談色譜通信工業計算機設備選擇
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摘要：根據不同設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，保障工控系統可靠運行。
1概述
隨著通用計算機技術的高速發展，其目前工業系統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用于工業系統重的專用計算機系統，以提高系統性能降低系統造價。但是，通用計算機系統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生色譜網絡中斷事件，由于計算機設備損壞，造成色譜通信網絡癱瘓，色譜數據無法傳輸達4h。經檢查，色譜通信GATEWAY硬盤損壞，造成系統無法通信，更換電腦后系統恢復正常。
3分析與改進方法
經過此次事件，并總結以前發生的類似計算機損壞引起故障，應該對工業控制系統中計算機設備的選擇方法進行一定的反思和總結，以提高工業計算機系統的可靠性和穩定性。根據目前在工業控制系統中應用的計算機系統運行負荷情況，系統大致分為以下幾類：
（1）持續高負荷服務設備多用于系統中數據服務器和數據計算等工況需要長時間連續執行高負荷的數據交換與計算任務，此類機器由于工作在網絡和系統的核心部分，對工作的穩定性和系統的性能都有著嚴格的要求，一旦出現故障將會造成大面積的影響。
（2）多工況數據管理與交換設備一般用于數據管理、編輯等工作，設備處于非連續工作或負荷變化較大場合，多用于設備管理，數據與程序編輯等工況，需要短時間內承受較大負荷工作，但任務一般不連續，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，故對穩定性要求并不十分嚴格。
（3）持續低負荷連續設備一般用于數據收集與轉換等場合，持續用于低負荷工作，但對機器的穩定性要求較高，一旦出現故障對局部系統會產生影響。
（4）普通終端設備一般用于監控和檢查系統工況等功能，由于在系統中存在較多可替換設備，且工作任務負荷較低，對系統有一定影響。為更有效地利用計算機系統，應根據其工作狀況，選擇不同的計算機系統設備以達到提升穩定性、降低費用、減少維護工作量的目的。如工況2和工況4，由于其在系統中的負荷不連續并處于維護人員的監控之下，或有較多的類似冗余節點，故對系統可靠性要求不高，可以使用普通配置的技術機即可滿足要求。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備中采用冗余設計的服務器來滿足要求。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，應盡量采用可靠性較高的設備，以提高可靠性；此次，通信事件的發生即是這樣工況下一臺網關服務器，該服務器長期處于低負荷的連續工作，該機型號為POWEREDGE750，為DELL刀片服務器系列產品，通過長期使用觀察其CPU的占用率持續低于3%，且該機程序對數據僅有轉換功能，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，系統老化造成機器性能下降，出現故障。分析該機故障形成原因，主要是長期系統運行后，電子元件老化所致，而配置很高的服務器CPU對其附屬系統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現，造成計算機出現故障的主要節點在于其硬盤子系統和電源子系統，硬盤子系統多由于外部掉電或突然關機而對其造成損壞，而電源子系統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損壞，此臺機僅在現場工作3年即告損壞；而此次出現的計算機雖為應盤子系統損壞，但分析原因，與電源部分長期工作進而發生突然停機有著必然的關系。對于此類服務器，其過高的性能配置使其本身對電源子系統形成了較大壓力，且長時間連續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中發生的類似事件，可以發現，高性能的服務器系統并不適合此類工況，針對此類工況，可以嘗試采用新型的工業級嵌入式計算機，如圖1所示。該類計算機均采用無風扇低功耗設計，支持CF卡插槽和可選的硬盤且兼容目前主流操作系統，雖然性能低于工業服務器但其可靠性要遠高于普通服務器產品，對于色譜網絡服務器來說應該是最為合適的計算機類型了。工業級嵌入式計算機最大的特點即為其可靠性，其具有低功耗設計和無風扇設計，整機采用一體化設計，并且可以選擇CF卡或固態硬盤，使其減少了造成設備故障的主要故障環節，CPU的選擇則可以根據具體負荷進行定制，又使其具有最大的靈活性，其對外部工作的環境要求如環境溫度、濕度、震動等參數，也明顯的低于普通計算機系統，部分參數（震動）的差距可以達到幾個數量級的差異，使其具有的可靠性在與普通通用計算機的對比中占據明顯的優勢。針對此次事件，如該系統采用此類嵌入式計算機，則可以降低此類問題發生的幾率：
（1）此節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，且該機為適應較寬的工作溫度條件，對于元件和外部熱量控制均已經提前設計，已經最大程度避免了熱量對于系統造成的影響。
（3）嵌入式計算機一般為外部直流電供應，沒有通用計算機的電源轉換系統，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產生停機故障。
（4）嵌入式計算機可以選擇CF卡或固態硬盤作為存儲介質，造成硬盤損壞的可能性遠小于通用計算機上的硬盤系統，且易于更換和備份。綜上所述，如果在該通信節點采用嵌入式計算機，可以明顯提高此處通信節點的可靠性，雖不能完全避免故障，但發生故障的概率應該比原有的刀片式服務器低得多，且恢復會更為容易。
4結語
對此次事件處理過程中暴露出來的問題，除了在改進設備方面加以提高之外，還應該在處理方法上進行一些改進和提高。比如，應該給重要系統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案進行準備，以更好地應對突發事件。
作者：宋杰 孫明 劉萬陽 單位：中國石油吉林石化公司煉油廠
