(firmení č)
Kam směřuje vývoj průmyslových počítačů?
Naše práce, peníze, možnost komunikovat a nakonec i zdraví a život stále více závisejí na výpočetní technice. V hierarchii komunikačního systému podniku nebo instituce jsou nyní propojovány jednotlivé vrstvy systému zpracování dat od nejnižší úrovně řízení čidel a akčních členů, přes průmyslové sběrnice, propojující lokální řídicí systémy, až k datovým sítím, které využívá vedení podniku. Vše je integrováno do jednotného informačního systému. Na bezchybné funkci jeho hardwaru v podniku závisí v podstatě vše. Úvodní tvrzení tedy není vůbec přehnané, spolehlivost výpočetní techniky se stává požadavkem, o kterém se nediskutuje, který se předpokládá. Odpovědí na tento požadavek je průmyslový počítač.
Průmyslový počítač má všechny vlastnosti, které jsou vyžadovány od výpočetní techniky nasazené na vysoce exponovaném místě. Je určen pro nepřetržitý chod, často ve specifickém prostředí s různými negativními vlivy. Liší se od svého kancelářského protějšku především zvýšenou odolností, spolehlivostí a modulárním konstrukčním uspořádáním.
Způsoby zvýšení odolnosti
Konstrukční prvky pro zvýšení odolnosti proti destrukčním vlivům okolního prostředí jsou nejnápadnějším znakem průmyslového počítače. Počítače deklarované jako průmyslové jsou vybaveny ochranou proti prachu, vlhkosti, vibracím a rázům, elektrickému přepětí a přepěťovým špičkám a rušivým elektromagnetickým polím.
Ochrana proti prachu
Prach je častým důvodem selhání i kancelářských počítačů. Vrstva prachu zhoršuje chlazení součástek, působí destruktivně na nekrytá záznamová media, jako jsou diskety nebo CD. V průmyslovém prostředí se kromě toho často setkáváme i s prachem, který je elektricky vodivý a způsobuje zkraty a svody na deskách plošných spojů. Prostředkem ke zvýšení odolnosti průmyslového počítače proti prachu bývá nejčastěji přetlaková ventilace s prachovým filtrem. Jejím základem je sací ventilátor velkého výkonu, který nasává vzduch do skříně přes prachový filtr. Ve skříni se tvoří přetlak čistého vzduchu, který zabraňuje vnikání prachu. Provedení výkonné ventilační jednotky šasi ADVANTECH SPC-530 ukazuje obr. 1.
Ochrana proti vlhkosti, kondenzující nebo stříkající vodě
Tato ochrana je charakteristická pro počítače pracující v nejtvrdších podmínkách. Prostředkem proti vnikání vlhkosti je odpovídající stupeň krytí. Vzhledem k nutnosti chlazení většinou bývá v provedení s velkou odolností proti vlhkosti pouze skutečně exponovaná část počítače, např. čelní panel. Vypínač a disketová šachta bývají pod víkem s odpovídajícím těsněním.
Ochrana proti otřesům a rázům
Otřesy, rázy a vibrace negativně působí na desky plošných spojů elektroniky počítače. Tento vliv lze omezit vhodnou konstrukcí desky a použitím techniky povrchové montáže. V počítačích jsou však i další části citlivé na mechanické otřesy a rázy. Jde hlavně o pevný disk a zásuvné karty, které se vlivem otřesů uvolňují. Průmyslové počítače používají pro pevné disky a disketové mechaniky odpružené uchycení, nejčastěji s využitím pryžových tlumicích bloků. Proti uvolnění zásuvných kart vlivem otřesů (ale i vlivem teplotních dilatací) je průmyslový počítač vybaven systémem pro mechanickou fixaci kart v konektorech (obr. 2).
Kvalita napájecího napětí
Elektrická síť nízkého napětí, která se používá i pro napájení počítačů, bývá v průmyslových podnicích často málo kvalitní. Přepěťové špičky, výpadky, kolísání napětí – to vše se negativně projevuje na funkci i životnosti celého počítače. Proto bývá napájecímu zdroji v průmyslovém počítači věnována zvýšená pozornost a zdroj bývá konstruován s ohledem na zmíněné skutečnosti. Pro telekomunikace se dodávají zdroje se vstupním napětím –48 V.
