Máy tính hộp Advantech EPC-R3220 là máy nhúng nền ARM cỡ nhỏ, dựng quanh vi xử lý TI Sitara AM3352 nhân Cortex-A8, tiêu thụ 4,7 W và gá được lên thanh ray DIN. Máy sinh ra cho một việc rất cụ thể: gom số liệu từ các thiết bị nối tiếp trong tủ rồi đẩy lên mạng. Vì vậy câu hỏi đáng trả lời không phải máy mạnh cỡ nào, mà một máy gom được bao nhiêu thiết bị và đi dây ra sao.
Thông số kỹ thuật EPC-R3220
Bảng dưới nêu thông số công bố của EPC-R3220.
| Hạng mục | Thông số EPC-R3220 |
|---|---|
| Kiểu máy | Máy tính hộp nhúng nền ARM, không quạt |
| Vi xử lý | TI Sitara AM3352, nhân ARM Cortex-A8, 800 MHz |
| Bộ nhớ | 1 GB DDR3 800 MHz hàn sẵn trên bo |
| Lưu trữ trong | 8 GB eMMC NAND cho hệ điều hành, 4 MB SPI NOR cho bộ nạp khởi động của hãng |
| Cổng mạng | 2 cổng 10/100/1000 Mbps, bộ thu phát RTL8211 |
| Cổng nối tiếp | 2 cổng RS-232 hoặc RS-485 |
| Vào ra số | 6 chân GPIO |
| Giao thức thu thập dữ liệu | Modbus và OPC UA |
| Thẻ nhớ | 1 khe microSD |
| Khe SIM | 1 khe Nano SIM |
| Không dây và mở rộng | Wi-Fi và Bluetooth tích hợp, 1 khe mini PCIe, mở rộng được sang mô-đun LTE |
| Nguồn cấp | 12 tới 24 V một chiều, đầu vào có khoá hai cực |
| Điện tiêu thụ | 4,7 W |
| Nhiệt độ làm việc | Âm 20 tới 70 độ C |
| Độ ẩm | 5 tới 95 phần trăm, không ngưng tụ |
| Kích thước | 139 x 85 x 30 mm |
| Kiểu gá | Thanh ray DIN và gá tường |
| Bảo vệ hệ thống | Bộ hẹn giờ giám sát phần cứng |
| Hệ điều hành | Linux Yocto 2.4 |
Ba con số đáng nhớ: 4,7 W nên máy gần như không làm nóng tủ, dải âm 20 tới 70 độ C nên đặt được trong tủ kín ngoài trời có che chắn, và thân 139 x 85 x 30 mm nên chiếm đúng một khoảng nhỏ trên thanh ray.
Hai cổng nối tiếp gom được bao nhiêu thiết bị
Đây là phần hay bị tính nhầm nhất khi lập bản vẽ. Số cổng vật lý là hai, nhưng số thiết bị gom được lớn hơn nhiều nếu đấu đúng kiểu. Bảng dưới đọc theo cách đấu, không đọc theo số cổng.
