微型工控機在超偏載與軌道衡中的應用探討

陳俊皓 中國鐵路上海局集團有限公司科研所

在現今科技高速發展的前提下鐵路運輸的體量和效率已經大大提升，遍布各地的鐵路運輸網絡無時無刻不在進行著高速的運輸作業。那么作為貨運體系中的安全控制環節，超偏載檢測裝置與路用電子軌道衡的作用當然不可忽視。貨車的超載、偏載不但會對于接下來的貿易結算造成不小的影響而且對于鐵路運輸網絡安全的危害更是重大。在超偏載與軌道衡的使用過程中，工控機作為中間環節起著承上啟下收集傳輸數據的作用。如何選擇并用好一臺工控機也是需要好好斟酌的任務。

1 工控機

1.1 什么是工控機

工控機（Industrial Personal Computer，IPC）即工業控制計算機，是一種采用總線結構，對生產過程及機電設備、工藝裝備進行檢測與控制的工具總稱。工控機具有重要的計算機屬性和特征，如具有操作系統、控制網絡和協議、計算能力、友好的人機界面。工控行業的產品和技術非常特殊，屬于中間產品，是為其他各行業提供穩定、可靠、嵌入式、智能化的工業計算機。其主要的組成部分為工業機箱、無源底板及可插入其上的各種板卡組成，如CPU 卡、I/O 卡等。并采取全鋼機殼、機卡壓條過濾網，雙正壓風扇等設計。工控機是在惡劣的環境下使用，對產品的易維護性、散熱、防塵、產品周期、甚至尺寸方面都有著嚴格的要求。因此在設計和選擇工控機平臺的時候，考慮的更多的是機構的設計，然后才是對性能等的考慮。

1.2 工控機的特點

工控機通俗的說就是專門為工業現場而設計的計算機，而工業現場一般具有強烈的震動，灰塵特別多，另有很高的電磁場力干擾等特點，且連續作業即一年中一般沒有休息。因此，工控機與普通計算機相比必須具有以下特點：

（1）機箱采用鋼結構，有較高的防磁、防塵、防沖擊的能力。

（2）機箱內有專用底板，底板上有PCI 和ISA 插槽。

（3）機箱內有專門電源，電源有較強的抗干擾能力。

（4）要求具有連續長時間工作能力。

（5）一般采用便于安裝的標準機箱（4U 標準機箱較為常見）。

除了以上的特點外，其余基本相同。另外，由于以上的專業特點，同層次的工控機在價格上要比普通計算機偏貴，但一般不會相差太多。盡管工控機與普通的商用計算機機相比，具有得天獨厚的優勢，但其劣勢也是非常的明顯（數據處理能力差），具體如下：

（1）配置硬盤容量小。

（2）數據安全性低。

（3）存儲選擇性小。

（4）價格較高。

2 超偏載軌道衡工作中選取的工控機

2.1 工作要求

超偏載軌道衡所使用的工控機一般都安置在鐵路沿線周邊的前段機房中，整體環境具備的問題就是多灰塵、多震動、周邊電磁干擾多、位置偏遠等。由于一般都是位于無人值守的房間之中，所以在繁忙的鐵路運輸過程中需要保持長時間的持續工作時間。

2.2 工作原理

在超偏載與軌道衡運行過程中，車輛的輪對沿著鐵軌運行并壓過置于鐵軌腰部或鐵軌下方的剪力壓力傳感器，由于車輛本身的重量通過力的傳導使貼在剪力壓力傳感器上的精密變形體發生形變，經過形變造成電橋兩端產生微弱電信號將等比例轉化的模擬電壓信號傳輸到位于鐵軌邊的接線箱中。再由信號電纜傳輸到位于前端機房中的采集儀中。采集儀中通過數據采集控制系統將收集到的模擬電壓信號進行一定比例的放大并濾波，由置于采集儀中的A/D 轉換模塊將模擬信號轉換成電子信號通過數字接口傳輸到工控機之中。在工控機中通過稱重軟件將收集的電子信號進行分析判別與整合，完成數據采集數據處理從而得到我們所需要的車輛重量信息與超載偏載值等數值。

2.3 現在使用的工控機

現在大部分使用中的機型是研華IPC-610 型號的工控機。處理器是Intel 賽揚雙核E7500 CPU 芯片組是H61 內存是一條Non-ECC1 333 Mhz 的2G DDR3 擴展的插槽有5 個PCI 插槽，一個PCIex4 插槽，一個PCIex16 插槽。儲存空間為500 G，I/O 端口的話前面板有兩個USB 和一個PS/2 的插槽，背后的話是4 個USB，一個VGA 一個以太網口一個PS/2 鍵鼠分插雙接口一個RS-232 接口和一組音頻輸入輸出接口。300 W 的工業電源，尺寸是 482×177×499 mm，重量為 16.2 kg。內部結構如圖1 所示。

