談色譜通信工業(yè)計(jì)算機(jī)設(shè)備選擇

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摘要：根據(jù)不同設(shè)備工況選擇通用工控計(jì)算機(jī)，使其功能特性更加符合實(shí)際工況要求，以達(dá)到提高性能降低故障的目的，保障工控系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：色譜；通信故障；工業(yè)級(jí)嵌入式計(jì)算機(jī)

1概述

隨著通用計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，其目前工業(yè)系統(tǒng)中的地位正日漸重要。由于其具有高性能，價(jià)格低廉，編程容易的特點(diǎn)，大量的通用計(jì)算機(jī)正在取代以前應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)重的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)性能降低系統(tǒng)造價(jià)。但是，通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的引入也會(huì)帶來(lái)一些負(fù)面的影響，最主要的就是與專(zhuān)用系統(tǒng)相比，其可靠性方面存在著一定的不足。

2案例引用

某日，某廠化工裝置突然發(fā)生色譜網(wǎng)絡(luò)中斷事件，由于計(jì)算機(jī)設(shè)備損壞，造成色譜通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓，色譜數(shù)據(jù)無(wú)法傳輸達(dá)4h。經(jīng)檢查，色譜通信GATEWAY硬盤(pán)損壞，造成系統(tǒng)無(wú)法通信，更換電腦后系統(tǒng)恢復(fù)正常。

3分析與改進(jìn)方法

經(jīng)過(guò)此次事件，并總結(jié)以前發(fā)生的類(lèi)似計(jì)算機(jī)損壞引起故障，應(yīng)該對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)設(shè)備的選擇方法進(jìn)行一定的反思和總結(jié)，以提高工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。根據(jù)目前在工業(yè)控制系統(tǒng)中應(yīng)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷情況，系統(tǒng)大致分為以下幾類(lèi)：

（1）持續(xù)高負(fù)荷服務(wù)設(shè)備多用于系統(tǒng)中數(shù)據(jù)服務(wù)器和數(shù)據(jù)計(jì)算等工況需要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)執(zhí)行高負(fù)荷的數(shù)據(jù)交換與計(jì)算任務(wù)，此類(lèi)機(jī)器由于工作在網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的核心部分，對(duì)工作的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的性能都有著嚴(yán)格的要求，一旦出現(xiàn)故障將會(huì)造成大面積的影響。

（2）多工況數(shù)據(jù)管理與交換設(shè)備一般用于數(shù)據(jù)管理、編輯等工作，設(shè)備處于非連續(xù)工作或負(fù)荷變化較大場(chǎng)合，多用于設(shè)備管理，數(shù)據(jù)與程序編輯等工況，需要短時(shí)間內(nèi)承受較大負(fù)荷工作，但任務(wù)一般不連續(xù)，且事件較短，此類(lèi)機(jī)器對(duì)性能有一定要求，但由于工作不連續(xù)，故對(duì)穩(wěn)定性要求并不十分嚴(yán)格。

（3）持續(xù)低負(fù)荷連續(xù)設(shè)備一般用于數(shù)據(jù)收集與轉(zhuǎn)換等場(chǎng)合，持續(xù)用于低負(fù)荷工作，但對(duì)機(jī)器的穩(wěn)定性要求較高，一旦出現(xiàn)故障對(duì)局部系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生影響。

