Một xưởng cơ khí có ba máy phay CNC mua lại, mỗi máy đi kèm một bộ máy tính để bàn chạy phần mềm điều khiển. Hai năm sau, máy tính của máy số 2 khởi động lại giữa ca vì bụi bám kín quạt CPU, máy số 3 mất cổng COM sau khi thay mainboard nên phần mềm không còn nói chuyện được với bộ điều khiển, còn máy số 1 hỏng ổ cứng sau một lần cúp điện đột ngột. Xưởng in nhãn và xưởng đóng gói kế bên cũng gặp cùng chuyện: máy tính chạy phần mềm RIP treo khi trời nóng, máy tính điều khiển máy đóng gói phải thay nguồn mỗi năm.
Điểm chung của ba xưởng là họ đang dùng một chiếc máy tính thiết kế cho bàn làm việc có điều hoà để làm việc của một thiết bị công nghiệp. Bài này giải thích vì sao PC văn phòng gắn trên máy sản xuất hỏng vặt, và cách chọn PC công nghiệp thay thế cho ba nhóm máy hay gặp nhất: máy CNC, máy in công nghiệp và máy đóng gói. Thông số kỹ thuật lấy từ trang sản phẩm và datasheet của Advantech tại thời điểm viết.
Vì sao PC văn phòng gắn trên máy sản xuất lại hỏng vặt?
Máy tính để bàn và máy tính mini văn phòng được thiết kế với năm giả định: nhiệt độ phòng 20–30 °C, không khí sạch, đặt yên trên bàn, nguồn 220 V ổn định và vòng đời 3–4 năm rồi thay. Cạnh một máy CNC hay máy đóng gói, cả năm giả định đều sai.
- Nhiệt: tủ điện máy và góc xưởng mùa hè dễ lên 45–50 °C. PC văn phòng chỉ được kiểm ở 0–35 °C; vượt ngưỡng, CPU tự giảm xung, phần mềm điều khiển giật, máy khởi động lại.
- Bụi và dầu: quạt CPU và quạt nguồn hút phoi nhôm, bụi giấy, hơi dầu tưới nguội vào trong. Bụi giấy ở xưởng in là chất cách nhiệt tốt, bám lên tản nhiệt là máy nóng; phoi kim loại dẫn điện, rơi lên mainboard là chập.
- Rung: trục chính tăng tốc, bàn máy đổi chiều, máy đóng gói dập nhịp hàng chục lần mỗi phút. Ổ cứng cơ, quạt và jack cắm rời là ba thứ hỏng đầu tiên khi rung.
- Nguồn: xưởng có biến tần, động cơ lớn, cúp điện không báo trước. PC văn phòng không có bảo vệ ngược cực hay quá áp, và ổ đĩa thương mại dễ hỏng bảng phân vùng khi mất điện đang ghi.
- Cổng và khe cắm: phần mềm máy CNC đời cũ cần cổng COM thật, card điều khiển chuyển động cắm khe PCI hoặc PCIe. Mainboard văn phòng mới đã bỏ cổng COM và khe PCI, nên thay máy tính đồng nghĩa với thay cả phần mềm và card.
- Vòng đời: máy CNC chạy 10–15 năm. PC văn phòng đổi mainboard mỗi năm; hỏng là không mua lại được đúng cấu hình, driver card cũ không chạy trên Windows mới.
PC công nghiệp là chiếc máy được thiết kế lại từ năm giả định ngược lại. Bài máy tính công nghiệp là gì trên site đã giải thích khái niệm; ở đây đi thẳng vào việc chọn máy cho từng loại máy sản xuất.
Ba nhóm máy, ba kiểu yêu cầu khác nhau
Máy CNC và máy công cụ
Máy tính trên máy CNC làm hai việc: chạy phần mềm điều khiển (hoặc HMI của bộ điều khiển) và giao tiếp với bộ điều khiển chuyển động. Giao tiếp này đi qua cổng COM RS-232/485, cổng Ethernet công nghiệp hoặc card điều khiển chuyển động cắm khe PCI/PCIe. Vì vậy yêu cầu số một là đủ cổng và khe đúng chuẩn, sau đó mới đến chịu rung và chịu dầu. Máy tính đặt trong tủ điện của máy nên chịu nhiệt tủ, thường 40–50 °C.
