Máy tính nhúng IoT Advantech đứng ở giữa hai thế giới: một bên là thiết bị trường nói bằng tín hiệu và giao thức cũ, một bên là hệ thống quản lý cần dữ liệu sạch theo thời gian. Vai trò của máy là đọc, chuẩn hoá, đệm và đẩy dữ liệu. Bài viết trình bày bốn việc đó, các đường đọc dữ liệu thường dùng và cách mở rộng kết nối trên những dòng máy đang bán.
Bốn việc một cổng IoT phải làm
Trong nhà máy, một cổng IoT không chỉ chuyển tiếp gói tin. Máy phải làm đủ bốn việc dưới đây, và thiếu việc nào cũng dẫn tới dữ liệu không dùng được.
- Đọc: lấy số liệu từ đồng hồ điện, cân, bộ đếm, biến tần và các mô-đun vào ra ở nhiều dạng tín hiệu khác nhau.
- Chuẩn hoá: quy về một cấu trúc chung, gắn nhãn thời gian và mã thiết bị để hệ thống phía trên hiểu được.
- Đệm: giữ dữ liệu tại chỗ khi đường truyền hỏng, rồi gửi bù khi kết nối trở lại.
- Đẩy: gửi lên máy chủ trong nhà máy hoặc lên dịch vụ đám mây theo chu kỳ đã định.
Việc thứ ba hay bị bỏ qua lúc thiết kế và trở thành vấn đề sau vài tháng. Một mạng nhà máy mất kết nối mười lăm phút mỗi tuần là chuyện bình thường; nếu cổng IoT không đệm, báo cáo sản lượng sẽ có lỗ hổng đúng vào những khoảng đó.
Đọc thiết bị trường bằng đường nào
| Nguồn dữ liệu | Đường đọc | Phần cứng cần có trên máy |
|---|---|---|
| Đồng hồ điện, cân, bộ đếm đời cũ | Đường bus RS-485, giao thức nối tiếp | Cổng RS-422/485, tốt nhất là loại cách ly |
| Bộ điều khiển và biến tần trên mạng | Ethernet công nghiệp | Cổng mạng Gigabit, nên có hai cổng để tách mạng trường và mạng văn phòng |
| Tiếp điểm đèn báo, cảm biến tiệm cận | Vào ra số | Kênh vào ra số cách ly, lắp sẵn hoặc thêm bằng mô-đun |
| Thiết bị đo rời ở xa tủ | Mô-đun thu thập trên mạng hoặc trên bus | Một cổng mạng hoặc một cổng nối tiếp còn trống |
| Trạm không kéo được cáp | Kết nối không dây hoặc di động | Khe mini PCIe và khe SIM cho mô-đun truyền thông |
Bảng này nên được lập trước khi chọn máy. Khi đã biết mỗi loại nguồn dữ liệu cần đường nào, số cổng tối thiểu của máy hiện ra ngay, và việc còn lại chỉ là chọn model có đủ số cổng đó cộng thêm một cổng dự phòng.
Mở rộng kết nối bằng mini PCIe và iDoor
Advantech xử lý bài toán thiếu cổng bằng hai lớp mở rộng. Lớp thứ nhất là khe mini PCIe cho mô-đun truyền thông. Lớp thứ hai là công nghệ iDoor, tức các mô-đun lắp thêm ở mặt máy để bổ sung cổng vào ra hoặc giao thức fieldbus.
| Model | Khả năng mở rộng theo tài liệu | Hợp với cổng IoT dạng nào |
|---|---|---|
| ARK-1123H | Một khe mini PCIe kích thước đầy đủ cho mô-đun mạng không dây hoặc di động, kèm mô-đun Wi-Fi cho vai trò cổng IoT | Trạm nhỏ, ít thiết bị, không kéo được cáp mạng |
| ARK-2121L | Khe mini PCIe kèm giá đỡ SIM, tương thích mô-đun iDoor, nguồn 9 đến 36 V | Trạm hiện trường dùng mạng di động |
| UNO-2271G | Vào ra số cách ly, giao thức fieldbus và kết nối di động qua iDoor, ổ eMMC 32 GB tích hợp | Cổng thu dữ liệu đặt cố định trong tủ điện |
| UNO-2473G | Bản Atom E3845 có bốn cổng mạng Gigabit (bản Celeron J1900 có hai), hai cổng RS-232 và hai cổng RS-422/485, bộ nhớ MRAM qua iDoor | Cổng gom nhiều nhánh mạng, cần dự phòng đường truyền |
Bốn cổng mạng của UNO-2473G bản Atom E3845 đáng chú ý với bài toán tách mạng; bản Celeron J1900 chỉ có hai cổng nên chỉ tách được mạng thiết bị trường với mạng quản lý. Một cổng nối mạng thiết bị trường, một cổng nối mạng quản lý, hai cổng còn lại dành cho camera hoặc cho đường dự phòng. Cách bố trí này giữ lưu lượng của thiết bị trường không lẫn với lưu lượng văn phòng.
