Datasheet ghi máy chạy được tới 60 °C. Tủ điện trong xưởng mùa hè đo được 45 °C. Vậy là an toàn? Chưa chắc. Đọc kỹ dòng chữ nhỏ sẽ thấy con số 60 °C đó được đo "với luồng gió 0,7 m/s". Một tủ điện kín có luồng gió gần bằng không, và chính chiếc máy cùng những thiết bị bên cạnh nó đang tiếp tục sinh nhiệt trong cái hộp kín ấy.
Đây là ví dụ điển hình của việc khách chỉ nghĩ tới "máy tính" mà quên yếu tố "công nghiệp": vị trí lắp đặt là một phần của bài toán kỹ thuật, không phải việc phụ làm sau khi đã chốt cấu hình.
Điều kiện đo dải nhiệt: đọc phần in chữ nhỏ
Các hãng đều ghi điều kiện, chỉ là ít người đọc tới:
| Máy | Dải nhiệt công bố | Điều kiện luồng gió |
|---|---|---|
| Advantech UNO-1372G-J | -20 đến 60 °C | Ở 5 – 85 % RH, luồng gió 0,7 m/s, dùng SSD công nghiệp |
| Advantech UNO-2372G | -20 đến 60 °C | Ở 5 – 85 % RH, luồng gió 0,7 m/s |
| AAEON BOXER-6406-ADN | -20 đến 60 °C | Theo IEC 68-2 với luồng gió 0,5 m/s |
| AAEON BOXER-6751-ADP | -20 đến 60 °C | Với điều kiện luồng gió quy định |
| Cincoze DE-1000 | -25 đến 70 °C | Môi trường có luồng gió, với linh kiện ngoại vi cấp công nghiệp |
0,5 – 0,7 m/s là mức gió nhẹ nhưng liên tục. Trong tủ điện đóng kín cửa, không quạt, luồng đối lưu tự nhiên quanh một khối nhôm nóng thường thấp hơn nhiều. Nghĩa là dải nhiệt thực tế của máy trong tủ hẹp hơn con số in trên tờ rơi. Đó không phải lỗi của hãng — hãng đã ghi điều kiện.
Nhiệt trong tủ: bài toán cộng công suất tiêu tán
Nhiệt độ không khí trong tủ cao hơn nhiệt độ phòng bao nhiêu phụ thuộc vào tổng công suất tiêu tán bên trong và diện tích bề mặt trao đổi nhiệt hiệu dụng của vỏ tủ. Uỷ ban Kỹ thuật Điện Quốc tế có hẳn một báo cáo kỹ thuật cho việc tính này: IEC TR 60890 nêu phương pháp tính độ tăng nhiệt của không khí bên trong vỏ tủ hạ áp, áp dụng cho tủ kín hoặc khoang tủ không có thông gió cưỡng bức. Việc kiểm chứng độ tăng nhiệt của tủ hạ áp thuộc phạm vi IEC 61439-1.
Bước đầu tiên luôn là cộng công suất tiêu tán. Các hãng đều công bố:
| Thiết bị | Công suất tiêu thụ công bố |
|---|---|
| Advantech UNO-1372G-J | 19 W điển hình, 35 W tối đa |
| Advantech UNO-2372G | 30 W điển hình, 42 W tối đa (bản Atom E3845/Celeron J1900); 18,36 W điển hình (bản J3455) |
| Cincoze DX-1300 | 162 W tối đa với CPU 35 W; 272,88 W tối đa với CPU 65 W (đo khi burn-in 100 % tải) |
Khoảng cách giữa một máy DIN-rail 19 W và một máy hiệu năng cao 272 W là hơn mười bốn lần. Chọn máy mạnh hơn mức cần thiết không chỉ tốn tiền mua, mà còn kéo theo chi phí làm mát tủ trong suốt vòng đời. Với máy công suất lớn, còn phải tính dòng khởi động: datasheet DX-1300 ghi dòng đỉnh 5,24 A ở 24 V với CPU 35 W — con số cần cho việc chọn aptomat và nguồn DIN-rail.
Ba kiểu gá máy trong tủ
Gá ray DIN
Ray DIN là thanh ray kim loại gá ngang trên tấm nền tủ, thiết bị kẹp vào bằng ngàm. Kích thước và yêu cầu lắp lẫn của các loại ray này do IEC 60715 quy định. Ưu điểm: gá nhanh, tháo nhanh, xếp cùng hàng với aptomat, relay, nguồn — tiện cho thợ điện quen làm tủ.
