自動化電腦及自動化工業電腦，適用於工業4.0工作負載整合
工業自動化是使用自動化電腦來控制工業環境中的製程、機器人及機械，以製造產品或其組成零件。工業自動化的目的在於提升生產力、增加彈性，並提升製造製程的品質。工業自動化最好能在汽車製造產業中觀察到，其中許多任務都是透過使用控制機械和製程的自動化工業電腦來自動化。本文的目的是解釋什麼是自動化電腦和工業電腦，並為您提供購買自動化電腦和工業電腦的最佳來源。
什麼是自動化電腦？
自動化電腦是工業級電腦，其堅固耐用的設計旨在處理不穩定的工業環境中的工業自動化工作負載，而普通桌上型電腦無法在這種環境中生存。自動化工業電腦能夠處理入門級自動化工作負載，以及要求嚴苛、複雜的自動化工作負載。您應該選擇適合您工作負載的自動化運算解決方案。如果您在選擇合適的自動化工業電腦時需要協助，請與我們聯絡，我們的自動化電腦專家將協助您選擇符合您特定需求的解決方案。
自動化電腦具有最佳的散熱功能，使用散熱器將熱量從內部發熱元件傳導到工業電腦系統的外部外殼，將熱量散發到系統周圍的空氣中。
除了自動化運算解決方案的無風扇設計外，自動化工業電腦還採用無纜線設計，系統中所有纜線都已移除。系統中所有纜線的移除創造了更可靠且堅固的運算解決方案，能夠承受頻繁的衝擊和振動，而不會有任何纜線從連接處鬆脫。低品質的自動化工業電腦仍使用纜線連接硬碟或固態硬碟等元件至系統；然而，我們已移除此類纜線使用，以創造出優質的堅固自動化電腦。
此外，嵌入式自動化工業電腦的設計著重於堅固耐用，因為它們採用寬溫度範圍元件配置，使自動化電腦能夠承受部署在經歷極端溫度的不穩定環境中。自動化電腦具有寬廣的溫度範圍，能夠處理部署在溫度低至 -40⁰C 或高達 85⁰C 的環境中。因此，無論您是在夏季的撒哈拉沙漠還是冬季的冰天雪地南極洲部署自動化工業電腦，自動化運算裝置都能夠可靠且最佳地運作。
自動化工業電腦的用途是什麼？
自動化工業電腦通常用於控制工業環境中的工廠製程、機械和設備。自動化電腦是工業自動化不可或缺的一部分，可讓企業和組織提高其產量、生產力和效率。
嵌入式自動化電腦可用作物聯網閘道，實現感測器、裝置和工廠機械之間的連接和通訊。物聯網閘道可實現裝置對裝置通訊，以及裝置對雲端通訊。簡而言之，物聯網閘道有助於不同資料來源和目的地之間的通訊。作為物聯網閘道，自動化工業電腦可以在本地收集、處理和分析資訊，僅將後處理的資訊傳送至雲端進行遠端監控。
此外，作為物聯網閘道運作的自動化電腦能夠完成以下任務：
- 促進與新舊技術的溝通
- 數據處理、過濾和分析
- 促進設備與設備之間的通訊
- 促進設備與雲端之間的通訊
- 啟用遠端監控和控制
- 託管數據
- 啟用資料視覺化
- 診斷和故障排除系統
話雖如此，將自動化電腦部署為物聯網閘道的主要優點是它們能夠在網路邊緣本地處理數據。在邊緣收集、處理和分析數據可以實現即時數據分析和決策制定。
低功耗自動化電腦非常適合從感測器收集數據，這些感測器可以轉譯周遭發生的事情。例如，它們收集溫度、光線、聲音、振動、流量、運動和許多其他類型的感測資訊。
Premio 的 BCO-1000 系列無風扇自動化電腦和 RCO-1000 系列堅固耐用的自動化電腦非常適合執行基本、入門級任務。BCO-1000 系列自動化工業電腦具有成本競爭力，同時提供適度的性能，非常適合部署為物聯網閘道，以將裝置相互連接並連接到雲端。BCO-1000 和 RCO-1000 系列的決定性特徵是其小巧和無風扇設計，使其能夠部署在空間受限的環境中，而一般全尺寸桌上型電腦無法容納。
