選擇正確的硬體以減少嚴苛應用的系統成本
- 台北訊
-
如果要在極端的環境中執行穩定的量測作業，不僅非常困難，同時也要耗費許多成本。 針對極端的溫度範圍或危險環境而建置監測或控制系統時，必須考慮到很多要素。 開發嚴苛的應用項目時，必須想到溫度、衝擊與振動、環境認證，以及用於嚴苛環境的硬體機型。
嚴苛應用通常包含了極端溫度範圍內的測試作業，因此會增加更多硬體限制。舉例來說，冷開機引擎測試會採用可下降到-40°C、需要連續擷取資料的測試台，像是溫度、壓力或其他各種量測項目。如果把無法承受此溫度範圍的硬體放在嚴苛的環境中，可能會造成硬體元件無法正常運作、資料錯誤或硬體損壞。
如果要讓硬體承受極端的溫度，有兩種方式。第一個方式就是建置可保護硬體的外殼。取決於使用硬體的極端溫度範圍本身，工程師必須在機箱上加入加熱或冷卻元件，才能確保硬體元件可維持在運作溫度。
第二個方式就是選用可承受極端溫度的硬體。NI的機箱可確保其中元件能夠在這些限制下正常運作，因此提供了可承受極端溫度的硬體。NI的機箱經過多重的熱度測試與檢驗作業，確保特定元件可以根據硬體規格正常運作。這類測試也可保障硬體符合國際標準，能夠在特定的溫度範圍內運作。
2.衝擊與振動
另一個開發嚴苛應用的考量就是衝擊與振動規格，才能建置出有效的測試設定。 無論是監控斗輪式挖掘機功率傳輸系統的主要齒輪箱，還是執行Formula SAE賽車的內部類比與數位量測作業，這些應用項目都必須考慮到測試硬體的振動與衝擊數值。如果硬體位於嚴苛環境中，卻無法負荷此環境的高振動或衝擊指數，就會造成硬體元件損壞，或帶來昂貴的維修或更換費用。
針對嚴苛環境而設計測試設定時，必須比較多個選項。工程師可以設計出振動外殼，確保硬體元件可以根據特定的振動與衝擊規格順利運作。另一種外殼設計方式就是隔離硬體與該環境中的振動狀況。這種方式不僅非常昂貴，還需要執行許多測試作業，才能確保硬體可因應該環境的振動或衝擊狀況，並且維持正常運作。
此外，也可選擇提供適當規格的硬體。如果要設計可承受振動影響的硬體，其實有很多方式。比如說，工程師可設計內部元件的振動隔離機制，確保這些元件能夠正常運作。 NI開發的硬體可承受高達50g的衝擊與5g的振動。
環境認證
開發嚴苛應用時，雖然溫度範圍與衝擊／振動規格都是重要的考量，但也要考慮到執行測試作業的環境本身。如果要在危險地點執行測試作業，而且這些環境有可能會在異常的運作條件下出現氣體或蒸汽爆炸，這一點就會變得尤其重要。取決於執行作業的地區，危險環境的運作認證包含了UL危險地點或EU危險地點認證。一般來說，必須針對所有的認證項目徹底測試整個系統，才能確保符合規定且可用於這些嚴苛環境。
另一個嚴苛應用常見的認證項目就是勞氏驗船協會(Lloyd's Register)的Type Approval。這項認證是由第三方所執行的評估作業，可證實某產品是否符合國內外標準，並且檢驗製造商的生產品質系統。Type Approval適用於海事與近海應用、工業級廠房與程序，以及IT 產業等。除了可確保產品是否符合海洋環境的安全標準，Type Approval也可確保產品可以在海洋環境中維持應有效能。
NI提供了豐富的硬體，具備多種工業級環境認證，同時符合適用的國際標準。這些硬體已經過應用認證所需的嚴苛測試。認證內容包含了硬體可用於危險環境，甚至可用於海洋環境。
3.機型
針對嚴苛應用而選擇硬體時，整體機型可說是重要考量。選擇用於嚴苛環境的硬體時，比如說近海或沙漠內陸的油井設備，測試系統的體積相當重要。如果硬體材質無法承受嚴苛環境，而且必須備有保護機箱時，系統體積就會大幅增加。如果保護硬體的機箱體積過大，可能會因此限制測試地點。 至於分散式的遠端應用項目，硬體體積當然是越小越好。
除此之外也要考慮到硬體的冷卻功能。硬體的冷卻方式有很多，主要分為被動與主動冷卻。採用被動冷卻的硬體沒有移動式零件，所以比較堅固耐用。如果硬體需要移動式零件才能在測試過程中冷卻下來，可能會因此限制了測試地點，比如說冷卻運作中硬體的風扇。 至於主動式冷卻裝置，有些高耗能機械元件也必須考慮到其他事項，比如說運作溫度範圍，或是運作期間可承受的衝擊與振動規格。
4.耐用系統的硬體選項
應用環境與其他外在因素的影響，都會決定是否需要開發系統外殼，還是乾脆直接選用耐用的硬體。只要選用NI CompactDAQ與 CompactRIO等NI系列產品，幾乎就可以確定自己的硬體可以承受嚴苛的極端環境，不必額外執行辛苦的測試程序。
接著要根據應用內容來選擇合適的產品。如果應用需求包含了輕鬆串流波形資料，以利監控或用於後續處理，NI CompactDAQ可說是理想選擇。如果必須透過內建的FPGA靈活執行各種處理作業，或是充當控制系統的控制器，就要選用NI CompactRIO。
NI CompactRIO為開放的嵌入式架構，搭配精巧且可熱插拔的工業級I/O模組，並具備NI LabVIEW可重設I/O(RIO)架構。就許多嵌入式應用而言，體積、重量、I/O通道密度都是重要的設計需求。
專為耐用度而打造的硬體
如果要針對嚴苛環境設計並打造出合適的系統，並且承受會影響系統本身的外在要素，其實有很多方式。必須深入研究的重點包含了環境溫度範圍、硬體必須承受的衝擊與振動規格、必要的環境認證，以及整體系統所需的規格與功能種類。建置可滿足上述需求的系統時，只要選用專為耐用度而打造的硬體，比如說NI CompactDAQ與CompactRIO系統，即可縮短作業時間，同時省去繁瑣的工作，不必執行相關測試來確保系統是否符合環境規格，或是能否在硬體專用機箱內正常運作。
複雜的工業、電力、能源系統皆須能夠執行靈活的測試系統與遠端狀態監控。透過NI預知監控與維護系統，工程師即可獲得競爭優勢。想進一步了解NI技術優勢，歡迎至NI技術網頁查詢。(本文由NI國家儀器提供，李佳玲整理報導)
