エッジコンピューティングとは、組込みシステムを導入し、データ生成元でリアルタイムにデータをローカル処理することです。産業用および屋外での導入では、デバイスに強力な演算能力だけでなく、過酷な環境に耐える能力も求められるという新たな課題が生じます。過酷な環境には、高温、低温、強い衝撃、絶え間ない振動、水や粉塵への曝露などが含まれます。標準的なデスクトップコンピュータにとって、水や粉塵への曝露は、瞬時の故障や永久的な損傷を引き起こす可能性のある最も脅威となる要因の1つです。したがって、屋外での導入では、組織は、IP67組込みシステムのようなIP定格の組込みコンピュータのみを導入することを検討すべきです。これにより、極端な水や微細な粉塵粒子への曝露に対する信頼性、耐久性、長寿命が確保されます。さらに、このブログ投稿では、水と粉塵の問題に対処するためのいくつかのオプションと、IP67組込みシステムが屋外の産業用導入にどのように貢献するかについて説明します。
粉塵と湿気の多い環境に対する2つの簡単なソリューション
1. NEMAエンクロージャの利用
2. 高いIP定格のデバイスの導入
NEMAエンクロージャとは？
NEMAエンクロージャは、過酷な環境の産業用アプリケーションで一般的に使用される電気部品エンクロージャのさまざまな定格に採用されているエンクロージャ標準です。NEMAはNational Electrical Manufacturers Associationの略で、北米における電気エンクロージャの標準です。つまり、NEMAエンクロージャは、コンピュータを外部からの暴露、主に水や粉塵の侵入から保護するための筐体を提供します。
さまざまなタイプのNEMAエンクロージャの中でも、NEMA 4またはNEMA 4Xは、屋外組込みコンピューティングアプリケーションで最も一般的なエンクロージャです。NEMA 4は、汚れ、雨、みぞれ、風塵、着氷、飛沫水からコンピュータシステムを保護し、これはIP65/IP66定格の産業用コンピュータを導入することに相当します。一部のNEMAエンクロージャには、錆から保護するために追加の防食材料でコーティングすることもできます。しかし、標準的なNEMAエンクロージャで、上記の困難な環境要因から産業用コンピュータを保護するには十分です。
NEMAだけではなぜ不十分なのか？
屋外コンピューティングソリューションとしてNEMAエンクロージャを選択することは非常に簡単ですが、NEMAエンクロージャが過酷な環境ソリューションとして適切でないいくつかの欠点と説得力のある理由があります。
第一に、NEMAエンクロージャには多くの種類があるため、アプリケーションに最適なものを選ぶのが複雑で手間がかかります。NEMAエンクロージャには、さまざまな形状、サイズ、素材、定格、取り付け方法、外部コーティングなどの追加機能が無限に組み合わさっています。アプリケーションにオールインワンソリューションを選択するだけでも混乱する可能性があり、さらに重要なことに、間違った決定は、会社に莫大な潜在的なダウンタイム費用をもたらす漏洩を引き起こす可能性があります。NEMAエンクロージャも高価になる可能性があり、特に、独自のサイズ、外部コーティング、異なる素材、取り付けオプションなどが必要なカスタマイズ要求は、不必要な要求で全体的なコストを簡単に積み重ねてしまう可能性があります。
第二に、NEMAエンクロージャの設置は厄介な場合があります。エンクロージャを設置したり、I/O入力を変更したりするためにドリルが必要になることもあります。これは、特に硬い素材の場合には大変な作業になります。さらに、エッジでは、多くのスペースが制約されたアプリケーションがあるため、かさばるNEMAエンクロージャを狭いスペースに収めるのは困難です。たとえぴったりと収まったとしても、設置、変更、メンテナンス中にエンクロージャを開閉するための隙間が必要です。非防水のコンピュータを使用している場合は、エンクロージャを開けるときに雨が内部のコンピュータに届かないように細心の注意を払う必要があることに注意してください。
さらに、人為的ミスの追加リスクがあり、アプリケーションを危険にさらす可能性があります。たとえば、ユーザーがエンクロージャを適切に設置または閉鎖しなかった場合、水や粉塵がPCに侵入して損傷する可能性があります。そのため、NEMAエンクロージャを利用することによって発生するリスクや苦労が多すぎるため、アプリケーションに高IP定格の組み込みシステムを利用する方がはるかに簡単です。
IP定格とは？
浸入保護等級、または略してIP定格は、微細な水滴や粉塵粒子が電子デバイスに侵入するのを防ぐシステムの能力を測定し、検証する標準です。IP定格は、粉塵と水粒子からの保護レベルを表す2桁の数字で構成されています。最初の数字は微細な粉塵粒子からの保護の程度を示し、2番目の数字は微細な水滴に対する保護の程度を示します。
IP67が示すものとは？
IP67組み込みシステムは、システムに影響を与えることなく、粉塵粒子と1mの深さの水に最大30分間完全に浸漬することから内部コンポーネントを完全に保護することができます。防塵および防水IP67組み込みシステムは、過酷な環境条件での産業用展開に最適です。IP67定格のコンピュータを使用すれば、外部の露出から保護するためにNEMAエンクロージャを使用する必要がなく、アプリケーションは省スペースの展開で実行できます。
IP67 PCの製造品質
1. ファンレス設計
