同时具备工业设备可用性及电脑灵活性的工业用计算机


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工业设备向通用设备和通用OS的组合转变

工业设备作为工业应用(装置嵌入式控制器、收集生产线和设备运行状态的IoT网关终端、数字标牌和业务用终端等)的硬件平台,现在正从专门设计的设备向通用设备和通用OS的组合转变。说到通用设备和通用OS的组合,就不得不说Windows计算机。它可以利用大量周边设备和软件资产,快速、轻松、低成本地构建应用程序,这一点使得工业设备加速向基于Windows计算机的模式转变。但是,既然是工业设备,可用性就是重中之重。如何在利用Windows计算机便利性的同时确保作为工业设备的可用性,便成为了一大课题。

选择工业用计算机时的要点

同时具备工业设备的可用性及一定的灵活性,可以使用支持Windows/Linux的周边设备和软件,这样的计算机就是工业用计算机。工业用计算机在功能上就是所谓的个人计算机,但是具有可靠性高、耐环境性优异、便于安装/嵌入、供货周期长等特征。从作为工业设备的适用性来看,它不同于民用计算机。本次的技术专栏将以选择工业用计算机时的要点和可用性为中心,从各个角度进行说明。

点击查看技术专栏:工业用计算机和民用计算机的区别

控制CPU发热

无需进行维护工作的无风扇类型

计算机中包含许多发热的半导体部件。其中产生热量尤其大的CPU需要特殊的散热机制。常见的机制是,在CPU上安装带风冷风扇的散热片,热量传递给散热片后,再由风冷风扇冷却散热片。风冷风扇是散热效果较高的部件,但由于使用的电机部件寿命有限,因此需要注意其散热性能可能会因老化而下降,从而造成计算机故障。将使用了风冷风扇的计算机作为工业设备使用时,需要将风冷风扇作为定期更换部件,进行更换维护。无风扇类型是指不使用风冷风扇的计算机主机产品。由于不使用寿命有限的风冷风扇,因此具有可免维护使用的优点。在康泰克的产品中,“盒式计算机BX系列(以下简称盒式计算机)”正是这样的产品。.

BX Series

优化的盒式计算机的散热技术

为了让盒式计算机作为工业设备提供个人计算机的便利性,我们着眼于无风扇这一点进行了设计开发。CPU的性能越高,发热量就越大,无风扇化的难度也越高。BX-M1500采用TDP(热设计功耗)为35W的台式机用CPU。对于通常使用带风冷风扇散热片的地方,康泰克成功实现了无风扇化。为了使CPU的热量从顶部排出,并且避免热量在机壳内循环,我们将主板配置在顶部散热片的正下方。

有/无气流。新的使用环境温度表示

从2020年10月起,我们更改了盒式计算机使用环境温度的表示方法。除了此前无气流情况(无风状态)下的性能表示外,还列出了有气流情况下(接近实际现场)的性能表示。
这是BX-T210的环境条件数据表。可在环境温度-20 ~ 70°的广温度范围内使用。根据国际通用的“蒲福风级”,0.7m/s的气流为“风级1(0.3-1.5m/s):炊烟可表示风向,风标不动。”因此,该环境下风力极弱,看不到风标的变化。

蒲福风级表

蒲福风级表 陆地情形 相当风速 (m/s)
0 静,烟直上。 0.0 - 0.2
1 炊烟可表示风向,风标不动。 0.3 - 1.5
2 风拂面,树叶有声,普通风标转动。 1.6 - 3.3
3 树叶及小枝摇动,旌旗招展。 0.3 - 1.5
4 尘沙飞扬,纸片飞舞,小树干摇动。 5.5 - 7.9
5 有叶之小树摇摆,内陆水面有小波。 8.0 - 10.7
6 大树枝摇动,电线呼呼有声,举伞困难。 10.8 - 13.8
7 全树摇动,迎风步行有阻力。 13.9 - 17.1
8 小枝吹折,逆风前进困难。 17.2 - 20.7
9 烟突屋瓦等将被吹损。 20.8 - 24.4
10 陆上不常见,见则拔树倒屋或有其它损毁。 24.5 - 28.4
11 陆上绝少,有则必有重大灾害。 28.5 - 32.6
12 陆上几乎不可见,有则必造成大量人员伤亡。 > 32.7

机柜/控制盘内的风冷

高温多湿是精密设备的大敌。工业设备耐环境性优异,但高温多湿的环境会导致故障率升高,所以应尽量避免。将无风扇类型的工业用计算机收纳在机柜/控制盘中使用时,在确认所需的安装空间后选择合适尺寸的机壳,并且最好考虑配备了带风扇进排气机构的机柜或热交换器等,以期形成气流。如果温湿度环境极其恶劣,还可以安装机箱冷却器。

panel cooler

冲击和振动的耐久性

无主轴的存储设备SSD(固态硬盘)

