòng đi ra ngoài rồi quay lại luôn dài hơn một truy vấn trong mạng nội bộ, và còn chịu rủi ro của đường truyền.
• Nhà máy phải chạy khi mất kết nối. Đứt đường truyền ra ngoài là sự cố có thật và xảy ra nhiều lần mỗi năm. Nếu lớp báo cáo và lớp cảnh báo nằm hoàn toàn bên ngoài, mất mạng là mất luôn khả năng theo dõi sản xuất.
• Dữ liệu ở lại nhà máy. Một phần dữ liệu vận hành gắn với công thức sản xuất, sản lượng theo khách hàng hoặc thông số máy móc. Giữ bản gốc trong nhà máy và chỉ gửi ra ngoài phần đã tổng hợp là cách xử lý gọn cho ràng buộc này.

4. Lớp phần mềm chạy sẵn trên máy

Điểm bán của model không nằm ở cấu hình phần cứng, vì cấu hình đó không lạ. Nó nằm ở chỗ lớp nền tảng đã dựng sẵn, thứ mà một đội tự làm phải mất nhiều tuần mới có.

Lớp điều phối vùng chứa cho phép chạy nhiều dịch vụ nhỏ độc lập trên cùng một máy: một dịch vụ nhận dữ liệu, một dịch vụ lưu, một dịch vụ tính toán, một dịch vụ phục vụ giao diện. Cách chia này giúp nâng cấp từng phần mà không phải dừng cả hệ. Kèm theo là cân bằng tải giữa các bản chạy của một dịch vụ, kiểm tra tình trạng dịch vụ và tự khởi động lại khi một dịch vụ hỏng.

Phần quản trị có bảng điều khiển trên trình duyệt và cơ chế phân quyền theo vai trò, nên tách được người xem báo cáo với người sửa cấu hình. Phần quản lý thiết bị theo họ DeviceOn theo dõi tình trạng các thiết bị nhúng nối vào hệ, mô tả kỹ hơn ở bài phần mềm nhúng DeviceOn-iEdge. Khả năng mở rộng theo chiều ngang cho phép thêm máy vào cụm khi số điểm đo tăng, thay vì phải đổi sang máy lớn hơn.

5. Tính tải và dung lượng trước khi chốt cấu hình

Ba con số cần ước lượng trước: số điểm đo, chu kỳ ghi của từng nhóm điểm, và thời gian phải giữ dữ liệu ở mức chi tiết. Bảng dưới minh hoạ cách nhân ba con số đó ra khối lượng bản ghi.

Với dung lượng lưu trữ 512 GB, cách kéo dài thời gian lưu không phải là mua ổ lớn hơn mà là đặt chính sách dữ liệu ngay từ đầu. Ba việc có tác dụng ngay: đặt chu kỳ ghi theo mức biến động thật của từng điểm thay vì đặt chung một giây cho tất cả; gộp dữ liệu quá một tháng thành giá trị theo giờ; và chuyển phần lịch sử dài hạn sang nơi lưu khác, giữ trên máy biên phần dữ liệu chi tiết gần đây.

Về bộ nhớ, 32 GB là mức thoải mái cho một cụm vi dịch vụ vừa phải nhưng không phải là vô hạn. Mỗi dịch vụ chạy thêm là một phần bộ nhớ bị giữ, và cơ sở dữ liệu chuỗi thời gian thường dùng bộ nhớ làm vùng đệm ghi. Nên đo mức chiếm dụng sau một tuần chạy thật rồi mới quyết định thêm dịch vụ mới.

6. Advantech Ei-A230 dùng cho việc gì

• Nền dữ liệu cho một nhà máy. Nhận số liệu từ các tủ điều khiển và mô-đun thu thập, lưu lại, phục vụ bảng theo dõi tại xưởng và báo cáo ca. Đây là kịch bản chính của model.
• Đám mây riêng quy mô nhỏ. Doanh nghiệp muốn có nền tảng dịch vụ riêng nhưng chưa cần dựng trung tâm dữ liệu. Máy đã có sẵn lớp điều phối và lớp quản trị nên đội phát triển chỉ lo phần ứng dụng.
• Điểm gom cho nhiều trạm ở xa. Các trạm quan trắc hoặc trạm bơm gửi dữ liệu về một máy chủ đặt tại trung tâm vùng, rồi mới đẩy phần tổng hợp lên hệ thống công ty.
• Chỗ chạy mô hình phân tích tại chỗ. Khi phần phân tích cần đọc lượng lớn dữ liệu lịch sử, đặt mô hình cạnh nơi chứa dữ liệu nhanh hơn và rẻ hơn kéo dữ liệu đi xa.