此外，自動化工業電腦的另一個優勢是它們配備雙 GigE RJ45 區域網路連接埠，可用於連接兩個不同的網路以實現自動化規模。此外，當兩個連接埠綁定在一起時，可以將其配置為以 2 Gbps 的速度向上游和下游傳輸數據。
BCO-1000 和 RCO 1000 系列採用久經考驗的 Intel® Celeron® 四核心 J1900 處理器，提供適度的性能和能源效率。Intel® J1900 配備四個時脈為 2.0 GHz 的核心，TDP 額定值為 10 瓦，使其成為入門級工業自動化無風扇運算的最佳解決方案之一。
話雖如此，如果您正在尋找更強大的選項來執行進階工業自動化任務，例如機器視覺或推論分析，您應該探索更強大的運算解決方案，這些解決方案提供 AI 邊緣推論運算效能，並在 CPU/GPU 處理方面提供高效能加速，以及存取 SATA 和現在高速 NVMe 的大容量儲存空間。
如果您需要功能強大的工業電腦，能夠輕鬆執行 AI 推理分析，您應該探索 RCO 6120、VCO 6131E 和 VCO 6133E 系列的 AI 邊緣推理電腦。推理電腦可以配置極其強大的 Intel 第九代 Core 處理器，實現極快的效能，以及 GPU，以提供額外的運算能力來執行推理分析，加快檢測人眼無法察覺的產品缺陷的過程。
例如，RCO 6120 系列、VCO 6131E 系列和 VCO 6133E 系列推論電腦可配置 Intel Core i7-9700E 處理器，其具有 8 個核心，基礎頻率為 2.60 GHz，升頻頻率為 4.40 GHz，TDP 為 65 瓦，全部採用工業級無風扇外殼。
AI 推理工業電腦的設計和建造旨在為組織提供強大的處理能力、高速儲存和高速連線能力，並在工廠自動化生產線上實現極低的延遲。此外，它們還可以配置 GPU（圖形處理單元），例如 Nvidia 的 RTX 2060 GPU，以加速效能，在邊緣高速且準確地運行機器學習演算法。
在自動化方面，使用 GPU 配置系統可以為自動化電腦提供必要的運算能力，以即時執行推論分析和物件識別。隨著大量的物聯網感測器上線並將資料洞察推送到自動化電腦中，提供最新的數位高速傳輸 I/O 連接埠也很重要。例如，許多使用機器視覺攝影機的自動化設置都利用 PoE+ GigE (IEEE 802.3at) 連接埠（電源 + 資料）和 USB 3.1 Gen 2 連接埠，以實現 10Gbps 的驚人傳輸速度。
此外，堅固耐用的工業自動化電腦能夠處理複雜且資料密集的應用程式，同時在最不穩定的工廠環境中存活下來，這使得堅固耐用的自動化運算解決方案成為自動產品線檢測的理想選擇。
過去，產品和零件必須手動檢查。其運作方式是從數百或數千個製造的產品中選擇幾個，並檢查其中少數幾個，以確保沒有明顯的缺陷。然而，隨著機器視覺運算的進步，自動化電腦可以部署來檢查生產線上的每個產品或零件。這大大減少了帶有缺陷離開工廠的產品或零件數量，並減少了執行此類檢查所需的人力。
推論分析和機器視覺透過將資料處理和分析移至網路邊緣而成為可能。將資料處理和分析移至網路邊緣可以減少與在雲端傳送、處理和分析資料相關的延遲。這是因為資料不必長途跋涉數千英里到資料中心進行處理、分析並發送回原始裝置。僅依賴雲端來處理和分析產品缺陷將會由於資料分析和發送回原始裝置所需的時間而導致遺漏檢測。
因此，無論您需要自動化工業電腦作為物聯網閘道器還是執行機器視覺，您都應該探索 Premio 提供的各種自動化電腦。Premio 提供小型自動化電腦，非常適合小型緊湊型入門級自動化應用，可以放在您的手掌中，以及更強大的自動化運算解決方案，配備 GPU 以處理更複雜的自動化工作負載，例如機器視覺和推論分析。