SSD是Solid State Drive(固态硬盘)的缩写,是一种记录计算机数据的存储设备(辅助存储装置)。使用方法虽与HDD(Hard Disk Drive)相同,但SSD的读写机制却不同于HDD。HDD通过磁头在高速旋转的磁盘盘片上移动来读写数据。与SSD相比,产品的存储容量大,具有容量单价低的优点,但缺点是使用主轴(电机)这一寿命有限的部件,因此具有使用寿命,且害怕振动和冲击。而SSD在逻辑上则是通过半导体元件(NAND型闪存)读写数据的无主轴设备。具有抗振动和冲击、静音、功耗低的优点,但缺点是容量单价比HDD高,而且由于数据写入会导致半导体元件劣化,因此具有改写寿命。改写寿命如下表所示,因半导体元件的差异而异。

SSD(Solid State Drive)的种类和改写寿命

SLC (Single Level Cell) Q-MLC (Quality MLC) / iSLC MLC (Multi Level Cell) TLC (Triple Level Cell)
P/E循环 (rewrite lifetime) *1 ★★★★
60,000次/区块
★★★
20,000次/区块
★★
2000~3000次/区块
★★
2000~3000次/区块
Price ★★ ★★★ ★★★★
Capacity *2
4GB ~ 16GB
★★
16GB ~ 64GB
★★★
32GB ~ 256GB
★★★★
128GB ~ 2TB
用途 数据记录器、24小时运行、10年以上的长期运用 重视可靠性、长期运用 OS启动驱动器,写入筛选器设置 OS启动驱动器,写入筛选器设置
  • *1
    仅供参考,具体取决于产品。
  • *2
    康泰克的产品阵容(截至2021年10月)

数据保护和安全保证

在现场发生存储设备故障

在现场,围绕着电源的故障时有发生,比如“断路器突然跳闸或断线”“在维修作业中脚被电源线绊到,导致电源插头拔出”“不小心拔掉了电源插头”。配备Windows的工业用计算机可能会因为这些原因而出现“收集的数据丢失”“系统区损坏,无法启动”等故障。虽然可以使用UPS(不间断电源装置)作为故障对策,但一般都希望尽量不要增加设备构成。尤其是如果UPS仅用于工业用计算机就更是如此了。

ブレーカ

抵御电源相关故障的“断电保护”

康泰克的“断电保护”可以解决上述课题。Windows会不断更新文件,如果在更新过程中电源中断,这些文件就有可能遭到损坏。如果出现了最坏的情况,损坏的是对Windows来说非常重要的文件,就可能导致操作系统损坏而无法启动。面向嵌入式设备的Windows、Windows 10 IoT Enterprise有锁定功能,通过启用其中的UWF(统一写入筛选器)功能,向存储器的写入被重定向到内存上,虽然抑制了向存储器的写入,但因为在Windows启动或关闭期间不受保护等原因,这项功能并不完善。“断电保护™”支持产品采用配备了强力数据保护功能的SSD。电压下降时立即停止接收向SSD的新写入处理,在断电之前完成最终写入处理,防止在不完善状态下的断电和数据损坏。还可以在BIOS设置中将SSD设为只读驱动器。通过使用“断电保护”,可以大幅降低因电源中断导致故障发生的风险,并且无需关闭OS即可运用。

電断プロテクト

“断电保护”支持产品一览(截至2021年11月)

何谓Windows 10 IoT Enterprise的锁定功能UWF(Unified Write Filter)

下面对Windows 10 IoT Enterprise的UWF(Unified Write Filter)功能进行简要的说明。UWF功能通过将从OS/应用程序向磁盘的写入重定向到覆盖区域,来抑制向磁盘的写入。启用UWF的操作系统不会将安装软件、添加或删除文件等变化记录到磁盘中,在下次启动时,将以变化前的状态启动。这是一种保护操作系统免受故障和不当使用影响的功能。

Windows 10 IoT Enterprise 包括 UWF(Unified Write Filter)和其他锁定功能,这些功能在为特定目的开发设备时非常有用。

Windows 10 IoT Enterprise的锁定功能

提高工业用计算机可用性的5种特有的功能

康泰克的工业用计算机通过“断电保护”等5种原创功能,进一步提高了工业用计算机的可用性。这些功能是在BIOS级别实现的,由公司自行开发硬件、定制OS和BIOS是康泰克的独特优势。Windows等个人计算机技术是廉价、易用、极其方便的通用平台,但将其应用到工业设备中时,如何保证其可用性十分重要。康泰克将不断开发新的有用功能并将其一一实装到产品中。如有应用程序的课题或需求,请务必与康泰克联系。

康泰克特有功能Contec's Unique Functions

康泰克特有功能

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