減少TDCS主機硬盤故障

莫建國

摘 要：當今鐵路信號技術中電子計算機得到了廣泛運用，提高計算機及部件的使用壽命顯得十分重要，本文主要以現場實際運用為基礎，通過具體分析、深入調研、攻關整治等手段，從四個方面點介紹了延長工控機硬盤使用壽命的措施和方法，最后經現場試驗運用，在安全風險和維修成本上都收到了明顯效果。

關鍵詞：工控機；硬盤；隔熱板；管式散熱器；維修成本；故障率

隨著鐵路自動化進程的不斷加快，鐵路信號設備在系統中的地位愈加重要，尤其是計算機技術在鐵路信號領域的大量運用，更是帶動了智能控制的技術水平。因此，各類工業化計算已經成為鐵路行車的核心設備，它不但運算輸入或輸出的大量數據，而且要完成連續幾個月甚至幾年的不間斷工作，另外受資金、環境等因素限制，電子設備超期運用是普遍存在的。這樣就要求現場維護人員更加注重延長工控主機及部件的使用壽命，實際上，發生工控機硬盤、風扇等器材不良引起的設備故障比較多，不但影響行車秩序還大大增加了維修成本。如何使硬盤、風扇等消耗性電子器件的使用壽命更長，是擺在我們面前的現實性課題，為了解決這個問題，進行了大量的調研、分析、試驗和改進，現就TDCS設備中工控機的硬盤故障的分析控制情況進行介紹。

1 硬盤故障影響

如右圖所示，鐵路信號TDCS系統由三層組成，涉及到路局中心及各車站，所以系統中的工控主機分散到鐵路沿線。TDCS站工控機一般采用研華610H型，其硬盤接口為IDE，且硬盤故障在站機故障總數中所占比例最大，經統計，管內共有77個TDCS車站，平均每年發生TDCS工控機硬盤故障達80次。

1.1 成本分析：一塊IDE接口80G硬盤需要770元，且這種類型接口的硬盤已經停產，市場上買不到，購買器材到貨的速度也是很慢，有時長達3個月。據統計全段每年僅更換硬盤一項的費用支出達到12萬元，而且呈不斷上升趨勢。如果要控制維修成本，就要從根本上分析硬盤故障原因，通過攻關問題找到延長硬盤壽命、減少硬盤故障的辦法。

1.2 安全分析：由于硬盤故障可造成TDCS設備前臺終端黑屏，耽誤調度監督、站間透明，車站值班員也不能正常進行列車運行報點、查看調度命令等操作，甚至看不到鄰站的站場信息，嚴重影響了正常的行車秩序，而且故障設備分布在沿線各站，電務人員（包括現場車間和電子車間）總是疲于應對，花費了大量的人力物力，還增加了人身安全等方面的風險系數。

2 硬盤故障原因分析

2.1 現場運用環境差是硬盤故障的主要原因。經過有針對性的現場抽樣調研，我們發現由于鐵路沿線運轉室條件的不同，硬盤在現場的安裝環境也各不一樣。不利的因素主要是：①部分車站的機柜運行環境很差，不利于通風或灰塵大的處所較多，有的車站還將設備安裝在太陽直射或暖氣片加溫位置，造成了機器外部溫度、濕度變化大；②有的受機柜空間限制，將兩（三）臺工控機直接摞放在一起（如圖所示），造成機箱的通風口通風不暢，嚴重影響了機器的散熱；③因設備安裝在運轉室，距離鐵路線路較近，隨著列車的運行而顫動，顫動對硬盤的傷害是很明顯的。

2.2 工控機本身結構也是造成硬盤易損的重要原因。①由于安裝硬盤架底部與底板間距太小、環境溫度高、自身散熱不好，造成硬盤運用時無法及時散熱；②硬盤與主板連接使用的電源線和數據線都是插接的，而且處于未綁扎狀態受外界顫動影響更為明顯，容易造成硬盤供電的電壓波動或數據變化，使硬盤工作在一個不穩定的工作狀態。

2.3 硬件質量存在問題是硬盤故障的次要原因。①由于IDE接口硬盤已經基本處于停產狀態，所以廠家新供的硬盤多是多年的存貨，甚至是回收翻新的舊貨，有的新硬盤運用到現場不到一年就壞了；②風扇作用不良也是造成硬盤故障的因素之一，現場檢查發現有的新購置的風扇結構不合理，風力達不到、轉速不足，還有的風扇短時間就停轉了，因風扇問題造成主機箱內空氣對流效果差，溫度較高，也加快了硬盤的損壞速度。