圖1 IPC-610 內部結構

2.4 使用中的問題

IPC-610 型號的工控機的各類參數和硬件條件對于所在的惡劣環境和工作需求確實已經基本勝任，但是在實際使用中還是存在各種各樣的細小問題導致在超偏載軌道衡的工作過程中引起一些麻煩。最為直觀的一個問題就是IPC-610的重量對于一個需要移動到安置在相對偏遠位置的前端機房的我們來說太重了。16.2 kg 的自身重量在線路上移動起來非常的費力，雖然有兩個側置的把手可以用來借力但是需要帶著這樣重的設備在路肩行走確實不太方便。特別是行走道砟上的時候如果存在高度差那么很容易引起工作者的受傷。其次，相對巨大的內部空間和前吸氣后排氣的單向風道設計導致了在多灰塵的環境下，內部結構特別容易產生積灰起球的現象、這樣的情況容易導致內部主板的短路或者部分主要部件的金手指接觸部分氧化從而引起接觸不良等問題。在一個無人值守的房間內，容易產生工控機本身斷電、系統卡死甚至會有引發火災的危險。再來就是它的硬盤架的不合理設計，它的硬盤架與光驅架相互疊加在一個整體架上，這在民用計算機上也很容易看到這樣的設計，但是他的固定螺栓是在最底部的硬盤架上，整體架的固定螺栓是兩個在拆卸面頂部的右側兩個在拆卸面中間底部的位置。中間底部的兩顆螺栓不論拆下還是緊固都是不方便且難以固定的。由于硬盤內部數據資料會有備份或者移用的要求，所以這樣一個對于硬盤的拆卸會對工作難度和時間上都給與不必要的增加。

3 應用微型工控機的理由

3.1 微型工控機參數

微型工控機選擇的型號是研華AiMC-3402。處理器是奔騰G2120 芯片組是H61 內存是一條Non-ECC 1333Mhz 的2G DDR3 擴展的插槽有2 個PCI 插槽，一個PCIex4 插槽，一個PCIex16 插槽。儲存空間為500 G，I/O 端口的話前面板有4個USB 和一個PS/2 的插槽，背后的話是4 個USB，兩個VGA兩個以太網口一個PS/2 鍵鼠分插雙接口，十個COM 口和一組音頻輸入輸出接口。250 W 的經過80PLUS 認證的工業電源，尺寸是 148×330×300 mm ，重量為 6.3 kg。內部結構如圖 2所示。

圖2 AiMC-3402 內部結構

3.2 微型工控機的優勢

首先最直接的比較就是處理器的升級、奔騰G2120 相對E7500 已是領先一代的CPU，運行能力和多任務處理上要強過E7500 不少，這樣在同樣的任務量中G2120 更不易因處理量過大導致假死。在距離間隔較遠的設備之中減少假死是很重要的一環。其次它的兩個VGA 接口提供了一個雙屏顯示的可能、對于一些特定操作有一些幫助。十個COM 的設置可以減少因單口接觸不良導致的數據傳輸異常以及承載多端口輸入任務。相比之前的單個COM 口要方便和可操作行更強。它的電源采用的是經過80 PLUS 認證的工業電源，能夠保證在20%、50%、100%的負載占用情況下都提供至少80%的電源轉換效率，這說明它不僅更節能并且更加穩定和有效、在一個需要長期工作的環境里它更能發揮自己本身該有的能力。硬盤架的設計相比PCI-610 的不合理緊固位置，它的幾個螺栓都處于相對容易觸及的區域，拆卸的過程更為方便省力。由于內部的空間相對小，8 cm 的機箱風扇加上一進兩出（前面板進氣后面板和右側面板前部排氣）的散熱風道可以讓本身發熱量不大的內部零件有一個可靠的降溫效果同時也不太容易單位置積灰起球，減少因內部溫度過高導致主板或板卡燒毀或過溫自我保護重啟。還有非常明顯差距的就是它的體積和重量，相比于之前 IPC-610 的 482×177×499 mm，重量為 16.2 kg，AiMC-3402 的體積幾乎只有它的三分之一，重量也減少了整整10 kg。這對于需要攜帶工控機到較遠的前端機房進行搶修維護的工作來說是一個不小的工作效率提升和勞力的減少，也把在鐵路沿線行走的危險性降低了不少。

4 結束語

在超偏載與軌道衡領域中，工控機的性能參數決定了數據傳輸分析這個中間環節運作的順暢與否，選擇一臺合適合規且合理的工控機對于整個計量與安全檢測過程是需要且必要的。越優秀的參數越合理的設計是對于工作效率的提升也是對于風險的把控，穩定的結構和高性能可以起到防患于未然，盡量減少因硬件原因導致的問題。保障稱重環節的順利，確保鐵路運輸安全并保障相關的貿易結算的準確性和有效性。各種優勢讓微型工控機的使用和普及應該及時提上日程。隨著工控機的技術革新和超偏載軌道衡的發展，更完善的設備一定會不斷更新，作為從業人員也應與時俱進踏上進步的列車，精進鉆研為鐵路運輸網絡的長遠發展道路添上自己的一份綿薄之力。