工業 4.0 應用中自動化電腦的角色是什麼？
1. 連接設備
自動化電腦用於連接和控制各種感測器、攝影機、工廠機械和物聯網裝置，彼此之間以及與雲端連接。自動化工業電腦由於其堅固耐用的設計和製造品質，能夠在惡劣的工業環境中生存，使其能夠在消費級電腦無法生存的環境中可靠有效地運行，從而有效降低總持有成本 (TCO)。
2. 實現預測性維護
組織經常使用自動化電腦來實現預測性維護。預測性維護最佳化工廠的生產力，因為工廠依賴其機械和設備正常運行來製造組件和產品。當工廠設備或機械故障或損壞時，這會導致工廠正常運作中斷，使工廠花費大量的金錢。因此，自動化電腦收集、處理和分析資訊，以預測何時會發生故障或損壞，並提醒工廠操作員在適當的時間執行維護，以防止機械在生產過程中在不合適的時間損壞或故障。
3. 遠端存取與控制
自動化電腦通常連接到工廠中的設備、感測器和機械。這使得工廠操作員能夠遠端控制和監控工廠設備和機械，而無需親自到工廠現場。例如，許多智慧自動化設施現在部署和使用機器人來協助管理許多以前由人工完成的製造作業。
自動化電腦如何整合工作負載？
部署自動化工業電腦的主要優點之一是它們能夠整合工作負載。自動化運算解決方案能夠連接新舊技術，使部署它們的企業和組織可以透過部署邊緣電腦來同時處理多個工作負載，從而減少所需的硬體數量。
例如，邊緣電腦可用於從各種感測器、攝影機和工業機械中收集資訊並進行處理，而無需部署多個硬體來單獨管理每個裝置。
最終，自動化工業電腦可以透過承擔獨立專用硬體的功能，將多個電腦化操作整合到更少的平台上。這簡化了操作，並縮小了需要管理的基礎設施規模。
自動化電腦系統可配置各種不同的連接埠，透過 USB 3.1 Gen 2 (10 Gbps) 連接埠支援新技術，並透過串列 COM 連接埠支援舊技術。此外，子卡可用於新增 USB、COM 和 RJ45/M12 鎖定乙太網路連接埠。
話雖如此，隨著工業物聯網 (IIoT) 裝置數量的持續增加，這類裝置所提供的資料量也隨之增加。現有的基礎設施將無法應付資料量的增加，因此需要將自動化電腦部署在網路邊緣，以減輕 IIoT 裝置數量增加對雲端和資料中心造成的負擔。
總體而言，在邊緣部署自動化電腦為組織和企業提供了一種具有成本效益的方法，可以在擴展 IIoT 的同時減少與資料中心或雲端基礎設施的直接通訊，以執行需要即時資料分析和決策制定，並整合其 IT（資訊科技）與 OT（營運科技）基礎設施的任務。
從大型數據中心的雲端運算轉向邊緣電腦，使得利用即時監控和決策的工業自動化應用成為可能。例如，許多工業自動化設施正在部署自動化電腦，以協助利用機器人技術來提高特定任務的生產力和效率，讓人們能夠專注於其他關鍵任務。
常見的工業自動化協議有哪些？
工業協議是即時通訊協議，用於連接構成工業控制系統的系統、介面和其他裝置。過去，此類協議是透過串列埠使用 RS-232/485 以低速通訊，速度範圍從 9.6Kbps 到 38.4 Kbps。然而，最近此類系統已發展，允許透過乙太網路通訊，使用諸如 TCP/IP 和 UDP/IP 等協議。
其中一項主要協定是現場總線協定 (Fieldbus protocol)，它代表了廣泛的協定，通常用於連接製程相關設備（例如感測器）到基本控制設備（例如自動化電腦和 PLC (可程式邏輯控制器)），以及控制監控系統的設備（例如 HMI (人機介面)）。
例如，溫度感測器可用於在偵測到超過預定閾值的溫度時觸發警報，以便操作員可以採取行動。因此，現場總線協議的開發旨在解決在工業環境中連接許多設備所涉及的一些獨特挑戰。如今，工業製造環境中使用了許多現場總線協議，以將感測器和設備相互連接。