| Cách đấu | Số thiết bị trên một cổng | Giới hạn về dây và tốc độ | Phải thêm thiết bị gì |
|---|---|---|---|
| RS-232 điểm tới điểm | Một thiết bị | Chiều dài dây rất ngắn, thường chỉ vài mét trong tủ | Không, nhưng mỗi thiết bị chiếm trọn một cổng |
| RS-485 hai dây, đấu nhiều điểm | Khoảng ba mươi mốt thiết bị cùng một máy chủ với bộ thu phát tiêu chuẩn | Dây tổng dài tới hàng trăm mét khi hạ tốc độ truyền, đi theo một tuyến thẳng | Điện trở đầu cuối ở hai đầu tuyến, dây xoắn đôi có vỏ chống nhiễu |
| Vượt số thiết bị của một nhánh | Chia thành nhiều nhánh, mỗi nhánh một bộ chuyển đổi | Mỗi nhánh giữ giới hạn riêng, không cộng dồn chiều dài | Bộ chuyển đổi cổng nối tiếp sang mạng, đấu vào cổng mạng của máy |
| Thiết bị chỉ có cổng USB | Theo số cổng USB còn trống | Dây USB ngắn, không hợp đi trong máng cáp dài | Bộ chuyển USB sang RS-485, kèm trình điều khiển cho nền Linux |
Rút ra hai điều cho bản vẽ. Thứ nhất, một máy EPC-R3220 gom được vài chục đồng hồ đo Modbus nếu chúng nằm trên hai nhánh RS-485 đi theo tuyến thẳng, chứ không phải chỉ hai thiết bị. Thứ hai, khi thiết bị nằm rải rác nhiều tủ cách xa nhau, hướng đúng là dùng bộ chuyển đổi cổng nối tiếp sang mạng và đấu qua hai cổng mạng của máy, thay vì kéo một tuyến RS-485 đi vòng cả xưởng. Cách ghép các bộ chuyển đổi này được nêu ở bài Modbus gateway, còn các bộ thu thập tín hiệu rời nằm ở bài bộ thu thập dữ liệu và remote I/O ADAM.
EPC-R3220 dùng cho việc gì
- Trạm gom số liệu điện năng. Đồng hồ đo điện trong tủ phân phối thường nói Modbus RTU trên RS-485. Một máy đặt trên thanh ray gom cả tủ rồi đẩy số liệu lên hệ thống quản lý qua cổng mạng, không cần máy tính công nghiệp cỡ lớn.
- Cổng nối giữa máy cũ và hệ thống mới. Nhiều máy sản xuất đời cũ chỉ có cổng nối tiếp. Máy đọc dữ liệu từ chúng theo Modbus rồi phát lại theo OPC UA cho lớp phần mềm phía trên, giúp giữ nguyên máy cũ mà vẫn kết nối được.
- Trạm quan trắc ngoài trời. Dải âm 20 tới 70 độ C cùng mức tiêu thụ 4,7 W cho phép đặt máy trong tủ nhỏ ngoài hiện trường, chạy bằng nguồn 12 V hoặc 24 V, kèm khe SIM để đẩy dữ liệu về khi không có mạng dây.
- Điểm giám sát trạng thái thiết bị. Sáu chân vào ra số đủ để đọc tiếp điểm báo lỗi, báo cửa tủ mở hoặc báo mức, rồi gộp chung với số liệu nối tiếp trong cùng một bản tin gửi về trung tâm.
So sánh theo số cổng nối tiếp và kiểu gá
Bốn máy dưới đây so theo đúng trục của bài: số cổng nối tiếp có sẵn và cách gá vào tủ. Số liệu các máy đối chiếu lấy theo thông số công bố của hãng.
| Model | Cổng nối tiếp | Cổng mạng | Kiểu gá | Chọn khi nào |
|---|---|---|---|---|
| EPC-R3220 | 2 cổng RS-232 hoặc RS-485 | 2 cổng Gigabit | Thanh ray DIN và gá tường | Gom vài chục thiết bị Modbus trên một hoặc hai nhánh, cần máy nhỏ và ít điện |
| UNO-2372G | 4 cổng RS-232, RS-422 hoặc RS-485 | 2 cổng Gigabit | Bộ gá thanh ray là tuỳ chọn, có gá chân đế và gá VESA | Cần bốn nhánh riêng và muốn mở rộng thêm bằng mô-đun iDoor |
| ARK-2121F | 6 cổng RS-232, RS-422 hoặc RS-485 | 2 cổng Gigabit Intel i210 | Gá tường, thân hộp không quạt | Nhiều nhánh nối tiếp cùng lúc, dải nguồn 9 tới 36 V, dải nhiệt âm 20 tới 70 độ C khi dùng SSD và RAM dải nhiệt rộng (0 tới 45 độ C nếu lắp ổ HDD) |
| UNO-4671A | 10 cổng cách ly: 2 RS-232, 4 RS-422 hoặc RS-485, 4 RS-485 | 6 cổng, gồm 2 cổng Gigabit và 4 cổng 10/100 | Máy thân lớn cho tủ trạm điện | Trạm điện cần cổng cách ly và chứng nhận IEC 61850-3, IEEE 1613 |
Cách chọn theo thứ tự tăng dần. Một hoặc hai nhánh thiết bị thì EPC-R3220 là bản nhỏ và tiết kiệm điện nhất. Từ ba tới sáu nhánh, hoặc khi cần chạy phần mềm nền x86, thì UNO-2372G và ARK-2121F hợp hơn. Trạm điện có yêu cầu cách ly và chứng nhận riêng thì phải dùng máy chuyên dụng như UNO-4671A, không thay bằng máy nhúng cỡ nhỏ được.
