邊緣運算是將嵌入式系統部署在資料生成的來源處，即時處理本地資料。工業和戶外部署帶來了新的挑戰，設備不僅需要強大的計算能力，還需要能夠承受極端環境。極端環境可能涉及高溫、低溫、劇烈震動、持續振動、水淋和灰塵暴露。對於標準的桌上型電腦，水和灰塵暴露是最具威脅性的因素之一，可能導致即時故障和永久性損壞。因此，對於戶外部署，組織應考慮只部署具備IP防護等級的嵌入式電腦，例如IP67嵌入式系統，以確保其可靠性、耐用性和長壽命，有效抵禦極端水淋和微小灰塵顆粒的侵害。此外，在這篇部落格文章中，我們將討論一些解決水和灰塵顆粒問題的選項，並解釋IP67嵌入式系統如何適用於戶外工業部署。
兩種簡單的解決方案，可防禦多塵和潮濕環境
1. 使用NEMA外殼
2. 部署高IP等級的設備
什麼是NEMA外殼？
NEMA外殼是一種外殼標準，已被廣泛應用於各種等級的電氣元件外殼，這些外殼通常用於惡劣環境下的工業應用。NEMA是美國國家電氣製造商協會的縮寫，是北美電氣外殼的標準。也就是說，NEMA外殼提供了一個保護電腦免受外部暴露，主要是防止水和灰塵進入的保護裝置。
在各種NEMA外殼類型中，NEMA 4或NEMA 4X是最受歡迎的戶外嵌入式計算應用外殼。NEMA 4可保護電腦系統免受灰塵、雨水、冰雹、風沙、結冰和濺水的影響，這相當於部署IP65/IP66等級的工業電腦。一些NEMA外殼還可以塗上額外的防腐蝕材料以防止生鏽。然而，標準的NEMA外殼應足以保護工業電腦免受上述具有挑戰性的環境因素的影響。
為什麼NEMA還不夠？
儘管為戶外計算解決方案選擇NEMA外殼可能相當直接，但仍存在一些缺點和令人信服的理由，說明NEMA外殼可能不是極端環境解決方案的正確選擇。
首先，由於NEMA外殼種類繁多，這使得選擇適合您應用的外殼變得複雜且令人沮喪。NEMA外殼具有各種形狀、尺寸、材料、等級、安裝方式和額外功能（如外部塗層）的組合。簡單地為您的應用選擇一個一體化解決方案可能會令人困惑，更重要的是，錯誤的決定可能導致洩漏，造成公司巨大的潛在停機損失。NEMA外殼也可能很昂貴，特別是對於需要獨特尺寸、外部塗層、不同材料、安裝選項等客製化要求，很容易因不必要的請求而增加總體成本。
其次，安裝NEMA機箱可能很棘手，有時您需要鑽孔才能安裝機箱並修改I/O輸入。這可能是一個挑戰，特別是對於較硬的材料。此外，在邊緣計算中，許多空間受限的應用使得笨重的NEMA機箱難以安裝到狹小的空間中。即使它們完美契合，您仍然需要一個間隙，以便在安裝、修改或維護期間打開和關閉機箱。需要注意的是，如果您使用的是非防水電腦，那麼在打開機箱時要格外小心，以免雨水進入機箱內的電腦。
此外，還有額外的人為錯誤風險，可能危及應用程式，例如，如果使用者沒有正確安裝或關閉外殼，水和/或灰塵可能會進入電腦，從而損壞電腦。也就是說，利用NEMA外殼會出現太多的風險和困難，因此，為您的應用程式利用高IP等級的嵌入式系統會簡單得多。
什麼是 IP 防護等級？
Ingress protection rating，簡稱IP防護等級，是一種衡量和驗證系統防止微小水滴和灰塵顆粒進入電子設備能力的標準。IP防護等級由兩個數字組成，代表防塵和防水顆粒的保護等級。第一個數字表示防護微小灰塵顆粒的程度，第二個數字表示防護微小水滴的程度。
IP67代表什麼？
IP67嵌入式系統能夠在1米深的水中完全浸泡長達30分鐘，而不會影響系統，提供完全的內部元件防塵保護。防塵防水的IP67嵌入式系統非常適合在惡劣環境條件下進行工業部署。有了IP67等級的電腦，無需使用NEMA外殼來保護外部暴露，並且應用程式也能在空間受限的部署中運行。
IP67 PC的製造品質
1. 無風扇設計