Máy thiết kế riêng cho ray DIN thường đứng dọc, bề ngang hẹp để chiếm ít chiều dài ray:
| Máy | Kích thước (W × D × H) | Khối lượng | Nguồn vào |
|---|---|---|---|
| Advantech UNO-1372G-J | 65 × 105 × 150 mm | 1 kg | 10 – 36 VDC |
| AAEON BOXER-6751-ADP | 74,3 × 186 × 127 mm | 1,77 kg (3,9 lb) | 9 – 36 VDC, terminal block 3 chân |
| Winmate IBDRW100-EX-P | 139 × 65,4 × 152 mm | 1,5 kg | 9 – 36 VDC có cách ly, terminal block 3 chân |
Dòng cuối bảng đáng chú ý: IBDRW100-EX-P có đầu vào nguồn có cách ly. Trong tủ điện dùng chung nguồn 24 VDC với nhiều thiết bị chấp hành, cách ly ở đầu vào nguồn giúp máy tính không bị kéo theo khi đường 24 V bị sụt áp hoặc nhiễu do đóng cắt.
Gá tấm nền (wall / backplate)
Máy hiệu năng cao thường quá lớn và quá nặng cho ray DIN, nên bắt vít trực tiếp lên tấm nền tủ. Cincoze DE-1000 là ví dụ: 203 × 200 × 65 mm, 2,84 kg, mặc định gá tường, kèm theo bộ gá ray DIN và bộ gá cạnh là phụ kiện tuỳ chọn (mã DINRAIL — "Diamond series DIN-RAIL Mount Kit"). DX-1300 cũng vậy: 242,2 × 173 × 75 mm, 3,59 kg, hỗ trợ Wall / DIN-RAIL / VESA / Side Mount, với bộ gá ray DIN mã DIN01.
Nguyên tắc thực dụng: máy dưới khoảng 1,5 kg và bề ngang hẹp thì gá ray DIN là gọn; máy nặng hơn nên bắt vít lên tấm nền, vừa chắc vừa truyền nhiệt tốt hơn sang vỏ tủ kim loại.
Gá giá 19 inch
Khi tủ là tủ rack chứ không phải tủ điều khiển, máy dạng rack 4U như IPC-610 nằm trên ray trượt. Kiểu này cho nhiều khe cắm card mở rộng nhất nhưng dùng quạt, nên đòi hỏi lọc bụi và bảo trì định kỳ.
Thông gió: bốn mức từ rẻ đến đắt
- Đối lưu tự nhiên. Khe hở dưới thấp, khe thoát trên cao. Chỉ đủ cho tủ ít thiết bị, tổng tiêu tán thấp, phòng có điều hoà.
- Quạt lọc. Quạt hút gió vào qua lưới lọc, cửa thoát gió ở phía đối diện. Rẻ và hiệu quả, nhưng đưa bụi và ẩm của xưởng vào tủ, và lưới lọc trở thành vật tư tiêu hao phải thay.
- Bộ trao đổi nhiệt khí – khí. Tách hẳn không khí trong tủ và ngoài tủ, chỉ trao đổi nhiệt qua vách. Giữ được cấp bảo vệ IP của tủ, phù hợp môi trường bụi hoặc ẩm.
- Điều hoà tủ. Hạ được nhiệt độ trong tủ xuống dưới nhiệt độ môi trường. Đắt, tốn điện, cần thoát nước ngưng, nhưng bắt buộc khi tủ đặt cạnh lò hoặc ngoài trời nắng.
Lưu ý ngược đời nhưng đúng: tủ càng kín, càng nóng. Tủ IP66 chống bụi nước tốt hơn tủ IP54, nhưng cũng thoát nhiệt kém hơn. Nếu buộc phải dùng tủ kín thì phải đầu tư vào mức 3 hoặc 4 ở trên, không thể trông vào lỗ thông gió.
Bản thân chiếc máy bên trong không cần cấp IP cao khi đã nằm trong tủ: UNO-2372G và UNO-1372G-J đều ghi IP40, Cincoze DS-1300 ghi IP30 theo IEC 60529. Cấp bảo vệ đó là hợp lý cho thiết bị nằm trong vỏ tủ — tiền nên dồn vào cấp IP của tủ, không phải của máy.
