本質安全:關鍵產業 4.0 適用的平板電腦

May 18, 2018 Brandon Lewis

數位轉型已經進入關鍵產業,現在技術人員可以在現場使用平板電腦有效擷取和分享操作資料。雖然這是在已開發區域設施上引進物聯網功能的重要一步,它卻需要設計和使用超級堅固、本質安全且受到高度保護的平板電腦。平板電腦的設計師只要遵循已確立的國際標準,便可以透過進階封裝、系統設計和散熱管理的技巧到達指定的安全等級。此外,設計師和使用者只要使用合適的第三方網路安全軟體來輔助硬體本身的安全功能,一定能設計出享有極高保護的平板電腦。將本質安全與高度保護結合起來後,確保專供關鍵產業使用的平板電腦可以保護敏感設備、資訊和人類操作員。

規範關鍵產業的爆破性環境

石油與天然氣、採礦、化學產業和工業自動化等應用通常在危險條件下運作。因為可能爆炸的環境中存在危險,所以工人必須採取嚴格的安全措施和標準作業程式,在相似環境中的電氣系統也有類似要求。為了協助達成並確保所同意的安全等級,各項標準均有完善的說明文件。歐盟的 ATEX 指令和國際電工委員會防爆 (IECEx) 標準,加上北美洲的 UL 913,結合了危險區域、等級和級別來定義不同類型的爆炸性環境以及其中可能的危險條件(表 1)。

表 1. 歐洲 ATEX 指令與國際電工委員會防爆 (IECEx) 標準以及北美洲的 UL 913 標準定義了各類型的爆炸性環境以及出現危險條件的可能性。(資料來源:E2S

位在這些區域的電子裝置必須符合特定設計準則,才能獲得相關機構的認證。在 IEC 60079 系列標準中包含許多這類準則的概述,包括防爆外殼、加壓、包覆、粉末填充、防止油浸的措施以及整體本質安全的設計(圖 1)。在爆炸危險地點,這些所有準則將能盡量減少系統中熱能集中的情況,避免著火燃燒。

圖 1. 電子裝置必須符合特定設計準則才能獲得 ATEX/IECEx 或 UL 的認證並可在爆炸性環境中使用。以下是特定區域必要的 ATEX 防護。(資料來源:Marechal Electric

因為認證的嚴格要求,這些環境無法利用許多現代化技術,包括無線連線能力、先進的處理器和電池。結果,關鍵產業大多無法享受物聯網帶來的優勢,例如提高效率、減少停機時間和降低營運成本。但是,現在的本質安全工業平板電腦是為了安全並穩妥地連接關鍵產業的機械、資料和人員而研發的。這些平板電腦允許關鍵產業經營者將重要的原有設備與業務系統整合,不需要改造或替換。

本質安全平板電腦促成產業數位轉型

為了讓關鍵產業的勞動力和系統資料均行動化,甚至在爆炸危險環境中亦然,Aegex Technologies, LLC 推出 Aegex10 Intrinsically Safe Tablet圖 2)。Aegex10 符合 ATEX/IECEx Zone 1 和 UL 913 Class 1、2、3/Division 1 標準的要求,通過認證可在天然氣、灰塵或碎片經常存在的地點使用。

圖 2. Aegex10 Intrinsically Safe Tablet 通過認證可在 ATEX/IECEx Zone 1 環境中使用,而且符合 UL 913 Class 1、2 和 3/Division 1 的要求。(資料來源:Aegex Technologies, LLC