Vì sao máy trong tủ phải tính vòng đời cung ứng
Máy văn phòng hỏng thì mua máy khác, cắm vào là xong. Máy nhúng trong tủ điện không như vậy. Máy gắn liền với ba thứ khó thay: sơ đồ đấu dây đã nghiệm thu, phần mềm biên dịch cho đúng nền vi xử lý, và chỗ gá đã khoan sẵn trên thanh ray. Đổi mã máy là động vào cả ba.
Thêm một điểm riêng của nền ARM. EPC-R3220 chạy Linux Yocto 2.4 trên vi xử lý TI Sitara AM3352, bộ nhớ và eMMC hàn chết trên bo. Phần mềm chạy trên máy là bản đã biên dịch cho đúng nhân Linux đó. Khi đổi sang máy dùng vi xử lý khác, tệp chạy cũ không dùng lại được, phải biên dịch lại từ mã nguồn. Nếu mã nguồn nằm ở một đơn vị tích hợp đã ngừng hợp tác thì việc thay máy chuyển từ chuyện mua sắm thành chuyện làm lại phần mềm.
Vì vậy kế hoạch vòng đời cho một đội máy nhúng gồm ba việc song song: theo dõi mốc cung ứng của hãng, giữ đủ vật tư dự phòng, và giữ đủ tài liệu để dựng lại một máy. Ba việc này rẻ khi làm sớm và rất đắt khi làm muộn.
Bốn giai đoạn vòng đời cung ứng EPC-R3220
Thiết bị công nghiệp thường đi qua bốn giai đoạn giống nhau. Mốc thời gian cụ thể của từng mã phải tra theo thông báo vòng đời của hãng, bảng dưới chỉ nêu dấu hiệu nhận ra và việc phải làm ở mỗi giai đoạn.
| Giai đoạn | Dấu hiệu nhận ra | Việc phải làm ngay |
|---|---|---|
| Đang cung ứng bình thường | Mã còn trong bảng giá, thời gian giao hàng ổn định | Ghi mã đặt hàng đầy đủ vào hồ sơ hệ thống, lưu bản ảnh eMMC ngay sau khi nghiệm thu |
| Có thông báo ngừng nhận đơn | Hãng công bố mốc nhận đơn cuối và mốc giao hàng cuối | Đếm lại số máy đang chạy, chốt số lượng cho đơn hàng cuối, bắt đầu tìm mã đối chiếu |
| Mua lần cuối | Chỉ còn nhận đơn tới một mốc đã công bố | Đặt đủ máy dự phòng cho phần đời còn lại của hệ thống, đặt kèm cả phụ kiện đi theo máy |
| Hết cung ứng, chỉ còn hỗ trợ | Không đặt được máy mới, chỉ còn tài liệu và phần mềm | Chuyển sang kế hoạch thay dần theo cụm, ưu tiên vị trí quan trọng nhất |
Điểm hay bị bỏ sót nằm ở giai đoạn thứ hai. Thông báo ngừng nhận đơn thường gửi tới đơn vị mua hàng, không tới người vận hành tủ. Cách xử lý gọn là ghi mã đặt hàng của từng máy vào hồ sơ hệ thống ngay khi lắp, rồi mỗi năm một lần hỏi lại trạng thái cung ứng của đúng những mã đó. Một lần hỏi mỗi năm đủ để không bị động.