Máy in công nghiệp
Máy in nhãn, in phun công nghiệp, in flexo hay in UV cần máy tính chạy phần mềm RIP (raster image processor — bộ chuyển file thiết kế thành lệnh in) và đẩy dữ liệu qua USB hoặc LAN tốc độ cao. Yêu cầu chính là CPU và RAM đủ cho RIP, ổ SSD nhanh, cổng USB và LAN ổn định trong môi trường bụi giấy, hơi mực và dung môi. Bụi giấy là lý do phải chọn máy không quạt: không có quạt thì không có đường cho bụi vào.
Máy đóng gói, chiết rót, dán nhãn
Máy đóng gói dùng máy tính làm HMI và làm cầu nối giữa PLC với hệ thống quản lý sản xuất, in mã vạch, đọc mã QR, cân định lượng. Yêu cầu là máy nhỏ gắn DIN-rail trong tủ điện, nguồn 24 VDC dùng chung với PLC, nhiều cổng COM và DI/DO, chịu rung của máy dập nhịp và chịu ẩm ở xưởng thực phẩm.
Bảy tiêu chí để so sánh khi chọn máy thay thế
| Tiêu chí | PC văn phòng | PC công nghiệp cần có | Vì sao |
|---|---|---|---|
| Tản nhiệt | Quạt CPU, quạt nguồn | Không quạt, vỏ nhôm tản nhiệt | Không hút bụi, phoi, hơi dầu; không có bộ phận quay hao mòn |
| Dải nhiệt hoạt động | 0–35 °C | -20 đến 60 °C, có dòng -40 đến 60 °C | Tủ điện và góc xưởng nóng hơn phòng làm việc nhiều |
| Rung, sốc | Không công bố | Thử theo IEC 60068-2-64 (rung ngẫu nhiên) và IEC 60068-2-27 (sốc) | Máy dập, trục chính, bàn máy đổi chiều |
| Nguồn | 220 V AC, bộ nguồn ATX | DC dải rộng 9–36 V hoặc 12–28 V, đầu nối terminal bắt vít | Dùng chung nguồn 24 VDC của tủ, không rơi jack khi rung |
| Cổng nối tiếp | 0–1 cổng | 2–6 cổng RS-232/422/485 | Bộ điều khiển, PLC, cân, máy quét mã còn dùng COM |
| Khe mở rộng | PCIe văn phòng, không PCI | PCIe x16/x4, mPCIe, M.2; chassis rack cho card PCI/ISA cũ | Card điều khiển chuyển động, card thu ảnh, card I/O |
| Vòng đời cung cấp | 1–2 năm | Nhiều năm, đổi đời theo lộ trình của hãng | Máy sản xuất chạy hơn 10 năm, cần mua lại đúng loại |
Trong bảy tiêu chí, người mua hay chỉ nhìn CPU và RAM. Thực tế thứ quyết định máy có sống được cạnh máy sản xuất hay không là bốn dòng đầu: tản nhiệt, nhiệt, rung, nguồn. Đây cũng là bài học chung của mọi lần thay máy: khách chỉ nghĩ "máy tính" mà quên yếu tố "công nghiệp".
Bốn cấu hình gợi ý theo cỡ máy
Máy nhỏ gắn DIN-rail cho tủ điện máy đóng gói: ARK-1221L
Trang sản phẩm Advantech ghi ARK-1221L dùng Intel Atom x6413E hoặc Celeron J6412 bốn nhân (có bản Celeron N6210 hai nhân), RAM DDR4 tối đa 32 GB, một khay 2,5 inch SATA, một mSATA và hai khe M.2. Cổng: 2 cổng RS-232/422/485, 8 bit GPIO, 2 LAN 2,5 GbE, 2 USB 3.2 và 2 USB 2.0, HDMI và DP 4K. Nguồn vào 12–28 VDC, tiêu thụ tối đa 18,96 W. Dải nhiệt -40 đến 60 °C với bản Atom và Celeron J6412, rung 3 Grms theo IEC 60068-2-64, sốc 30 G. Kích thước 60 x 158 x 114 mm, gắn DIN-rail hoặc tường.
Đây là cỡ máy cho tủ điện máy đóng gói, máy dán nhãn, máy chiết rót: nguồn 24 VDC lấy thẳng từ nguồn của PLC, hai cổng COM cho cân và máy quét mã, GPIO nối nút bấm và đèn báo. Không quạt nên đóng kín trong tủ được.