Aegex10 具備 10.1 吋電容式觸控螢幕搭配 1920 x 1200 寬螢幕超延展圖形陣列 (WUXGA) 解析度。戴手套或使用觸控筆時也可使用觸控螢幕。平板電腦適合在介於 -10ºC 至 +50ºC 之間的溫度範圍內使用,而且符合 IP-65 的防塵防水標準。雖然這些規格與市面上許多其他平板電腦相似,Aegex 工程師在主機板上導入了若干散熱管理的設計,協助裝置到達 ATEX、IECEx 和北美認證的要求。首先是挑選四核心 Intel Atom® 處理器,運行最快達 2.39 GHz,但是可以降速到 1.8 GHz。這樣的頻率升降,加上系統單晶片 22 奈米製程技術,會減少熱能集中的現象,避免引發爆炸。其他系統元件的設定也以盡量減少累積熱能以及精準控制電路的溫度和能源等級為目標。該平板電腦含有雙機容錯功能,任何兩個同時執行的系統發生故障時都不會造成燃燒,而且也通過了掉落測試。Aegex10 平板電腦本質安全的設計是一套先進的連線能力、軟體與安全套裝方案,對關鍵產業經營者而言是與眾不同的產品。論及無線,Aegex10 支援 4G LTE、雙頻 802.11a/b/g/n/ac Wi-Fi、低功耗 Bluetooth (BLE) 與近場通訊 (NFC),以及用於定位的 GPS/GLONASS。亦提供乙太網路、USB 2.0(標準尺寸)、USB 3.0、HDMI 及 microSDXC 連接埠,方便現場技術人員可以與現場的相容設備連接。Aegex10 平板電腦執行 Windows 10 作業系統,開箱即可用,裝置可與許多組織內部的 IT 系統無縫同步。這些裝置也具備 FHOOSH High-Speed Cybersecurity 軟體,從敏感資料被擷取直至傳遞到其他端點或雲端的整個過程均有保護。FHOOSH 軟體會把資料切割成小片段,除去關聯性,然後進行符合 FIPS 140-2 標準的 AES-256 加密,藉此提供全程的資料防護(圖 3)。

圖 3. FHOOSH High-Speed Cybersecurity 軟體把敏感資料切分、除去關聯性並加密,然後再傳播到其他端點或雲端。(資料來源:FHOOSH, Inc.

這個架構可讓 Aegex10 平板電腦所擷取的任何資料永遠保持被保護的狀態,除去可能的弱點並且為關鍵產業經營者提供兩項額外的好處:

  • 合規 — 在網路上傳輸資料不會發生任何額外的合規或稽核要求,因為它一定經過加密。為了遵循各項標準,例如美國國家標準與技術研究院的網路安全框架、IEC-62443、ISO 27001、北美電力可靠性公司的重要基礎設施保護 (CIP) 等所需的成本和時間因此減少了。
  • 速度 —在網路上傳輸資料速度更快,因為封包被切割成小片而且已經加密。根據 FHOOSH,大型和敏感資料庫的傳送速度比平均高出 8 倍。該軟體也可以執行安全、低延遲即時視訊串流一類應用程式。

在矽晶片等級,Intel Atom 處理器也整合了一系列以 McAfee 產品為基礎的安全功能。例如,透過 McAfee Deep Defender 執行安全開機可從啟動時便驗證 Aegex10 平板電腦的完整性,而透過 McAfee Embedded Control 的白名單功能則可防止裝置執行任何未經授權的軟體。

邁向關鍵產業 4.0

至今,在危險環境中的設備已成為「物聯網邊緣」的典範。這些系統不但人類操作員難以接近,安全要求也經常導致他們與科技無緣。因為有了 Aegex 和 FHOOSH Software 一類軟體公司提供更精良的安全與防護功能,現在我們才能從這些系統上擷取重要資訊並與整個組織共享。現場技術人員在維修機械時,可以即時分享相片或影片,或存取資料表、教學或建議。這是關鍵產業往工業 4.0 邁進的第一步,而且是用安全穩妥的方式。

作者簡介

Brandon Lewis

Brandon is responsible for Embedded Computing Design’s IoT Design, Automotive Embedded Systems, Security by Design, and Industrial Embedded Systems brands, where he drives content strategy, positioning, and community engagement. He is also Embedded Computing Design’s IoT Insider columnist, and enjoys covering topics that range from development kits and tools to cyber security and technology business models. Brandon received a BA in English Literature from Arizona State University, where he graduated cum laude.

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