（4）普通終端設(shè)備一般用于監(jiān)控和檢查系統(tǒng)工況等功能，由于在系統(tǒng)中存在較多可替換設(shè)備，且工作任務(wù)負(fù)荷較低，對(duì)系統(tǒng)有一定影響。為更有效地利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)其工作狀況，選擇不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)備以達(dá)到提升穩(wěn)定性、降低費(fèi)用、減少維護(hù)工作量的目的。如工況2和工況4，由于其在系統(tǒng)中的負(fù)荷不連續(xù)并處于維護(hù)人員的監(jiān)控之下，或有較多的類(lèi)似冗余節(jié)點(diǎn)，故對(duì)系統(tǒng)可靠性要求不高，可以使用普通配置的技術(shù)機(jī)即可滿足要求。工況1的計(jì)算機(jī)由于其工作特點(diǎn)，必須采用高性能計(jì)算機(jī)，且在電源硬盤(pán)等易損高負(fù)荷設(shè)備中采用冗余設(shè)計(jì)的服務(wù)器來(lái)滿足要求。而對(duì)于工況3的計(jì)算機(jī)，則由于其對(duì)性能要求遠(yuǎn)低于對(duì)可靠性的要求，應(yīng)盡量采用可靠性較高的設(shè)備，以提高可靠性；此次，通信事件的發(fā)生即是這樣工況下一臺(tái)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，該服務(wù)器長(zhǎng)期處于低負(fù)荷的連續(xù)工作，該機(jī)型號(hào)為POWEREDGE750，為DELL刀片服務(wù)器系列產(chǎn)品，通過(guò)長(zhǎng)期使用觀察其CPU的占用率持續(xù)低于3%，且該機(jī)程序?qū)?shù)據(jù)僅有轉(zhuǎn)換功能，而無(wú)記錄作用，硬盤(pán)的讀寫(xiě)概率極低，說(shuō)明其性能冗余過(guò)大，通過(guò)多年使用后，由于其長(zhǎng)期工作，系統(tǒng)老化造成機(jī)器性能下降，出現(xiàn)故障。分析該機(jī)故障形成原因，主要是長(zhǎng)期系統(tǒng)運(yùn)行后，電子元件老化所致，而配置很高的服務(wù)器CPU對(duì)其附屬系統(tǒng)形成較大的工作壓力，是造成元件老化的主要原因。在日常維護(hù)計(jì)算機(jī)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，造成計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障的主要節(jié)點(diǎn)在于其硬盤(pán)子系統(tǒng)和電源子系統(tǒng)，硬盤(pán)子系統(tǒng)多由于外部掉電或突然關(guān)機(jī)而對(duì)其造成損壞，而電源子系統(tǒng)的故障則多由于其較高的負(fù)荷壓力和較高的工作溫度造成，該系統(tǒng)的另外一臺(tái)損壞的機(jī)器目前可以確認(rèn)的故障即為電源子系統(tǒng)損壞，此臺(tái)機(jī)僅在現(xiàn)場(chǎng)工作3年即告損壞；而此次出現(xiàn)的計(jì)算機(jī)雖為應(yīng)盤(pán)子系統(tǒng)損壞，但分析原因，與電源部分長(zhǎng)期工作進(jìn)而發(fā)生突然停機(jī)有著必然的關(guān)系。對(duì)于此類(lèi)服務(wù)器，其過(guò)高的性能配置使其本身對(duì)電源子系統(tǒng)形成了較大壓力，且長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作造成其損壞成為必然；通過(guò)此次事件，及回顧過(guò)去類(lèi)似系統(tǒng)中發(fā)生的類(lèi)似事件，可以發(fā)現(xiàn)，高性能的服務(wù)器系統(tǒng)并不適合此類(lèi)工況，針對(duì)此類(lèi)工況，可以嘗試采用新型的工業(yè)級(jí)嵌入式計(jì)算機(jī)，如圖1所示。該類(lèi)計(jì)算機(jī)均采用無(wú)風(fēng)扇低功耗設(shè)計(jì)，支持CF卡插槽和可選的硬盤(pán)且兼容目前主流操作系統(tǒng)，雖然性能低于工業(yè)服務(wù)器但其可靠性要遠(yuǎn)高于普通服務(wù)器產(chǎn)品，對(duì)于色譜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器來(lái)說(shuō)應(yīng)該是最為合適的計(jì)算機(jī)類(lèi)型了。工業(yè)級(jí)嵌入式計(jì)算機(jī)最大的特點(diǎn)即為其可靠性，其具有低功耗設(shè)計(jì)和無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，整機(jī)采用一體化設(shè)計(jì)，并且可以選擇CF卡或固態(tài)硬盤(pán)，使其減少了造成設(shè)備故障的主要故障環(huán)節(jié)，CPU的選擇則可以根據(jù)具體負(fù)荷進(jìn)行定制，又使其具有最大的靈活性，其對(duì)外部工作的環(huán)境要求如環(huán)境溫度、濕度、震動(dòng)等參數(shù)，也明顯的低于普通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，部分參數(shù)（震動(dòng)）的差距可以達(dá)到幾個(gè)數(shù)量級(jí)的差異，使其具有的可靠性在與普通通用計(jì)算機(jī)的對(duì)比中占據(jù)明顯的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)此次事件，如該系統(tǒng)采用此類(lèi)嵌入式計(jì)算機(jī)，則可以降低此類(lèi)問(wèn)題發(fā)生的幾率：

（1）此節(jié)點(diǎn)較低的工作負(fù)荷是嵌入式計(jì)算機(jī)性能完全可以滿足要求。

（2）此嵌入式計(jì)算機(jī)較低的功耗帶來(lái)較低的發(fā)熱，進(jìn)而減少熱量對(duì)于機(jī)器部件老化的加速作用，且該機(jī)為適應(yīng)較寬的工作溫度條件，對(duì)于元件和外部熱量控制均已經(jīng)提前設(shè)計(jì)，已經(jīng)最大程度避免了熱量對(duì)于系統(tǒng)造成的影響。

（3）嵌入式計(jì)算機(jī)一般為外部直流電供應(yīng)，沒(méi)有通用計(jì)算機(jī)的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，供電的可靠性較通用計(jì)算機(jī)高出很多，一般不會(huì)因電源系統(tǒng)產(chǎn)生停機(jī)故障。

（4）嵌入式計(jì)算機(jī)可以選擇CF卡或固態(tài)硬盤(pán)作為存儲(chǔ)介質(zhì)，造成硬盤(pán)損壞的可能性遠(yuǎn)小于通用計(jì)算機(jī)上的硬盤(pán)系統(tǒng)，且易于更換和備份。綜上所述，如果在該通信節(jié)點(diǎn)采用嵌入式計(jì)算機(jī)，可以明顯提高此處通信節(jié)點(diǎn)的可靠性，雖不能完全避免故障，但發(fā)生故障的概率應(yīng)該比原有的刀片式服務(wù)器低得多，且恢復(fù)會(huì)更為容易。

4結(jié)語(yǔ)

對(duì)此次事件處理過(guò)程中暴露出來(lái)的問(wèn)題，除了在改進(jìn)設(shè)備方面加以提高之外，還應(yīng)該在處理方法上進(jìn)行一些改進(jìn)和提高。比如，應(yīng)該給重要系統(tǒng)作好冗余和備份工作，提前制作出一套可以用于替換的備份機(jī)，以備機(jī)器損壞時(shí)可以立即更換，總之，對(duì)于此類(lèi)事件，無(wú)論從設(shè)備方面還是從處理方面，可以考慮和改進(jìn)的地方，這些地方雖然有些因?yàn)橘Y金或設(shè)備等其他方面原因暫時(shí)還解決不了，但是仍可以作為一種預(yù)案進(jìn)行準(zhǔn)備，以更好地應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。

作者：宋杰 孫明 劉萬(wàn)陽(yáng) 單位：中國(guó)石油吉林石化公司煉油廠