Giữ dự phòng những gì cho một đội máy đã lắp
Dự phòng không chỉ là máy. Một máy thay vào tủ mà thiếu bản ảnh hệ điều hành thì vẫn phải dừng chuyền để dựng lại cấu hình. Danh sách dưới đây xếp theo thứ tự hay thiếu nhất.
- Bản ảnh eMMC của máy đang chạy. Lưu ngay sau khi nghiệm thu và lưu lại mỗi lần sửa cấu hình lớn. Đây là thứ rẻ nhất và cứu được nhiều thời gian nhất.
- Máy dự phòng cùng mã đặt hàng. Cùng mã, không phải cùng dòng. Hai máy cùng dòng khác hậu tố có thể khác gói kết nối và khác cấu hình cổng.
- Mã nguồn và bộ công cụ biên dịch. Giữ cùng chỗ với bản ảnh. Không có bộ công cụ thì bản vá nhỏ cũng không dựng lại được.
- Phụ kiện đi theo máy. Đầu nối nguồn có khoá hai cực, giá gá thanh ray, thẻ microSD cùng dung lượng. Những thứ nhỏ này hay hết trước máy.
- Hồ sơ đấu dây. Sơ đồ cổng nối tiếp, địa chỉ từng thiết bị trên nhánh RS-485 và ảnh chụp mặt cổng của máy đang chạy.
Về số lượng, cách tính thường dùng là một máy dự phòng cho mỗi mười máy đang chạy, và tối thiểu một máy cho mỗi vị trí không cho phép dừng quá vài giờ. Máy cất kho cũng cần chăm: cấp nguồn vài giờ mỗi sáu tháng, kiểm tra máy khởi động được và nạp lại bản ảnh mới nhất. Bộ nhớ eMMC và pin đồng hồ thời gian thực suy giảm theo thời gian dù máy nằm yên trong hộp.
Bốn tiêu chí phải khớp khi đổi sang mã khác
Khi không còn mua được máy cùng mã, việc chọn máy thay không bắt đầu từ sức xử lý mà bắt đầu từ những thứ đã cố định trong tủ. Bảng dưới nêu bốn tiêu chí theo thứ tự khó thay đổi, kèm ba hướng đối chiếu có số liệu công bố trên site.
| Tiêu chí phải khớp | Của EPC-R3220 | Hướng đối chiếu | Điều phải kiểm thêm |
|---|---|---|---|
| Nguồn tại điểm đấu | 12 tới 24 V một chiều, đầu vào có khoá hai cực | EPC-R3720 dùng 12 V một chiều, giắc DC có khoá | Tủ đang cấp 24 V thì phải thêm bộ hạ áp hoặc chọn máy nhận dải rộng |
| Cổng nối tiếp và kiểu tín hiệu | 2 cổng RS-232 hoặc RS-485 | EPC-R3720 có 1 RS-485, 1 RS-232 và 1 cổng CAN Bus | Đếm lại số nhánh thực tế, thiếu nhánh thì thêm bộ chuyển đổi cổng nối tiếp qua mạng |
| Kiểu gá và chỗ trống trong tủ | 139 x 85 x 30 mm, gá thanh ray DIN và gá tường | EPC-R3720 gá được thanh ray và treo tường, thân 174 x 108 x 25 mm | Đo lại khoảng trống trên thanh ray trước khi đặt, thân dài hơn có thể vướng máng cáp |
| Nền phần mềm | ARM Cortex-A8, Linux Yocto 2.4 | EPC-R3430 dùng nền ARM NXP i.MX6 trên bo RSB-3430 | Phần mềm phải biên dịch lại cho nền mới, cần giữ mã nguồn |
Nếu tủ đang cấp 24 V và ứng dụng chỉ gom số liệu nối tiếp, hướng dễ nhất đôi khi không phải máy nhúng cùng cỡ mà là một máy hộp nền x86 có nhiều cổng sẵn như UNO-2372G, đổi lại phải chấp nhận thân máy lớn hơn và mức tiêu thụ cao hơn. Quyết định nên dựa trên số nhánh nối tiếp thực tế và chỗ trống còn lại trong tủ.