Máy mỏng nhiều cổng COM cho máy CNC đời mới: ARK-2251
ARK-2251 dùng Intel Core i3/i5/i7 thế hệ 13 (i3-1315UE, i5-1335UE, i7-1365UE), RAM DDR5-4800 tối đa 64 GB, SSD NVMe M.2 PCIe Gen4 x4 và mSATA. Cổng: 6 cổng RS-232/422/485, 6 USB 3.1, 1 LAN GbE và 2 LAN 2,5 GbE, 8 bit GPIO, 2 CAN bus, 2 HDMI xuất hai màn 4K. Nguồn 12–24 VDC, tiêu thụ tối đa khoảng 38–42 W. Dải nhiệt -20 đến 60 °C với luồng gió 0,7 m/s, rung 3 Grms IEC 60068-2-64, sốc 30 G IEC 60068-2-27. Cao 54 mm, gắn bàn hoặc tường, có thể thêm module iDoor.
Sáu cổng COM là con số hiếm trên máy mỏng: đủ cho bộ điều khiển, tay quay điện tử, đầu đo, máy quét và còn dư. Hai cổng LAN 2,5 GbE cho máy CNC dùng EtherCAT hoặc truyền chương trình gia công lớn. Máy không có khe PCIe nên chỉ hợp với máy CNC dùng bộ điều khiển rời nối qua Ethernet hoặc COM.
Máy có khe PCIe cho máy CNC và máy in dùng card: ARK-3532B
Khi máy CNC hay máy in cần card điều khiển chuyển động, card thu ảnh hoặc card RIP cắm khe, cần dòng có khe mở rộng nhưng vẫn không quạt. Trang Advantech ghi ARK-3532B dùng Intel thế hệ 10 chân LGA1200 từ Celeron G5900E tới Core i9-10900E và Xeon W-1290TE, RAM DDR4 ECC tối đa 64 GB, hai khay 2,5 inch SATA, một mSATA, một M.2. Khe mở rộng: 1 PCIe x16 và 1 PCIe x4, 1 mini PCIe. Cổng: 6 cổng nối tiếp (2 RS-232, 4 RS-232/422/485), 4 LAN GbE, 8 USB, 16 bit GPIO, ba màn hình độc lập. Nguồn 9–36 VDC, tiêu thụ tối đa 64,8 W. Dải nhiệt -20 đến 60 °C với luồng gió 0,7 m/s (0–40 °C khi dùng ổ HDD), rung 3 Grms với SSD, sốc 30 Grms.
Trên site đang có bản ARK-3532D cùng họ; bản B thêm khe PCIe x16 cho card đồ hoạ hoặc card chuyển động cỡ lớn. Với máy in công nghiệp, CPU Core i7 và RAM 32–64 GB ECC là đủ cho RIP file lớn; với máy CNC, khe PCIe x4 nhận card điều khiển chuyển động đời mới.
Khi phải giữ card PCI/ISA cũ: chassis IPC-610-H
Nhiều máy CNC và máy in đời 2000–2010 dùng card PCI, thậm chí ISA, mà nhà sản xuất máy không còn bản mới. Lúc này không thay được bằng máy hộp, mà thay bằng máy tính công nghiệp dạng rack với bo backplane có khe PCI/ISA. Advantech IPC-610-H là chassis 4U rack 19 inch nhận tới 15 card mở rộng qua backplane, có ba khay 5,25 inch và một khay 3,5 inch, hai quạt 12 cm 82 CFM có lọc bụi tháo được từ mặt trước, nguồn đơn hoặc dự phòng tới 500 W, cửa trước có khoá. Hãng công bố dải nhiệt hoạt động 0–40 °C, rung hoạt động 1 Grms, nặng 15 kg.
Máy dạng này vẫn có quạt, nhưng là quạt có lọc bụi và tháo lọc không cần mở máy; và điểm quan trọng là giữ được card cũ, phần mềm cũ, driver cũ. Trang sản phẩm Advantech IPC-610 trên site mô tả cấu hình đầy đủ.
Năm bước chuyển từ PC văn phòng sang PC công nghiệp
- Chụp lại toàn bộ cổng đang cắm trên máy cũ: COM, LPT, USB, LAN, card trong khe, và ghi từng dây đi đâu. Đây là danh sách cổng tối thiểu máy mới phải có.
