談色譜通信工業(yè)計算機設(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算機，使其功能特性更加符合實際工況要求，以達到提高性能降低故障的目的，保障工控系統(tǒng)可靠運行。

關(guān)鍵詞：色譜；通信故障；工業(yè)級嵌入式計算機

1概述

隨著通用計算機技術(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，價格低廉，編程容易的特點，大量的通用計算機正在取代以前應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)重的專用計算機系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)性能降低系統(tǒng)造價。但是，通用計算機系統(tǒng)的引入也會帶來一些負面的影響，最主要的就是與專用系統(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，由于計算機設(shè)備損壞，造成色譜通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓，色譜數(shù)據(jù)無法傳輸達4h。經(jīng)檢查，色譜通信GATEWAY硬盤損壞，造成系統(tǒng)無法通信，更換電腦后系統(tǒng)恢復(fù)正常。

3分析與改進方法

經(jīng)過此次事件，并總結(jié)以前發(fā)生的類似計算機損壞引起故障，應(yīng)該對工業(yè)控制系統(tǒng)中計算機設(shè)備的選擇方法進行一定的反思和總結(jié)，以提高工業(yè)計算機系統(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)用的計算機系統(tǒng)運行負荷情況，系統(tǒng)大致分為以下幾類：

（1）持續(xù)高負荷服務(wù)設(shè)備多用于系統(tǒng)中數(shù)據(jù)服務(wù)器和數(shù)據(jù)計算等工況需要長時間連續(xù)執(zhí)行高負荷的數(shù)據(jù)交換與計算任務(wù)，此類機器由于工作在網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的核心部分，對工作的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的性能都有著嚴格的要求，一旦出現(xiàn)故障將會造成大面積的影響。

（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)工作或負荷變化較大場合，多用于設(shè)備管理，數(shù)據(jù)與程序編輯等工況，需要短時間內(nèi)承受較大負荷工作，但任務(wù)一般不連續(xù)，且事件較短，此類機器對性能有一定要求，但由于工作不連續(xù)，故對穩(wěn)定性要求并不十分嚴格。

（3）持續(xù)低負荷連續(xù)設(shè)備一般用于數(shù)據(jù)收集與轉(zhuǎn)換等場合，持續(xù)用于低負荷工作，但對機器的穩(wěn)定性要求較高，一旦出現(xiàn)故障對局部系統(tǒng)會產(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)負荷較低，對系統(tǒng)有一定影響。為更有效地利用計算機系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)其工作狀況，選擇不同的計算機系統(tǒng)設(shè)備以達到提升穩(wěn)定性、降低費用、減少維護工作量的目的。如工況2和工況4，由于其在系統(tǒng)中的負荷不連續(xù)并處于維護人員的監(jiān)控之下，或有較多的類似冗余節(jié)點，故對系統(tǒng)可靠性要求不高，可以使用普通配置的技術(shù)機即可滿足要求。工況1的計算機由于其工作特點，必須采用高性能計算機，且在電源硬盤等易損高負荷設(shè)備中采用冗余設(shè)計的服務(wù)器來滿足要求。而對于工況3的計算機，則由于其對性能要求遠低于對可靠性的要求，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網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，該服務(wù)器長期處于低負荷的連續(xù)工作，該機型號為POWEREDGE750，為DELL刀片服務(wù)器系列產(chǎn)品，通過長期使用觀察其CPU的占用率持續(xù)低于3%，且該機程序?qū)?shù)據(jù)僅有轉(zhuǎn)換功能，而無記錄作用，硬盤的讀寫概率極低，說明其性能冗余過大，通過多年使用后，由于其長期工作，系統(tǒng)老化造成機器性能下降，出現(xiàn)故障。分析該機故障形成原因，主要是長期系統(tǒng)運行后，電子元件老化所致，而配置很高的服務(wù)器CPU對其附屬系統(tǒng)形成較大的工作壓力，是造成元件老化的主要原因。在日常維護計算機過程中發(fā)現(xiàn)，造成計算機出現(xiàn)故障的主要節(jié)點在于其硬盤子系統(tǒng)和電源子系統(tǒng)，硬盤子系統(tǒng)多由于外部掉電或突然關(guān)機而對其造成損壞，而電源子系統(tǒng)的故障則多由于其較高的負荷壓力和較高的工作溫度造成，該系統(tǒng)的另外一臺損壞的機器目前可以確認的故障即為電源子系統(tǒng)損壞，此臺機僅在現(xiàn)場工作3年即告損壞；而此次出現(xiàn)的計算機雖為應(yīng)盤子系統(tǒng)損壞，但分析原因，與電源部分長期工作進而發(fā)生突然停機有著必然的關(guān)系。對于此類服務(wù)器，其過高的性能配置使其本身對電源子系統(tǒng)形成了較大壓力，且長時間連續(xù)工作造成其損壞成為必然；通過此次事件，及回顧過去類似系統(tǒng)中發(fā)生的類似事件，可以發(fā)現(xiàn)，高性能的服務(wù)器系統(tǒng)并不適合此類工況，針對此類工況，可以嘗試采用新型的工業(yè)級嵌入式計算機，如圖1所示。該類計算機均采用無風(fēng)扇低功耗設(shè)計，支持CF卡插槽和可選的硬盤且兼容目前主流操作系統(tǒng)，雖然性能低于工業(yè)服務(wù)器但其可靠性要遠高于普通服務(wù)器產(chǎn)品，對于色譜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器來說應(yīng)該是最為合適的計算機類型了。工業(yè)級嵌入式計算機最大的特點即為其可靠性，其具有低功耗設(shè)計和無風(fēng)扇設(shè)計，整機采用一體化設(shè)計，并且可以選擇CF卡或固態(tài)硬盤，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)具體負荷進行定制，又使其具有最大的靈活性，其對外部工作的環(huán)境要求如環(huán)境溫度、濕度、震動等參數(shù)，也明顯的低于普通計算機系統(tǒng)，部分參數(shù)（震動）的差距可以達到幾個數(shù)量級的差異，使其具有的可靠性在與普通通用計算機的對比中占據(jù)明顯的優(yōu)勢。針對此次事件，如該系統(tǒng)采用此類嵌入式計算機，則可以降低此類問題發(fā)生的幾率：

（1）此節(jié)點較低的工作負荷是嵌入式計算機性能完全可以滿足要求。

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

（3）嵌入式計算機一般為外部直流電供應(yīng)，沒有通用計算機的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，供電的可靠性較通用計算機高出很多，一般不會因電源系統(tǒng)產(chǎn)生停機故障。

（4）嵌入式計算機可以選擇CF卡或固態(tài)硬盤作為存儲介質(zhì)，造成硬盤損壞的可能性遠小于通用計算機上的硬盤系統(tǒng)，且易于更換和備份。綜上所述，如果在該通信節(jié)點采用嵌入式計算機，可以明顯提高此處通信節(jié)點的可靠性，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)會更為容易。

4結(jié)語

對此次事件處理過程中暴露出來的問題，除了在改進設(shè)備方面加以提高之外，還應(yīng)該在處理方法上進行一些改進和提高。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，以備機器損壞時可以立即更換，總之，對于此類事件，無論從設(shè)備方面還是從處理方面，可以考慮和改進的地方，這些地方雖然有些因為資金或設(shè)備等其他方面原因暫時還解決不了，但是仍可以作為一種預(yù)案進行準備，以更好地應(yīng)對突發(fā)事件。

作者：宋杰 孫明 劉萬陽 單位：中國石油吉林石化公司煉油廠