IP67 電腦在其架構中採用無風扇設計，利用被動散熱將熱量從內部元件散發到外殼，外殼既是堅固的機箱，又是散熱器，將熱量散發到系統周圍的空氣中。透過採用無風扇設計，Premio 解決了與使用風扇冷卻系統相關的一些問題。相反，IP67 工業堅固型電腦在其 PCH（平台控制器集線器）和 CPU（中央處理單元）上實施散熱器，以冷卻電腦最熱的元件。這些散熱器由導熱性極佳的材料（鋁和銅熱管）製成，對於散熱非常有效。畢竟，沒有風扇通風孔，更容易製造防水防塵的 IP67 電腦。
2. 一體成型外殼
IP67 堅固型嵌入式電腦與市面上許多NEMA機箱和標準桌上型電腦相比，更具耐用性。機箱採用擠壓鋁材和重型金屬一體成型，使IP67工業PC堅固耐用且耐腐蝕。一體成型機箱而非多個連接部件，大大提高了設備的可靠性、耐用性和使用壽命。此外，IP67堅固型PC氣密性良好，無需任何間隙和螺絲即可連接外殼，從而提高了防護等級。
3. M12 連接器
IP67等級的工業電腦配備M12帶PoE（乙太網路供電）連接器，能夠透過單一電纜傳輸資料和電源。M12連接器有助於防塵防水。M12連接器由於其防塵防水特性而非常可靠，易於安裝，並旨在降低故障風險。M12連接器的防護等級至少為IP67，最高可達IP69K。M12電纜體積小，直徑僅為12毫米，內部填充360˚ EMI（電磁干擾）屏蔽，確保與其他電子設備之間的連接安全。
IP67電腦的實際應用
高IP等級的電腦最適合用於處理持續接觸水和灰塵的環境，如果密封不當，可能會影響設備的性能。採礦、汽車、食品製造、飲料加工、醫療保健、戶外售貨亭等行業經常面臨灰塵暴露、大雨和極端沖洗。這就是為什麼您的邊緣應用需要一個密封嚴密的IP67嵌入式系統。
IP67工業嵌入式系統的其他優勢？
IP67極端堅固型工業PC不僅配備了嚴密的侵入防護功能，還在其他方面堅固耐用，為極端環境下的工業應用部署提供一體化解決方案。
1. 寬溫
由於高導熱散熱器和兼作散熱器的一體式機箱，IP67嵌入式PC能夠在從零下40℃到高溫70℃的極端寒冷和炎熱環境中運行，同時保持其嚴密的IP67密封。
2. 防震抗振動：無纜線設計
IP67 堅固型工業 PC 還具備抗劇烈衝擊和持續振動的能力，符合甚至超越 MIL-STD-810G 的衝擊和振動抵抗標準。IP67 極端工業電腦能夠承受 50G 的衝擊（半正弦波，11 毫秒，帶 SSD）和 5 Grms 的振動（5-500Hz，0.5 小時/軸，帶 SSD）。由於其無風扇設計、無纜線設計、一體式設計和工業級零件，IP67 工業 PC 極其堅固。
3. 電源保護
當將IP67電腦嵌入外部系統時，控制電壓輸入的能力對於延長硬體壽命至關重要。高IP等級的嵌入式系統配備了OVP（過壓保護）、OCP（過流保護）和寬範圍電壓輸入。OVP功能會自動切斷超過55V的電源輸入，以避免燒毀內部組件，並且系統兼容9V至48V的輸入，適用於不同應用。此外，電源點火管理系統使得系統在汽車行業的部署中具有極大的多功能性。
4. 易於安裝且使用者友善
IP67 等級的堅固型電腦配備了壁掛式安裝座，使其能夠普遍地安裝在任何可能的配置中。此外，憑藉一體式設計，IP67 嵌入式系統無需任何特殊設備即可輕鬆拆卸和調整。
5. 合法測試與驗證流程
為確保系統在極端部署下長期運行的可靠性、耐用性和壽命，IP67嵌入式系統經過了嚴格的測試和驗證過程。每種IP67嵌入式系統都在可靠的綜合測試設施中進行測試和驗證，以進行運行驗證過程，例如在溫濕度箱、1500 KGF振動測試儀、熱衝擊斜坡箱、紅外熱傳感器、訊號完整性測試儀、IP等級測試儀和電氣測試儀中進行。
IP67 替代方案
為了根據個人需求精確匹配應用解決方案，還有其他出色的IP67替代方案，可提供高防護等級，抵禦微小灰塵和水顆粒。IP65嵌入式系統也是針對不太極端的戶外應用的一個不錯的選擇。或者，如果您需要為系統應用增加額外保證，則可以採用高IP等級型號與NEMA外殼的混合模式。