BACKGROUND

能源開採現場數據收集與傳輸解決方案

gateway solution for heavy industry

瑞傳科技工業級通訊閘道器嵌入式主板
打造能源開採現場數據收集與傳輸解決方案

解決方案專案背景簡介:

本專案工業用通訊閘道器,是針對在石油及天然氣開採應用所設計,主要負責作業現場數據採集,並透過雲端分發至後端的控制系統,以達到高效能的數據監控與運算的解決方案。此專案部署了上千台閘道器於多國之間,能同時允許授權使用者在遠端使用硬體裝置與應用程式,也因此閘道器必須具備良好的訊號轉換能力,才能流暢穩定地將資料傳輸於雲端與邊緣端之間。除此之外,由於工作環境的氣候炎熱且具危險性,因此使用的閘道器必需適應在嚴峻且高溫的場域中維持穩定運作。綜觀市場上的評論,優良的工業用閘道器設計,應該具備優良的嚴苛環境適應力、容易部署且穩定、可靠與傳輸數據安全這幾項條件,方可提升終端使用者的工作管理效能,提供完整的能源開採現場數據收集與傳輸解決方案

工業級通訊閘道器在重工業應用的挑戰:

重工業應用領域可涵括石化、造船、冶金、鋼鐵、採礦、重型機器製造等。由於這些產業的作業空間惡劣,加上多台現場設備機器同時運行,導致高溫高壓及潮濕,因此閘道器必須能忍受惡劣嚴峻的環境,並且通過IECex國際防爆認證與ATEX歐盟防爆認證,符合標準的產品經認證後才能在其認證使用區域內,於具爆炸性的特定情境下安全使用,並保全作業人員的安全。除此之外,網路傳輸的穩定性也是一項挑戰。現今工業無線裝置是IoT解決方案的重要架構,在難以佈局有線網路的嚴苛環境下,系統最好備有無線網路設計以便於連接遠端管理系統,透過網路傳輸歷史數據,確保滴水不漏的監控資料保存。閘道器位於終端設備層和公共互聯網間,對數據安全起著重要的作用,然而這也同時導致閘道器成為駭客攻擊首要目標。因此任何可靠的閘道器系統,其軟硬體皆必須具備數據安全保護機制。

工業級行動通訊路由器與閘道器專案需求:

嚴苛環境適應力

為了能在重工業的應用環境下使用,主機板必須設計能支援寬溫(-40C° to 85°C),其搭配的eMMC、RAM與SSD也需符合寬溫。同時,再搭配瑞傳科技的散熱零件來設計無風扇機箱,才能達到最佳適用於嚴峻氣候的系統。

法規檢驗認證

因應惡劣的使用環境下仍維持安全穩定性,也為了讓最終設備能夠在各個國家合法銷售,設備的主機板裝置必須符合CE和FCC所訂的基本法規,整機也須通過IECex國際防爆認證與ATEX歐盟防爆認證。

完善I/O介面

除了基本SATA III、USB 2.0/3.0、乙太網路外,還需要使用在資訊傳輸上的UART RS-232與RS-485訊號端口設計,以及至少4到5個PCIe訊號用於其他裝置設計。客製化服務:硬體主機板上,需要比業界普遍規格更大容量的eMMC儲存晶片來儲存作業系統或是其他應用程式。在軟體與韌體部分,則需要BIOS客製與Debian 11作業系統開發建立的協助。另外,合作夥伴方自行研製的底板功能相容性,亦須瑞傳科技這邊協助審查測試。

數據安全

閘道器使用的地域廣大,甚至涉及到跨國多個裝置串聯使用。為提高其安全性,不僅要保障裝置不受外在攻擊,還必須具備數據傳輸時加密,抵達終點站時解密之功能。因此需要軟體、硬體及韌體三方的相互合作。

瑞傳科技工業級行動通訊閘道器主板解決方案:

綜合上述的挑戰及需求,瑞傳科技的Type 6 Compact COM Express® (95x95mm)模組電腦PCOM-B645VGL尺寸能符合客戶小型機箱所需的設計,同時搭載了Intel Atom® x6000,以及Pentium® N與J系列產品,提供比終端客戶預設更高的3.0GHz Turbo模式。該世代的產品同時擁有超低功耗的選擇,既符合客戶無風扇系統設計的需求,又不失寬溫支援的需求,主機板本身也支援完整I/O介面擴展,瑞傳科技的PCOM-B645VGL除滿足客戶對閘道器設備的硬體需求,同時也通過CE與FCC認證測試,能保證產品在國際的流通性及使用安全性。

PCOM-B645VGL針對專案對於安全性有一定程度的要求,PCOM-B645VGL採用TPM 2.0 Intel® AES,提升使用高級加密標準來執行加解密之應用程序的速度與安全性;瑞傳科技也依照合作夥伴所需,在軟體與韌體上加強了Intel® Root of Trust的功能,面對日後若有第三方想惡意加載或執行未經授權的代碼或設定時,多加一層保障。新一代Intel Atom® x6000系列品導入的頻內ECC技術,不需要ECC記憶體模組也能達到自主偵測錯誤的效果,達到以低成本維持高可靠度的雙贏解決方案。 在閘道器的應用領域中,許多終端要能遠端存取操控並將數據上傳到雲端的功能,PCOM-B645VGL支援多個PCIe信號設計,包含速率高、資料傳輸量大的Wi-Fi、4G LTE模組,以及低功耗、傳輸範圍廣的LoRa,系統會依不同的網路狀況做切換,來確保歷史資料傳輸的穩定性。主機板良好的相容性設計同時能搭載Google Coral TPU來加速機器學習的效能,成為智慧工控應用中的解決方案首選。PCOM-B645VGL使用的處理器亦搭載Intel® TCC/TSN技術,幫助縮短反應時間讓數據傳輸更加即時;另外,終端使用者可與其它SaaS軟體商合作建立OTA (Over-the-air programming)功能,讓模組系統的更新管理更有效率且安全。

在本專案中,瑞傳科技除了著重在硬體的開發外,也同時提供客戶底板示意圖設計的顧問及審查,幫助顧客大幅減低研發時間與費用,也提升了系統穩定性。若要從零打造ODM底板,瑞傳科技也有強大的設計團隊以及足夠的專業知識來提供支援。此外,瑞傳科技的BIOS、EC和軟體團隊,也能依照客戶的功能需求做出修改,達成最終的使用需求,設計與製造出合作夥伴心目中最理想的完美解決方案。

自西元1993年創立後,瑞傳科技擁有29年以上的產業經驗,領先同業的市場趨勢掌握度、創新研發設計能力、優良的產品品質、專業技術支援及流暢的後勤出貨流程等競爭優勢,提供客戶整體性的解決方案,致力於成為客戶成長過程中最佳夥伴,以及工業電腦與嵌入式電腦解決方案業界的創新領導品牌。

產品

PCOM-B645VGL

PCOM-B645VGL (Type 6 Compact COM Express® (95x95mm))

  • Intel® Atom® Elkhart Lake x6000 series processors
  • DDR4 SO-DIMM up to 32GB 3200 MT/s with In-Band ECC
  • Multiple Displays VGA, LVDS/eDP, DP, HDMI®
  • Support Industrial temperture -40°C to 85°C
  • Support Intel® TCC/TSN with 2.5GbE

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