利用第二代邊緣電腦提升企業效能

邊緣電腦若具有基於Linux的開放軟體與Docker容器，可讓使用者更順暢地串起資訊技術與營運技術網路，並且從廠區延伸至雲端，進而提升企業整體營運。

持續改變是工業邊緣運算的主要特徵之一。工業網路設計人員所需的平台必須可提供資訊技術 （IT）與營運技術（OT）網路融合所要求的效能與彈性，否則將面臨落後的風險。

邊緣電腦若具有基於Linux的開放軟體與Docker容器，就可讓使用者更順暢地串起IT與OT網路，並從廠區延伸至雲端，進而提升企業整體營運。可升級的硬體也是基本要求。

也需要最新的處理器，以即時處理大量資料。擴充記憶體與儲存空間也有所必要，以在本地管理日益增加的資料量，就無需將所有資料直接傳送到雲端。

使用先進處理器和擴充記憶體的Linux架構系統亦可支援當今複雜物聯網環境所需的進階安全功能。這些第二代系統支援多種預先開發的開源和第三方邊緣應用，可增進效能並加速部署。

靈活的連接性是在不斷發展的設施中應對多樣化通訊需求的必要條件。可針對乙太網路、序列及CAN連接性進行客製化，並額外提供監視器與其他周邊裝置所需連接埠的邊緣電腦有其必要性。

本文將探討第二代邊緣電腦如何支援高水準的企業效能、增強安全性、加速安裝，並協助營運符合未來需求。這些優勢可涵蓋新架設到現有邊緣運算環境的升級。

工業4.0的演進持續進行

邊緣端是工業4.0的關鍵位置。邊緣運算就在OT網路產生資料的地點執行，而非在遠端的雲端伺服器。為了支援先進的自動化和機器人，持續擴大和演進的感測器網路需要新的運算作法以及大量的算力，而這正是WAGO的752-9412和752-9813這樣的第二代邊緣電腦可提供的優勢。

邊緣是本地OT與遠端IT服務之間的分界線。這意味著邊緣電腦必須安全地與雲端，以及日益密集部署的網路感測器、控制器和其他裝置進行介接，因此需要多種互連方式。而這又是WAGO第二代電腦可派上用場之處。

這些電腦適用於廠區的控制櫃中，可進行邊緣處理和通訊。採用堅固的鋁製外殼，並以無風扇的自然對流散熱達到最佳化熱效能，並具有IP40侵入防護等級。額定工作溫度介於-20°C至+60°C，相對濕度（RH）最高可達95%。可直接安裝在標準DIN軌道上，並需使用標準24 VDC工業電源（圖 一）。

圖一 : WAGO 的第二代邊緣電腦含有高效能處理器、大容量內建記憶體、安全功能以及多種連接類型。（圖片來源：WAGO）

可靠的選項

透過 WAGO，工業網路設計人員擁有更多選擇。可針對像是即時機器健康監測等中階應用，挑選搭載 Intel Atom X6413E 四核心處理器的 752-9412 型號。

9813則搭載 Intel Core i7-1185G7E 四核心處理器，可因應廠區內更高要求的機器學習（ML）和人工智慧（AI）應用，且不會有雲端連線的延遲。Intel Core i7處理器也非常適合多工處理，例如同時記錄資料、處理影片，以及運行ML/AI工具，且不會降低運作速度。

兩台邊緣電腦皆配備信賴平台模組（TPM）2.0與統一可延伸韌體介面（UEFI）安全開機，能讓系統符合IEC 62443的資安要求。這可確保系統上僅可運行經過授權的軟體。

UEFI安全開機是一種韌體安全標準，可確保電腦僅使用原始設備製造商（OEM）所信任的軟體和作業系統啟動。可避免未經授權的程式碼在啟動時執行，能針對 rootkit 與惡意軟體提供強大的防護。

