工控机 — 兼具工业设备的可用性和电脑的灵活性

 

向工业应用的通用设备和通用操作系统过渡

作为工业应用硬件平台的工业设备正在从专用设计的设备向通用设备和通用操作系统的组合转变。这种转变包括嵌入式控制器、收集生产线和设备运行状态的物联网网关终端、数字标牌和商用终端。最广泛认可的通用设备和通用操作系统的组合当然是Windows PC。以这种方式构建的系统允许利用大量现有的外围设备和软件资产快速、轻松且低成本地构建应用程序，因此向基于Windows PC的设备过渡正在加速。但是，工业设备最重要的特性是可用性。问题是如何确保Windows PC作为工业设备的可用性，同时又能充分利用它们提供的便利性。

 

工控机的选择要点

工控机是一种将工业设备的可用性与外围设备和在Windows和Linux上运行的软件的灵活性相结合的计算机。工控机的功能与普通个人计算机相同，但它们还具有高可靠性、出色的环境耐受性、易于安装和嵌入以及长供应周期等特点。从作为工业设备的适用性角度来看，这些产品与消费电脑之间存在明显差异。以下文章从多个角度解释了选择工控机时要考虑的关键点，重点是可用性。

 

1、控制CPU加热

免维护无风扇型

计算机是产生热量的半导体元件的集合。其中，CPU的发热量大，因此需要特殊的散热机制。一种常用的机制是将带有冷却风扇的散热器安装在CPU上，将CPU的热量传导到散热器，然后用风扇冷却散热器。冷却风扇虽然散热效果好，但使用的电机寿命有限。因此，散热性能会随着时间的推移逐渐下降，从而导致计算机故障，因此需要谨慎使用。当将带有冷却风扇的计算机用作工业设备时，需要将冷却风扇作为需要定期更换的部件来处理，并计划更换冷却风扇的维护。无风扇型是不使用冷却风扇的计算机。由于它们不使用寿命有限的冷却风扇，因此具有免维护使用的优势。

机柜或控制面板内的空气冷却

高温和高湿是精密设备的天敌。工业设备虽然耐环境性优良，但应避免在高温高湿环境下使用，因为这样故障率会上升。在机柜或控制面板内使用无风扇工业电脑时，应先检查所需的安装空间，然后选择合适大小的机箱。还应考虑使用带有风扇的进气和排气机构以确保气流的机柜，或带有热交换器等设备的机柜。在特别恶劣的高温高湿环境下，还可以安装面板冷却器。

 

2、耐冲击、耐振动

SSD（固态硬盘）无轴存储设备

SSD是Solid State Drive（固态硬盘）的缩写。SSD是记录计算机数据的存储设备。虽然SSD的使用方式与HDD（硬盘驱动器）相同，但SSD使用与HDD不同的机制来读取和写入数据。HDD 将磁头移动到快速旋转的磁盘上以读取和写入数据。HDD的优点包括可提供比SSD存储容量更大的产品，并且每个内存单元的价格更低。然而，缺点包括驱动器寿命有限，因为它们使用寿命有限的主轴（电机），并且易受振动和冲击。另一方面，SSD是无主轴设备，可从半导体元件（NAND 闪存）逻辑读取和写入数据。它们的优点包括抗振动和冲击、静音运行和低功耗。然而，SSD的缺点是它们每个内存单元的价格比HDD高，并且由于重复写入数据会导致半导体元件劣化，因此具有最大重写寿命。重写寿命因半导体元件而异。

 

3、数据保护和安全

现场发生存储设备问题

现场电源偶尔会出现故障，例如断路器跳闸导致突然断电、维护工作期间脚踩到电源线并拔出插头以及错误拔下设备。对于运行Windows的工业PC，这可能会导致收集的数据丢失、系统区域损坏导致电脑无法启动等问题。解决这些问题的一个对策是使用UPS（不间断电源），但最好避免增加组件数量。当UPS仅用于工控机时尤其如此。

断电保护系统，防止电源故障

解决这些问题的方法是Contec断电保护系统。Windows会不断更新文件，更新过程中断电可能会损坏文件。如果不幸Windows正在更新重要文件，操作系统可能会损坏，电脑可能无法启动。Windows Embedded和Windows 10 IoT Enterprise包含锁定功能。一个是通用写入过滤器 (UWF)。启用此功能会将写入从存储介质重定向到内存，从而减少对存储介质的写入。但它并不完美，因为它在Windows启动和关闭期间不提供保护。支持断电保护系统的产品使用配备强大数据保护功能的SSD。如果电压下降，系统会立即阻止新的SSD写入操作，并在断电前执行最后的写入操作，以防止在系统条件不处于安全状态时断电导致数据损坏。通过配置BIOS设置，SSD还可以用作特殊的只读驱动器。使用断电保护系统可以大大降低断电导致问题的风险，并允许无不必要的操作系统关闭的操作。