谈色谱通信工业计算机设备选择

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摘要：根据不同设备工况选择通用工控计算机，使其功能特性更加符合实际工况要求，以达到提高性能降低故障的目的，保障工控系统可靠运行。

关键词：色谱；通信故障；工业级嵌入式计算机

1概述

随着通用计算机技术的高速发展，其目前工业系统中的地位正日渐重要。由于其具有高性能，价格低廉，编程容易的特点，大量的通用计算机正在取代以前应用于工业系统重的专用计算机系统，以提高系统性能降低系统造价。但是，通用计算机系统的引入也会带来一些负面的影响，最主要的就是与专用系统相比，其可靠性方面存在着一定的不足。

2案例引用

某日，某厂化工装置突然发生色谱网络中断事件，由于计算机设备损坏，造成色谱通信网络瘫痪，色谱数据无法传输达4h。经检查，色谱通信GATEWAY硬盘损坏，造成系统无法通信，更换电脑后系统恢复正常。

3分析与改进方法

经过此次事件，并总结以前发生的类似计算机损坏引起故障，应该对工业控制系统中计算机设备的选择方法进行一定的反思和总结，以提高工业计算机系统的可靠性和稳定性。根据目前在工业控制系统中应用的计算机系统运行负荷情况，系统大致分为以下几类：

（1）持续高负荷服务设备多用于系统中数据服务器和数据计算等工况需要长时间连续执行高负荷的数据交换与计算任务，此类机器由于工作在网络和系统的核心部分，对工作的稳定性和系统的性能都有着严格的要求，一旦出现故障将会造成大面积的影响。

（2）多工况数据管理与交换设备一般用于数据管理、编辑等工作，设备处于非连续工作或负荷变化较大场合，多用于设备管理，数据与程序编辑等工况，需要短时间内承受较大负荷工作，但任务一般不连续，且事件较短，此类机器对性能有一定要求，但由于工作不连续，故对稳定性要求并不十分严格。

（3）持续低负荷连续设备一般用于数据收集与转换等场合，持续用于低负荷工作，但对机器的稳定性要求较高，一旦出现故障对局部系统会产生影响。

（4）普通终端设备一般用于监控和检查系统工况等功能，由于在系统中存在较多可替换设备，且工作任务负荷较低，对系统有一定影响。为更有效地利用计算机系统，应根据其工作状况，选择不同的计算机系统设备以达到提升稳定性、降低费用、减少维护工作量的目的。如工况2和工况4，由于其在系统中的负荷不连续并处于维护人员的监控之下，或有较多的类似冗余节点，故对系统可靠性要求不高，可以使用普通配置的技术机即可满足要求。工况1的计算机由于其工作特点，必须采用高性能计算机，且在电源硬盘等易损高负荷设备中采用冗余设计的服务器来满足要求。而对于工况3的计算机，则由于其对性能要求远低于对可靠性的要求，应尽量采用可靠性较高的设备，以提高可靠性；此次，通信事件的发生即是这样工况下一台网关服务器，该服务器长期处于低负荷的连续工作，该机型号为POWEREDGE750，为DELL刀片服务器系列产品，通过长期使用观察其CPU的占用率持续低于3%，且该机程序对数据仅有转换功能，而无记录作用，硬盘的读写概率极低，说明其性能冗余过大，通过多年使用后，由于其长期工作，系统老化造成机器性能下降，出现故障。分析该机故障形成原因，主要是长期系统运行后，电子元件老化所致，而配置很高的服务器CPU对其附属系统形成较大的工作压力，是造成元件老化的主要原因。在日常维护计算机过程中发现，造成计算机出现故障的主要节点在于其硬盘子系统和电源子系统，硬盘子系统多由于外部掉电或突然关机而对其造成损坏，而电源子系统的故障则多由于其较高的负荷压力和较高的工作温度造成，该系统的另外一台损坏的机器目前可以确认的故障即为电源子系统损坏，此台机仅在现场工作3年即告损坏；而此次出现的计算机虽为应盘子系统损坏，但分析原因，与电源部分长期工作进而发生突然停机有着必然的关系。对于此类服务器，其过高的性能配置使其本身对电源子系统形成了较大压力，且长时间连续工作造成其损坏成为必然；通过此次事件，及回顾过去类似系统中发生的类似事件，可以发现，高性能的服务器系统并不适合此类工况，针对此类工况，可以尝试采用新型的工业级嵌入式计算机，如图1所示。该类计算机均采用无风扇低功耗设计，支持CF卡插槽和可选的硬盘且兼容目前主流操作系统，虽然性能低于工业服务器但其可靠性要远高于普通服务器产品，对于色谱网络服务器来说应该是最为合适的计算机类型了。工业级嵌入式计算机最大的特点即为其可靠性，其具有低功耗设计和无风扇设计，整机采用一体化设计，并且可以选择CF卡或固态硬盘，使其减少了造成设备故障的主要故障环节，CPU的选择则可以根据具体负荷进行定制，又使其具有最大的灵活性，其对外部工作的环境要求如环境温度、湿度、震动等参数，也明显的低于普通计算机系统，部分参数（震动）的差距可以达到几个数量级的差异，使其具有的可靠性在与普通通用计算机的对比中占据明显的优势。针对此次事件，如该系统采用此类嵌入式计算机，则可以降低此类问题发生的几率：

（1）此节点较低的工作负荷是嵌入式计算机性能完全可以满足要求。

（2）此嵌入式计算机较低的功耗带来较低的发热，进而减少热量对于机器部件老化的加速作用，且该机为适应较宽的工作温度条件，对于元件和外部热量控制均已经提前设计，已经最大程度避免了热量对于系统造成的影响。

（3）嵌入式计算机一般为外部直流电供应，没有通用计算机的电源转换系统，供电的可靠性较通用计算机高出很多，一般不会因电源系统产生停机故障。

（4）嵌入式计算机可以选择CF卡或固态硬盘作为存储介质，造成硬盘损坏的可能性远小于通用计算机上的硬盘系统，且易于更换和备份。综上所述，如果在该通信节点采用嵌入式计算机，可以明显提高此处通信节点的可靠性，虽不能完全避免故障，但发生故障的概率应该比原有的刀片式服务器低得多，且恢复会更为容易。

4结语

对此次事件处理过程中暴露出来的问题，除了在改进设备方面加以提高之外，还应该在处理方法上进行一些改进和提高。比如，应该给重要系统作好冗余和备份工作，提前制作出一套可以用于替换的备份机，以备机器损坏时可以立即更换，总之，对于此类事件，无论从设备方面还是从处理方面，可以考虑和改进的地方，这些地方虽然有些因为资金或设备等其他方面原因暂时还解决不了，但是仍可以作为一种预案进行准备，以更好地应对突发事件。

作者：宋杰 孙明 刘万阳 单位：中国石油吉林石化公司炼油厂