PROFIBUS 協議是目前工業環境中使用最廣泛的現場總線協議。目前 PROFIBUS 協議有兩種主要變體，包括 PROFIBUS DP 和 PROFIBUS DA 協議。PROFIBUS DP（分散式周邊）是更常用的協議，因為它實現了控制器與用於生產自動化應用中的感測器/致動器之間的通訊。
PROFIBUS PA (製程自動化) 主要用於監控測量設備。也就是說，PROFIBUS PA 和 PROFIBUS DA 共用相同的協議，因此它們可以互換使用。PROFIBUS 協議的主要優點是它能夠在各種連接設備之間發送診斷訊息，使工廠操作員能夠監控每個設備的狀態。
EtherCAT、EtherNet/IP 和 PROFINET 協定在連結/網路層使用標準乙太網路纜線，但修改應用程式層以改進工業自動化和程序控制。這些協定的兩個顯著優點是它們提供更快的速度和連接更多設備的能力。由於這些協定使用相同的乙太網路實體層，因此它們能夠以高達 1Gbps 的速度傳輸數據，而 PROFIBUS 協定僅能達到 12Mbps。
EtherCAT 能夠支援多達 65,536 個設備，而 EtherNet/IP 和 PROFINET 能夠支援無限數量的設備。此外，由於這些協定能夠以高數據傳輸速度運行，它們提供極低的週期時間（小於 100 微秒），從而實現所有設備之間極其精確的時間同步。這對於需要控制器和設備之間同步的即時應用至關重要。
我們將討論的最後一個協定是 CANopen 協定，它主要為運動控制系統設計。CANopen 的主要應用是馬達和機器人控制器。CANopen 基於 CANBus 協定，後者主要用於汽車應用。該協定最顯著的優點是它可以使用 CANBus 中現有的硬體和纜線。話雖如此，CANopen 只能連接多達 127 個設備，並且數據傳輸速度最高為 1 Mbps。
加固型自動化電腦有哪些優勢？
讓我們討論一下部署加固型自動化 PC 的一些優勢。
1. 寬廣的溫度範圍
自動化電腦經過設計、製造，並配備了支援寬廣溫度範圍的元件，使自動化運算解決方案能夠在各種不同的極端環境中運行。例如，由於採用了寬溫度元件和此類系統中使用的被動冷卻技術，Premio 自動化 PC 能夠在溫度達到 -40⁰C 的嚴寒環境和溫度達到 85⁰C 的酷熱環境中運行。
2. 抗震和抗振動能力
自動化電腦是工業級電腦，經過設計和建造，可承受頻繁的衝擊和振動。這些系統能夠承受衝擊和振動，因為自動化電腦製造商已從系統中消除纜線的使用，這減少了在遭受衝擊和振動時可能發生故障的零件數量。自動化 PC 能夠根據 MIL-STD-810G 承受 5GRMs 的振動以及 50Gs 的衝擊。
3. 防塵與防碎屑保護
自動化電腦提供防塵和防碎屑保護。這些電腦系統採用無風扇設計，無需風扇在系統中循環空氣，使自動化電腦製造商能夠創建一個防塵、防碎屑和防水的閉合系統。這使得自動化電腦即使在經常暴露於灰塵和碎屑的惡劣環境中也能可靠運行。此外，Premio 為極端部署提供了多種加固型電腦選項，這些選項具有防塵和防水的入口防護 (IP) 等級。例如，WCO 系列自動化電腦具有 IP 65/67 等級。
4. 精巧設計
自動化運算解決方案是佔地面積小的加固型 PC，使其能夠部署在空間有限的環境中，這些環境不足以容納全尺寸的桌面電腦。此類系統的緊湊性之所以成為可能，是因為小型自動化 PC 的無風扇設計允許電腦小型化，因為不需要風扇來冷卻敏感的內部組件。相反，無風扇自動化電腦透過散熱片進行冷卻，散熱片將熱量從內部發熱組件傳導到 PC 的外殼，然後外殼將熱量散發到系統周圍的空氣中。