7. Chọn thiết bị cho lớp máy chủ biên

Ba câu hỏi cần trả lời trước khi chốt: số điểm đo dự kiến sau hai năm, thời gian phải giữ dữ liệu ở mức chi tiết, và nhiệt độ tại vị trí định đặt máy. Câu hỏi thứ ba hay bị bỏ qua nhưng lại chặn nhiều phương án, vì dải 0 tới 40 độ C không cho phép đặt máy trong tủ kín cạnh chuyền nóng.

Trên site này, nhóm thiết bị cùng lớp nằm ở chuyên mục giải pháp IoT công nghiệp, còn ví dụ về một hệ dùng dữ liệu đã gom để tính suất tiêu hao nằm ở bài máy tính công nghiệp quản lý năng lượng. Nhóm máy tính công nghiệp làm nền cho các lớp phía dưới liệt kê tại danh mục máy tính công nghiệp Advantech trên IPC247. Khi chưa chốt được cấu hình cho lớp thu thập và lớp máy chủ, dùng công cụ chọn máy theo yêu cầu rồi gửi kết quả kèm bảng kê điểm đo.

Câu hỏi thường gặp về Advantech Ei-A230

Advantech Ei-A230 có cấu hình phần cứng ra sao?

Theo thông số công bố, máy dùng bộ xử lý Intel Xeon E3-1275 v6, hệ điều hành Ubuntu 16.04, bộ nhớ 32 GB và dung lượng lưu trữ 512 GB. Máy có ngõ hiển thị HDMI và VGA, nhận nguồn một chiều dải 9 tới 36 V với chế độ bật AT hoặc ATX, kích thước 156,5 x 205 x 230 mm, dải nhiệt làm việc 0 tới 40 độ C.

Ei-A230 khác gì so với một máy chủ đặt trong phòng máy?

Khác ở ba chỗ. Máy nhận nguồn một chiều dải rộng nên đặt được trong tủ điện dùng chung nguồn 24 V, không cần ổ cắm điện lưới. Thân máy dạng hộp gọn thay vì dạng gá tủ mạng. Và phần mềm nền tảng đã cài sẵn nên không phải dựng lại lớp vận hành cụm từ đầu.

Vì sao cần một máy chủ ở biên thay vì gửi hết dữ liệu lên đám mây?

Bốn lý do thường gặp: băng thông đường truyền ra ngoài có hạn trong khi dữ liệu điểm đo sinh ra liên tục; nhiều tác vụ cần trả lời trong khoảng thời gian ngắn; nhà máy vẫn phải chạy khi đường truyền ra ngoài đứt; và một phần dữ liệu sản xuất không được phép rời khỏi nhà máy. Lớp máy chủ biên xử lý cả bốn.

Máy chạy phần mềm gì sẵn?

Theo mô tả của hãng, máy cấu hình sẵn lớp điều phối vùng chứa Kubernetes để chạy kiến trúc vi dịch vụ, kèm bảng điều khiển trên trình duyệt cho việc quản lý và giám sát. Nền tảng có cân bằng tải, kiểm tra tình trạng dịch vụ và tự khởi động lại dịch vụ hỏng, phân quyền truy cập theo vai trò, và lớp quản lý thiết bị theo họ DeviceOn.

Nửa terabyte lưu trữ dùng được bao lâu?

Phụ thuộc số điểm đo và chu kỳ ghi. Một điểm ghi mỗi giây sinh ra 86.400 bản ghi một ngày; một nghìn điểm là hơn 86 triệu bản ghi một ngày. Cách kéo dài thời gian lưu là giảm chu kỳ ghi cho điểm ít biến động, gộp dữ liệu cũ theo giờ, và chuyển phần lịch sử dài hạn sang nơi lưu khác.

Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.