Způsoby zvýšení spolehlivosti
Spolehlivost je základním požadavkem kladeným na průmyslový počítač. Většinou pracuje v nepřetržitém provozu, často i bez obsluhy nebo dokonce bez dohledu. Proto se i u standardních průmyslových počítačů využívají principy dosud aplikované pouze u systémů se zvýšenou odolností proti selhání (Fail Safe Systems).
Průmyslové servery používají ke zvýšení spolehlivosti prostředky aktivní i pasivní. K pasivním prostředkům zvýšení spolehlivosti lze zařadit všechny již uvedené způsoby zvýšení odolnosti. Navíc je instalováno monitorování vnitřních parametrů počítače. Šasi bývá vybaveno teplotními čidly, monitoruje se správná činnost ventilátorů nebo funkce napájecího zdroje. Obr. 3 ukazuje typické alarmové jednotky průmyslových počítačů ADVANTECH. Poskytuje optickou a akustickou indikaci výpadku kteréhokoliv napájecího napětí, zvýšené teploty uvnitř skříně nebo zastavení některého z ventilátorů.
Aktivní prostředky pro zvýšení spolehlivosti mají za úkol zabránit škodám vzniklým vlivem selhání některé části počítače. Patří sem zdvojování kritických částí, hlavně napájecích zdrojů. Příklad zdvojeného redundatního zdroje ukazuje obr. 4. Zdroje jsou uzpůsobeny ke snadné výměně; vyjmout a opět vložit zdroj lze za provozu systému (hot swap). Tento způsob řešení zdrojové jednotky se v posledních letech stal u průmyslových počítačů standardem.
Další kritickou částí, na které závisí chod počítače, je pevný disk. U velkých datových serverů se pro zvýšení spolehlivosti používají disková pole RAID (Redundant Array of Independent Disks). Začínají se objevovat průmyslové počítače, které mají tato disková pole již integrována. Příkladem může být šasi ADVANTECH SPC-530 (obr. 5). Pět disků ve výměnných zásuvkách může být připojeno k řadiči RAID, který zaručuje integritu dat i při poruše některého z disků. Vadný disk může být nahrazen novým za chodu systému, řadič sám zařídí obnovu redundance dat na vloženém prázdném disku. Na obr. 5 je rovněž dobře vidět redundantní zdrojová jednotka.
Škody vzniklé selháním softwaru minimalizuje sledovací obvod (watchdog), který je standardní součástí kart CPU. Je to obvod, který při zbloudění programu uvede počítač do definovaného stavu. Nové typy watchdogů jsou již plně programovatelné a na rozdíl od starších typů, které uměly jen restart počítače, vyvolávají předem nastavený vektor přerušení, kde může být uložen program pro bezpečné zotavení.
Modularita
Průmyslový počítač je řešen jako důsledně modulární sestava. Prvním důvodem tohoto uspořádání je častá nutnost individuálně přizpůsobit výkon a vybavení počítače požadavkům aplikace. Druhým důvodem je maximální usnadnění údržby a oprav. Skříň standardního průmyslového počítače není určena k montáži základní desky (motherboardu). Je v ní pouze pasivní sběrnice. Karta CPU se do sběrnice zasouvá jako kterákoliv jiná karta. Užitá karta CPU určuje výkon počítače. Tento systém umožňuje rychlou výměnu vadné karty při opravách i snadnou přestavbu počítače na vyšší výkon. Většinou jde modularita ještě dál. Používají se zásuvné bloky zdrojů, ventilátorů i jiných dílů. Konstrukce je uzpůsobena rychlé demontáži a bloky lze vyměňovat bez přerušení chodu počítače.
Jak je vidět, výrobci průmyslové výpočetní techniky byli nejlépe připraveni na nastalé razantní zvýšení požadavku na spolehlivost. Proto se také průmyslové počítače objevují stále častěji na místech velkých serverů, ať již v oblasti kancelářských datových sítí, v aplikacích průmyslového řízení nebo v telekomunikacích.
FCC Průmyslové systémy s. r. o.
info@fccps.cz
www.fccps.cz
400 11 Ústí nad Labem, SNP 8, tel.: (047) 277 41 73, fax: (047) 277 21 15
603 00 Brno, Vinařská 1a, tel.: (05) 43 21 56 54, fax: (05) 43 21 56 55
182 00 Praha 8, U Slovanky 3, tel.: (02) 66 05 20 98, fax: (02) 68 80 819
|