- Xác định hệ điều hành và driver phần mềm máy cần. Phần mềm chỉ chạy trên Windows XP/7 32-bit thì cần máy có driver cho hệ điều hành đó, hoặc giữ card cũ trên chassis rack.
- Đo nhiệt chỗ đặt máy trong ca nóng nhất, đúng chỗ máy sẽ nằm. Số này quyết định chọn dòng -20 hay -40 đến 60 °C. Tủ có sẵn 24 VDC thì dùng máy nguồn DC, bỏ hẳn bộ nguồn ATX.
- Chuyển dữ liệu và phần mềm sang SSD công nghiệp, giữ ổ cũ làm bản dự phòng, chạy thử đủ một ca trước khi tháo máy cũ.
- Cố định máy và cáp: bắt DIN-rail hoặc tường, dùng đầu nối bắt vít, kẹp cáp USB. Rung làm rơi jack là lỗi hay gặp nhất sau khi thay máy.
Nếu xưởng chưa xác định được cỡ máy, dòng máy tính hộp không quạt ARK-2232L trên site là điểm bắt đầu quen thuộc cho HMI và giao tiếp PLC; còn danh mục máy tính công nghiệp không quạt trên ipc247.com gom đủ các cỡ máy từ nhiều hãng để so sánh cùng lúc.
Câu hỏi thường gặp
Máy tính mini văn phòng không quạt có thay được PC công nghiệp không?
Không quạt chỉ là một trong bảy tiêu chí. Máy mini văn phòng vẫn dùng nguồn adapter 19 V jack tròn, không có cổng COM, không thử rung, không công bố dải nhiệt trên 35 °C và đổi mainboard theo năm. Gắn cạnh máy CNC vẫn gặp đủ lỗi rơi jack, treo khi nóng và không mua lại được cùng loại.
Phần mềm máy CNC chỉ chạy trên Windows XP thì làm sao?
Có hai hướng: chọn máy tính công nghiệp mà hãng còn cung cấp driver cho hệ điều hành đó (thường là dòng CPU đời thấp hơn), hoặc dùng chassis rack như IPC-610-H với bo CPU card và backplane để giữ nguyên card và hệ điều hành cũ. Cả hai hướng đều cần kiểm danh sách driver trước khi mua.
Có cần mua SSD công nghiệp khi đã mua PC công nghiệp?
Nên. Ổ SSD thương mại là bộ phận hỏng sớm nhất khi mất điện đột ngột và khi ghi log liên tục. SSD công nghiệp có bảo vệ mất điện và dải nhiệt rộng hơn, giá chênh không lớn so với thời gian dừng máy một ca.
Máy đặt trong tủ điện có cần luồng gió 0,7 m/s như datasheet ghi không?
Datasheet Advantech ghi dải nhiệt -20 đến 60 °C "với luồng gió 0,7 m/s", nghĩa là tủ cần có đối lưu nhẹ, ví dụ quạt tủ có lọc hoặc khe thông gió. Tủ kín hoàn toàn thì phải trừ hao vài độ, hoặc chọn dòng -40 đến 60 °C như ARK-1221L để có dư.
Thay máy tính có làm mất bảo hành của máy CNC hay máy in không?
Tuỳ hợp đồng với nhà sản xuất máy. Nên hỏi họ trước và giữ nguyên bộ điều khiển, card và phần mềm gốc; máy tính chỉ là phần chạy phần mềm. Nhiều nhà sản xuất máy chính họ cũng dùng máy tính công nghiệp của các hãng như Advantech bên trong máy.
IPC247 làm được gì cho xưởng của bạn
Đội kỹ thuật IPC247 tư vấn cấu hình theo danh sách cổng, card và phần mềm của máy hiện có; kiểm driver và hệ điều hành trước khi báo giá; cấu hình sẵn SSD công nghiệp, RAM và hệ điều hành theo yêu cầu; hỗ trợ kỹ thuật khi lắp đặt. Với máy đời cũ còn card PCI/ISA, chúng tôi báo giá phương án chassis rack kèm bo CPU card phù hợp. Khách ở TP.HCM và các tỉnh lân cận có thể xem máy mẫu tại văn phòng. Hồ sơ đầy đủ về máy tính công nghiệp nhiều hãng nằm ở ipc247.com, trang chính của Quyết Thắng; site này tập trung vào bài ứng dụng và các model Advantech đang bán.