2.4 沒有試驗和監測設施是硬盤故障的間接原因。通過以上分析我們發現硬件材質不良是設備維護上的漏洞，使用人員沒有可用的監控試驗設備和控制管理手段，新貨到達現場后，只好根據目測表面的方法進行直觀判斷，幾乎不能發現實質性問題，得不到可信的數據信息，硬件設備質量只能過分依賴于廠家。

2.5 連續運用時間過長是造成硬盤損壞的不可控因素。由于列車不間斷運行，鐵路信號設備不能停止，有的設備連續運用可能達到幾年，電子設備長期運用時，會對硬盤等設備造成損害，但這是鐵路的運輸要求決定的，不能改變，只能通過解決以上四方面問題，優化環境、改變結構、加裝部件來延長硬盤等設備的使用期限。

3 采取的有效解決措施

3.1 解決IDE接口硬盤問題。針對現用的IDE接口硬盤價格貴、供貨慢、容量小、質量差等問題，對比市場上最通用的SATA串口硬盤，發現SATA串口硬盤有容量大、緩存大、運行速度快、穩定性高等特點。提出了將IDE接口硬盤更換為SATA串口硬盤的方案，同時試驗并制作了SATA轉IDE的硬盤轉換板，在SATA串口硬盤上加接轉換板后，就可以代替IDE接口硬盤的工作，從而解決了IDE接口硬盤型號問題；此外還對4個廠家生產的大風扇現場運用質量進行了全面的統計，發現“酷冷至尊”牌風扇故障率最低，且使用期限最長，規定了使用固定廠家生產風扇的要求。

3.2 搭建CTC、TDCS設備試驗臺。確定硬盤、2T模塊、風扇的使用標準，將新購置的硬件上道前進行通電試驗，并規范上電試驗時間，試驗進行時時監控，此外建立一套基礎數據檔案，記錄期間特性變化、風扇風力等相關數據。

3.3 解決環境及溫度對硬盤的影響。調研中發現車站TDCS終端有四個方面的弊端，第一，安裝在暖氣附近或太陽直射的，會造成機柜內或主機箱內的溫度快速變熱，這類情況要在機柜門處安裝隔熱板，起到恒溫的作用。第二，針對有的車站值班員終端的兩（三）臺工控機摞在一起影響散熱的問題，采用在兩個工控機間用10mm支架隔開的方法，加大散熱面積。第三，在個別車站采用加大工控機風扇功率的辦法，加強工控機散熱。第四，對工控機內部的電源線進行綁扎固定，防止顫動對連線接觸的影響。

3.4 解決硬盤自身散熱和顫動問題。調研發現硬盤本身熱量散發的效果不良是導致硬盤故障的主要原因，解決這個問題提出三個方案，第一，在硬盤架上安裝硬盤散熱風扇，這樣做的優點是散熱效果最好。缺點是風扇長期運行，容易產生噪音和振動，對于高速旋轉的硬盤來說，噪音和振動是最不利的條件，將使磁頭在讀寫時易劃傷磁盤，因此不建議采取這種方案。第二，改變硬盤安裝位置，提高硬盤散熱間距，原硬盤安裝在硬盤架底部，與底板間距太小，用自制的轉接支架，安裝在空閑的光驅卡槽上，提高硬盤與底板的間距，提高散熱效果。其優點是成本低易實施；缺點是靠硬盤外殼自散熱效果不明顯。第三，安裝熱管式硬盤散熱器。如圖所示，根據硬盤大小自制適用于3.5英寸的散熱器，通過加大散熱面積來降低硬盤的溫度，就是用鋁制材質熱管靠在硬盤上，硬盤產生的熱量通過熱管散發到機箱內，被機箱散熱風扇冷卻。具體安裝方法如下：①用螺絲將硬盤散熱器與硬盤固定好。②再將裝好的硬盤用螺絲固定到光驅卡槽上面即可。這樣做的優點是無噪音、無振動、散熱效果好。缺點是需要自制器材。通過一年的上道試驗，發現這種方法效果良好，所以建議使用這種散熱方式，保證降低TDCS站機硬盤損壞頻次。

4 總結效果

4.1 通過以上分析、攻關、試驗和嘗試，2015年以來月均僅發生一次硬盤故障問題，具體數量對比如右表所示。人員大大減少了現場處理故障的頻次，既減少了人力物力資源，也規避了人員現場作業的安全風險。

4.2 由于硬盤故障的減少，相關維修成本也在直線降低，而且改用SATA串口硬盤價格僅180元/塊，預計每年能夠節約成本在10萬元以上。