Mua EPC-R3220 ở đâu
Mã này chưa có trang bán riêng trên site. Các máy hộp không quạt dùng cho hệ thống kết nối nằm ở danh mục máy tính không quạt cho IoT, cùng nhóm với các máy đối chiếu trong bảng trên.
Đề nghị báo giá nên nêu bốn thông tin: danh sách thiết bị cần đọc kèm giao thức của từng thiết bị, khoảng cách từ máy tới thiết bị xa nhất, điện áp tại điểm đấu và nhiệt độ đo được trong tủ. Bốn thông tin này đủ để xác định một máy có gom hết được hay phải chia thành nhiều nhánh. Danh sách các dòng máy nhúng cùng hãng nằm ở chuyên mục máy tính nhúng Advantech trên IPC247. Khi cần lọc nhanh theo số cổng và môi trường lắp đặt, dùng công cụ chọn máy theo yêu cầu.
Câu hỏi thường gặp về EPC-R3220
EPC-R3220 có mấy cổng nối tiếp?
Theo số liệu công bố, máy có hai cổng nối tiếp chọn được kiểu RS-232 hoặc RS-485, kèm sáu chân vào ra số và hai cổng mạng 10/100/1000 Mbps. Số cổng vật lý là hai, nhưng số thiết bị gom được phụ thuộc vào việc đấu theo kiểu điểm tới điểm hay đấu nhiều điểm trên một nhánh RS-485.
Một nhánh RS-485 nối được bao nhiêu thiết bị?
Với bộ thu phát tiêu chuẩn, một nhánh RS-485 thường chịu được khoảng ba mươi mốt thiết bị cùng một máy chủ. Con số thực tế còn phụ thuộc loại thiết bị, chiều dài dây và tốc độ truyền. Khi vượt ngưỡng đó thì phải chia nhánh và thêm bộ lặp hoặc bộ chuyển đổi cổng nối tiếp qua mạng.
Máy hỗ trợ giao thức nào để thu thập dữ liệu?
Máy hỗ trợ Modbus và OPC UA cho việc thu thập dữ liệu. Đây là hai giao thức phổ biến nhất ở lớp thiết bị trường, nên phần lớn đồng hồ đo và bộ điều khiển có sẵn trên thị trường đều ghép được mà không cần viết trình điều khiển riêng.
EPC-R3220 gá được vào đâu?
Máy hỗ trợ cả gá thanh ray DIN lẫn gá tường, thân chỉ 139 x 85 x 30 mm nên chiếm rất ít chỗ trong tủ. Kiểu gá thanh ray phù hợp khi máy nằm cùng hàng với bộ nguồn và các bộ chuyển đổi tín hiệu trong tủ điện.
Dải nhiệt âm 20 tới 70 độ C có ý nghĩa gì khi lắp?
Dải này cho phép đặt máy trong tủ kín không có thông gió và trong tủ ngoài trời có che chắn. Vì máy chỉ tiêu thụ 4,7 W nên lượng nhiệt tự sinh rất thấp, phần nhiệt cần tính chủ yếu đến từ thiết bị khác trong cùng tủ và từ nắng chiếu lên vỏ.
Máy chạy hệ điều hành gì?
Số liệu công bố nêu Linux Yocto 2.4. Đây là nền Linux nhúng dựng theo cấu hình riêng của hãng, kèm bộ nạp khởi động nằm trên vùng nhớ SPI NOR 4 MB. Phần mềm ứng dụng phải biên dịch cho nền ARM, không chạy trực tiếp bản dựng cho máy x86.
Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.