IP67コンピュータは、パッシブ冷却を利用して内部コンポーネントからエンクロージャに熱を放散するファンレス設計を採用しています。このエンクロージャは、頑丈なシャーシとヒートシンクの両方として機能し、熱をシステム周囲の空気中に放散します。ファンレス設計を採用することで、プレミオはファンを使用してシステムを冷却することに関連するいくつかの問題を解消しました。代わりに、IP67産業用堅牢PCは、PCH（プラットフォームコントローラハブ）とCPU（中央処理装置）にヒートシンクを実装して、コンピュータの最も熱いコンポーネントを冷却しています。これらのヒートシンクは、熱を放散するのに非常に効果的な高導電性材料（アルミニウムと銅のヒートパイプ）で作られています。結局のところ、ファン用の通気孔がなければ、防水・防塵IP67コンピュータを製造することははるかに容易になります。
2. ワンピースエンクロージャ
IP67堅牢組込みコンピュータは、多くのNEMAエンクロージャや市場の標準的なデスクトップPCと比較して、さらに耐久性に優れています。シャーシは押し出しアルミニウムと頑丈な金属でできており、ワンピースエンクロージャに成形されているため、IP67産業用PCは強力で耐腐食性があります。接続部品ではなく、ワンピースエンクロージャによって、デバイスの信頼性、耐久性、寿命が飛躍的に向上します。さらに、IP67堅牢PCは気密性が高く、エンクロージャを取り付けるための隙間やネジがなく、侵入保護が向上しています。
3. M12接続
IP67定格の産業用コンピュータには、M12コネクタ（PoE（Power over Ethernet）対応）が搭載されており、1本のケーブルでデータと電力を両方供給できます。M12コネクタは、粉塵や水分の侵入保護に貢献します。M12コネクタは、防塵・防水性に優れており、取り付けが簡単で、故障のリスクを低減するように設計されているため、非常に信頼性が高いです。M12コネクタの浸入保護等級は、最低IP67から最高IP69Kまでです。直径わずか12mmというコンパクトなM12ケーブルには、360°EMI（電磁干渉）シールドが施されており、他の電子機器との接続を安全に保ちます。
IP67コンピュータの実用例
高IP定格のコンピュータは、適切に密閉されていないとデバイスの性能を損なう可能性のある、水や汚れへの絶え間ない曝露に対処するのに最適です。鉱業、自動車、食品製造、飲料加工、ヘルスケア、屋外キオスクなどの産業では、常に粉塵曝露、激しい雨、極端な洗浄に直面しています。そのため、エッジアプリケーションには密閉されたIP67組込みシステムが必要です。
IP67産業用組込みシステムのその他の利点
IP67極限堅牢産業用PCは、厳密な侵入保護機能を備えているだけでなく、過酷な環境下での産業用アプリケーション展開にオールインワンソリューションを提供するため、他の面でも堅牢です。
1. 広い動作温度範囲
高導電性ヒートシンクとヒートシンクとして機能する一体型シャーシにより、IP67組み込みPCは、極寒の-40℃から灼熱の70℃までの過酷な環境で動作しながら、その厳密なIP67シールを維持することができます。
2. 衝撃・振動耐性：ケーブルレス設計
IP67堅牢産業用PCは、MIL-STD-810Gの衝撃および振動耐性基準に準拠し、さらにそれを上回る厳しい衝撃および絶え間ない振動にも耐性があります。IP67極限産業用コンピュータは、衝撃に対して50Gs、半正弦波、11ms（SSD搭載時）、振動に対して5 Grms、5～500Hz、0.5時間/軸（SSD搭載時）を維持できます。ファンレス設計、ケーブルレス設計、一体型設計、産業用グレード部品のおかげで、IP67産業用PCは非常に頑丈です。
3. 電源保護
IP67コンピュータを外部システムに組み込む際、電圧入力を制御する能力は、ハードウェアの寿命を延ばす上で不可欠です。高IP定格の組み込みシステムは、OVP（過電圧保護）、OCP（過電流保護）、および広範囲の電圧電源入力を備えています。OVP機能は、内部コンポーネントの焼損を防ぐために55Vを超える電源入力を自動的に遮断し、システムは9Vから48Vまでの入力に対応しているため、さまざまなアプリケーションでの展開が可能です。さらに、電源イグニッション管理システムにより、システムは自動車産業での展開に非常に汎用性が高くなります。
4. 簡単なインストールとユーザーフレンドリー
IP67定格の堅牢なコンピュータは、あらゆる構成で取り付けられるようにウォールマウントが構成されています。さらに、ワンピース設計により、IP67組込みシステムは特殊な工具なしで簡単に分解および調整できます。
5. 正当な試験・検証プロセス
過酷な環境での長期間にわたるシステム性能の信頼性、耐久性、長寿命を保証するために、IP67組込みシステムは厳格な試験および検証プロセスを経てきました。各タイプのIP67組込みシステムは、信頼性の高い包括的な試験施設で試験および検証され、温度湿度チャンバー、1500KGF振動試験機、熱衝撃ランプチャンバー、IR熱センサー、信号整合性試験機、IP定格試験機、電気試験機などのラン検証プロセスが実行されます。
IP67の代替案
個々の要件に基づいてアプリケーションソリューションを正確に一致させるために、微細な粉塵や水粒子に対する高度な保護のための他の優れたIP67の代替案があります。IP65組込みシステムも、それほど過酷でない屋外アプリケーションにとって優れた代替案です。または、システムアプリケーションに追加の保証が必要な場合は、高IP定格モデルとNEMAエンクロージャのハイブリッドモデルを利用することもできます。