Ví dụ gom bốn mươi điểm đo trong một xưởng
Một xưởng nhựa cần theo dõi điện năng của mười hai máy ép, nhiệt độ của tám khuôn và trạng thái chạy dừng của toàn bộ dây chuyền. Tổng cộng khoảng bốn mươi điểm đo, nằm rải trong ba tủ điện cách nhau vài chục mét.
Phương án triển khai gồm ba lớp. Lớp dưới cùng là các mô-đun thu thập đặt tại từng tủ, nối với nhau bằng một đường bus RS-485. Lớp giữa là một máy nhúng đặt trong tủ trung tâm, đọc toàn bộ đường bus theo chu kỳ năm giây, gắn nhãn thời gian và ghi vào ổ trong máy. Lớp trên là máy chủ nhận dữ liệu mỗi phút qua mạng nhà máy.
Khi mạng hỏng, máy nhúng vẫn ghi bình thường và gửi bù sau. Dung lượng đệm được tính theo số điểm đo nhân với chu kỳ đọc nhân với thời gian mất mạng dài nhất từng ghi nhận, cộng thêm biên dự phòng. Với bốn mươi điểm đo, một ổ vài chục gigabyte đủ cho nhiều ngày.
Chọn máy tính nhúng IoT Advantech cho dự án
Thứ tự chọn nên là: liệt kê nguồn dữ liệu, quy ra số cổng, cộng cổng dự phòng, rồi mới xét cấu hình. Cấu hình chỉ cần mạnh khi máy phải xử lý ảnh hoặc chạy cơ sở dữ liệu tại chỗ; phần lớn cổng IoT chạy tốt với vi xử lý Atom hoặc Celeron. Danh sách model nằm trong danh mục máy tính không quạt cho IoT và các bài cùng chủ đề ở chuyên mục giải pháp IoT công nghiệp.
Khi số trạm vượt quá vài chiếc, nên tính thêm phần mềm quản trị từ xa; nội dung này được trình bày riêng trong bài phần mềm quản lý thiết bị DeviceOn. Vị trí đặt máy trong dây chuyền có trong bài máy tính nhúng trong quản lý sản xuất.
Kiến thức nền về nhóm máy này có tại chuyên mục máy tính nhúng Advantech trên IPC247. Khi cần lọc nhanh theo môi trường lắp đặt và số cổng, dùng công cụ chọn máy theo môi trường và số cổng rồi đối chiếu với bảng bên trên.
Câu hỏi thường gặp về máy tính nhúng IoT Advantech
Cổng IoT khác bộ chuyển đổi giao thức ở điểm nào?
Bộ chuyển đổi chỉ đổi dạng tín hiệu và chuyển tiếp ngay. Cổng IoT là một máy tính, nên đọc được nhiều nguồn khác nhau, ghép dữ liệu, lưu tạm khi đường truyền hỏng và chạy thêm phần mềm xử lý tại chỗ.
Máy nhúng cần bao nhiêu cổng nối tiếp cho một cổng IoT?
Đếm số thiết bị chỉ nói chuyện được qua RS-232 hoặc RS-485, rồi cộng thêm một cổng dự phòng. Nhiều thiết bị RS-485 dùng chung một đường bus nên số cổng thường ít hơn số thiết bị, nhưng phải cùng tốc độ và cùng giao thức.
Mất mạng thì dữ liệu trong khoảng thời gian đó có mất không?
Không, nếu cổng IoT được cấu hình đệm dữ liệu vào ổ trong máy và gửi bù khi mạng trở lại. Cần tính trước dung lượng đệm theo số điểm đo và thời gian mất mạng dài nhất từng xảy ra tại nhà máy.
Công nghệ iDoor dùng để làm gì trên cổng IoT?
iDoor là các mô-đun lắp thêm vào máy để bổ sung cổng vào ra số cách ly, giao thức fieldbus, kết nối di động hoặc bộ nhớ MRAM. Nhờ đó một model máy dùng được cho nhiều bài toán mà không phải đổi sang model khác.
Cổng IoT có cần chạy phần mềm quản trị từ xa không?
Nên có khi số trạm vượt quá vài chiếc. Phần mềm quản trị cho phép xem trạng thái, cập nhật và khởi động lại máy từ phòng kỹ thuật, thay vì cử người xuống từng tủ điện trong xưởng.
Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.