5. 工業 I/O 埠
自動化電腦配備數位 I/O 和通用 I/O 埠，使自動化 PC 能夠連接到沒有通用介面（例如 USB 埠或舊式序列埠）的電子設備和/或感測器。此類設備包括感測器、警報器、運動檢測器和生產線控制器。透過將此類設備連接到自動化電腦的 DIO 埠，自動化 PC 可以透過軟體控制設備的動作或觸發。例如，如果您有一個連接到 DIO 輸入埠的警報感測器和一個連接到 DIO 對應輸出埠的警報器，如果軟體透過輸入埠檢測到警報狀態的變化，則可以將輸出埠編程為發出警報。常見的自動化運算解決方案可以配置八個輸入和八個輸出 DIO 隔離，允許系統對不同的觸發事件做出反應。
6. 工業級組件
此外，自動化 PC 採用工業級組件製造，因此即使它們與普通桌上型電腦共用相同的組件，這些組件也經過測試和驗證，可以在商用級桌上型電腦無法運行的惡劣環境中可靠運行。此外，自主電腦通常配備 SSD（固態硬碟），這增加了系統的堅固性，因為數據儲存在 NAND 晶片上，而不是儲存在旋轉盤上的普通硬碟（HDD）上。將數據儲存在矽晶片上使電腦更可靠，因為矽晶片比硬碟的旋轉盤更能承受衝擊和振動。
7. 寬廣的電源範圍
自動化 PC 的設計與 9 到 50VDC 的寬廣輸入電壓相容，可與多種不同的電源輸入情境相容。此外，自動化電腦還設計有多種電源保護功能，包括過壓保護、浪湧保護和反極性保護。
過壓保護可在系統檢測到電壓超過系統安全水平時保護系統。浪湧保護透過將電能導入地面來保護系統免受電湧的影響。反極性保護可在電源極性反轉時保護內部敏感組件。
8. 有線與無線連接
自動化電腦配備多種有線和無線連接選項。所有自動化 PC 都配備 RJ45 LAN 埠，能夠提供 1GbE 到 10GbE 的極快數據傳輸速度。此外，這些運算解決方案可以配備額外的 RJ45/M12 乙太網路埠，能夠透過單一乙太網路纜線提供 PoE+ (IEEE 802.3at) 數據和電源。
在無線連接方面，自動化 PC 配備最新的 Wi-Fi 6，用於無線 LAN 連接。如果沒有 Wi-Fi 連接，自動化 PC 仍然可以透過蜂窩連接（包括 4G、LTE 和 5G）連接到網際網路以卸載關鍵數據，提供高速通訊，實現數據遙測、遠端監控和 IoT 應用程式。
此外，自動化運算解決方案配備藍牙連接，允許自動化電腦連接到低功耗藍牙設備。話雖如此，藍牙無法提供 Wi-Fi 的範圍和速度，但它確實提供可靠的一對一連接和多對多連接。
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常見問題 (FAQs)
1. 自動化是好是壞？
自動化的主要優點是它提高了流程的生產力和效率，因為機器人能夠 24/7 可靠地執行任務，這意味著工廠能夠以更低的成本生產更多產品。此外，自動化導致更好的產品離開生產線，因為自動化電腦能夠檢查所有產品，確保沒有有缺陷的產品或組件離開工廠。此外，自動化是好的，因為它允許工廠自動化危險任務，從而保護員工免於執行這些任務。
2. 工業電腦如何用於自動化？
工業電腦用於提高工廠的生產力和性能，使預測性維護成為可能，提高設備利用率，遠端存取控制系統，以及遠端監控工廠機械和產出。由於工業電腦在嚴苛的惡劣環境下進行測試，因此它們非常適合工廠車間的自動化基礎設施。
3. 部署自動化電腦有什麼好處？
自動化電腦的優點包括：靜音操作、抗震和抗振動、防塵防碎屑、更高的可靠性和耐用性、佔地面積小以實現空間受限部署、低功耗，以及在多種不同環境中運行。