Sáu điểm hay sai khi thi công
- Đặt máy ở nửa trên của tủ. Không khí nóng bốc lên. Máy tính nên nằm ở vùng mát, phía dưới hoặc ngang tầm quạt hút, không nằm ngay trên biến tần.
- Bịt kín cánh tản nhiệt. Máy không quạt tản nhiệt qua vỏ nhôm. Gá sát tường tủ hoặc kẹp giữa hai thiết bị khác làm mất toàn bộ bề mặt trao đổi nhiệt. Chừa khoảng hở quanh máy theo hướng dẫn lắp đặt của hãng.
- Gá sai chiều cánh tản nhiệt. Cánh tản nhiệt thiết kế để không khí đi dọc theo khe. Gá xoay ngang làm khe nằm ngang, đối lưu tự nhiên gần như mất hết.
- Đi cáp tín hiệu chung máng với cáp động lực. Đây là nguồn nhiễu số một trong tủ. Tách máng, hoặc ít nhất tách khoảng cách và cắt chéo 90 độ khi buộc phải giao nhau. Nếu tín hiệu phải chạy xa, chọn cổng có cách ly.
- Bỏ qua nối đất vỏ máy. UNO-2372G, UNO-1372G-J và DX-1300 đều có vít nối đất riêng trên vỏ. Bắt dây tiếp địa vào đó, không dựa vào ốc gá.
- Dùng adapter để bàn thay nguồn DIN-rail. Trong tủ nên dùng nguồn gá ray, có đầu terminal block. Advantech có sẵn phụ kiện UNO-IPS2460-AE — nguồn DIN-rail 60 W cho dòng UNO.
Câu hỏi thường gặp
Tủ điện của tôi đo được 45 °C, máy ghi 60 °C — có cần làm gì thêm không?
Cần kiểm tra hai điều. Một là 45 °C đó đo ở đâu và lúc nào: nhiệt độ ngay cạnh máy khi dây chuyền chạy đủ tải giữa trưa mùa hè mới là con số cần dùng. Hai là điều kiện luồng gió mà hãng ghi kèm dải 60 °C. Nếu tủ kín hoàn toàn thì nên bổ sung quạt lọc hoặc bộ trao đổi nhiệt.
Máy không quạt có tự làm nóng tủ không?
Có. Không quạt nghĩa là không có chi tiết quay, không phải là không sinh nhiệt. Toàn bộ công suất tiêu thụ cuối cùng đều thành nhiệt toả vào tủ. Vì vậy công suất tiêu thụ của máy phải được cộng vào tổng tiêu tán khi tính nhiệt tủ.
Gá ray DIN có chắc khi máy rung không?
Ngàm ray DIN chịu được rung ở mức thông thường, nhưng với máy nặng hoặc rung mạnh thì gá vít lên tấm nền chắc hơn. Nên đối chiếu mức rung công bố trong datasheet của máy với điều kiện thực tế của vị trí lắp.
Có nên đặt máy tính chung tủ với biến tần không?
Nếu tránh được thì nên tách tủ. Nếu buộc phải chung, hãy đặt máy càng xa biến tần càng tốt, tách máng cáp tín hiệu và cáp động lực, dùng cổng COM và DI/DO có cách ly, và tính tổng tiêu tán bao gồm cả nhiệt của biến tần.
IPC247 hỗ trợ gì
IPC247 là nhà phân phối máy tính công nghiệp tại Việt Nam. Với bài toán lắp trong tủ điện, chúng tôi có thể: đọc điều kiện luồng gió và công suất tiêu tán trong datasheet từng model để bạn tính nhiệt tủ; đề xuất máy có bề ngang và khối lượng phù hợp với không gian ray DIN còn trống; cung cấp đúng bộ gá của hãng (DIN-rail kit, VESA, side mount) thay vì chế bằng ke tự làm; và gợi ý cấu hình nguồn DIN-rail đi kèm. Sản phẩm nhắc trong bài: máy tính công nghiệp không quạt UNO-1372G, máy tính công nghiệp Cincoze DE-1001L và máy tính công nghiệp Winmate DIN Rail Box PC IBDRW100-EX-P. Xem thêm Fanless Industrial Computers là gì và hướng dẫn chọn cấu hình máy tính công nghiệp.