TPM 2.0 IC可安全儲存加密金鑰、密碼和生物識別資料。最重要的還有 Debian-Linux 作業系統。

Debian + Docker

WAGO 第二代邊緣電腦搭載的 Debian Linux 作業系統，具有高穩定性、完備安全性，以及對自由開源軟體。重要的是，Debian Linux 更原生支援TPM 2.0。Linux核心支援必要的硬體驅動程式，並可輕鬆安裝開放原始碼的公用工具來管理TPM晶片，以用於磁碟加密和安全開機等任務。

Debian 完全支援 UEFI 安全開機。Debian 安裝程式會偵測系統並自動安裝 grub-efi，即 UEFI 版本的 GRand Unified Bootloader （GRUB）。也含有對 Microsoft 簽章之開機載入程式的原生支援。

Debian 是 Docker 容器的首選環境。可當作大多數官方 Docker 映像檔的基礎，例如 Nginx、Python 和 MySQL。Debian 與 Docker 在 WAGO 第二代邊緣電腦中緊密整合，可加快下載速度並節省記憶體。(表一)

表一：WAGO 752-9412 與 752-9813 第二代邊緣電腦的主要規格比較。（圖片來源：WAGO）

規格
零件編號	752-9412	752-9813
IntelR 處理器	AtomR x6413E (第 6 代)；四核心 4x 1.5 GHz	Core? i7-1185G7E (第 11 代)；四核心 4x 1.8 GHz
記憶體	16 GB DDR4 RAM 3200 MHz	32 GB DDR4 RAM SODIMM
快閃記憶體	128 GB m.2 SATA SSD	256 GB m.2 SSD NVME
擴充性	1x mPCIe Slot、1x M.2 B 與 SATA 2.5" SSD	2x mPCIe Slot、1x M.2 B 與 SATA 2.5" SSD
USB	3x USB 3.2 與 1x USB 2.0	3x USB 3.2 與 1x USB 2.0
顯示器連接埠	1x DisplayPort 1.4a; 1x HDMI 1.4	1x DisplayPort 1.4a; 1x HDMI 1.4
乙太網路	2x 10/100/1000 Mb/s	3x 10/100/2500 Mb/s; 1x 10/100/1000 Mb/s
視覺化	網頁伺服器	網頁伺服器
安裝	DIN 軌道	DIN 軌道
安全與侵入防護	TPM 2.0、UEFI 安全開機；IP40	TPM 2.0、UEFI 安全開機；IP40
工作溫度	在 5% 至 85% RH 時 -4°F 至 +140°F／-20°C 至 +60°C (在 0.7 m/s 氣流下)
相對濕度	10% 至 95% (無冷凝；+104°F/+40°C 下)
作業系統	Debian-Linux
尺寸	40 mm x 150 mm x 105 mm	45 mm x 200 mm x 140 mm

Docker 容器 = IIoT 優勢

在 WAGO 第二代邊緣電腦上部署 Docker 容器能為網路設計人員帶來重要的優勢，包括：

‧ 在開發電腦上建立的程式，能以相同方式確實在 WAGO 邊緣電腦上執行。

‧ 容器彼此隔離，如果其中一個程式失敗或崩潰，也不會影響其他程式。

‧ Docker 容器能將極少的記憶體資源發揮最大效用，因此非常適合用於邊緣電腦。

‧ 程式可以在不關閉電腦的情況下更新或刪除，能確保關鍵系統的最大運作時間。

圖二 : Docker 容器可在幾秒內啟動、消耗更少資源並隔離故障，因此能提升邊緣電腦的運作時間。（圖片來源：WAGO）

Docker 容器選擇

工業網路設計人員在 WAGO 第二代邊緣電腦上部署 Docker 容器時，有三種作法可供選擇。WAGO Docker Hub 提供預先構建的容器，可用於 AWS IoT Greengrass 和 Azure IoT Edge 等雲端閘道器，以及來自 Modbus 和 OPC-UA 等本地硬體協定的 IoT 橋接器，再到雲端服務、資料庫、伺服器等。

在許多情況下，WAGO Docker Hub 未提供的應用程式，皆可從核准的第三方供應商取得。相關範例包括：

‧ Grafana 可用於生成圖表，以視覺化呈現機器資料。

‧ Node-RED 低程式碼、視覺化程式設計可用於開發硬體裝置、API 及線上服務的連接。

‧ InfluxDB 可用於記錄與儲存 IIoT 網路傳送的大量感測器資料。

‧ Welotec 或 Toshibox 容器則可從遠端位置安全存取邊緣電腦。

像是 ML/AI 資料分析和持續流程最佳化，或是建立數位孿生等更進階的功能，都可客製化開發。容器的開發可使用 Docker Desktop 在開發電腦上建立和測試 Docker 映像，並一併使用 Visual Studio Code 文字編輯器快速撰寫容器與配置檔。

網路開發人員可以使用像是 Portainer 這樣的工具，直接在 WAGO 邊緣電腦上拖放、啟動和停止 Docker 容器。如此便可快速發揮 Docker 容器的優勢。

電源選項

要完成邊緣電腦的安裝和整合就需要電力，某些情況下也需要擴充的連接能力。WAGO 可支援工業網路設計人員的所有需求。

邊緣電腦 752-9412 的典型功耗為 19 W，且最大功率可來到 54 W，視周邊裝置和處理需求而定。752-9813 的功率需求大約介於 30 W （典型值） 至最大 95 W。

WAGO 的 Pro 2 系列高效率工業電源供應器可提供這些邊緣電腦所需的24 VDC電力。2787-2144型號專為單相電力系統而設計，2787-2344則具有三相輸入。兩者均能在緊湊的控制櫃內以纖薄設計產生120 W的高功率密度。

內部擴充

某些架設可透過專用通訊埠、儲存裝置升級或連接傳統裝置而受益。WAGO的752-9412與752-9813邊緣電腦配備多個內部擴充插槽，可支援這些需求。

兩個型號皆配備mPCIe插槽，可支援多種擴充卡，如Wi-Fi、5G/LTE行動網路或專用現場匯流排模組。還有一個M.2 B-Key插槽，可安裝高速SSD儲存裝置，及一個2.5吋SATA SSD插槽，可安裝傳統的大容量內部儲存硬碟。

外部擴充

為了支援更複雜或不斷演進的網路，WAGO 提供外部擴充機箱，有單槽（758-9400）和雙槽（758-9800） 版本。可使用選購的擴充模組來增加一般通訊介面用的連接埠（圖三），包括RS232 模組-758-9011、RS422/485 模組-758-9012、乙太網路模組-758-9013、CAN模組 -758-9016。

圖三 : WAGO邊緣電腦的 雙槽（上方中央）和單槽（上方右側）擴充機箱，下方則為示範擴充模組，包括RS-422/485（左）、CAN（中）和乙太網路（右）。（圖片來源：WAGO）

結論

在工業 4.0 持續精進與演進下，工業網路設計人員要迎接挑戰，部署可符合未來需求的解決方案。WAGO 的第二代邊緣電腦就是在廠區到雲端的重要功能上因應未來需求的重要關鍵。憑藉更強大的運算能力，可增進本地資料的處理與控制，而不會有雲端連線延遲的疑慮。

強化的安全性可確保操作受到保護，包括安全開機以及與所有連接裝置的安全通訊。Debian Linux支援未來導向解決方案的方是就是快速有效地開發與部署Docker容器，以因應不斷產生的IT與OT新需求。最後，因連接更為簡便並享有更多連接能力，可在當系統變化和擴大時，提供另一層未來保障，並延長邊緣運算網路投資的使用壽命。

（本文作者 Barley Li為DigiKey亞太區技術應用工程經理）