莫建國(guó)

摘 要：當(dāng)今鐵路信號(hào)技術(shù)中電子計(jì)算機(jī)得到了廣泛運(yùn)用，提高計(jì)算機(jī)及部件的使用壽命顯得十分重要，本文主要以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)用為基礎(chǔ)，通過具體分析、深入調(diào)研、攻關(guān)整治等手段，從四個(gè)方面點(diǎn)介紹了延長(zhǎng)工控機(jī)硬盤使用壽命的措施和方法，最后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)運(yùn)用，在安全風(fēng)險(xiǎn)和維修成本上都收到了明顯效果。

關(guān)鍵詞：工控機(jī)；硬盤；隔熱板；管式散熱器；維修成本；故障率

隨著鐵路自動(dòng)化進(jìn)程的不斷加快，鐵路信號(hào)設(shè)備在系統(tǒng)中的地位愈加重要，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)在鐵路信號(hào)領(lǐng)域的大量運(yùn)用，更是帶動(dòng)了智能控制的技術(shù)水平。因此，各類工業(yè)化計(jì)算已經(jīng)成為鐵路行車的核心設(shè)備，它不但運(yùn)算輸入或輸出的大量數(shù)據(jù)，而且要完成連續(xù)幾個(gè)月甚至幾年的不間斷工作，另外受資金、環(huán)境等因素限制，電子設(shè)備超期運(yùn)用是普遍存在的。這樣就要求現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員更加注重延長(zhǎng)工控主機(jī)及部件的使用壽命，實(shí)際上，發(fā)生工控機(jī)硬盤、風(fēng)扇等器材不良引起的設(shè)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(fēng)扇等消耗性電子器件的使用壽命更長(zhǎng)，是擺在我們面前的現(xiàn)實(shí)性課題，為了解決這個(gè)問題，進(jìn)行了大量的調(diào)研、分析、試驗(yàn)和改進(jìn)，現(xiàn)就TDCS設(shè)備中工控機(jī)的硬盤故障的分析控制情況進(jìn)行介紹。

1 硬盤故障影響

如右圖所示，鐵路信號(hào)TDCS系統(tǒng)由三層組成，涉及到路局中心及各車站，所以系統(tǒng)中的工控主機(jī)分散到鐵路沿線。TDCS站工控機(jī)一般采用研華610H型，其硬盤接口為IDE，且硬盤故障在站機(jī)故障總數(shù)中所占比例最大，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，管內(nèi)共有77個(gè)TDCS車站，平均每年發(fā)生TDCS工控機(jī)硬盤故障達(dá)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(jīng)停產(chǎn)，市場(chǎng)上買不到，購(gòu)買器材到貨的速度也是很慢，有時(shí)長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月。據(jù)統(tǒng)計(jì)全段每年僅更換硬盤一項(xiàng)的費(fèi)用支出達(dá)到12萬元，而且呈不斷上升趨勢(shì)。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(guān)問題找到延長(zhǎng)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(shè)備前臺(tái)終端黑屏，耽誤調(diào)度監(jiān)督、站間透明，車站值班員也不能正常進(jìn)行列車運(yùn)行報(bào)點(diǎn)、查看調(diào)度命令等操作，甚至看不到鄰站的站場(chǎng)信息，嚴(yán)重影響了正常的行車秩序，而且故障設(shè)備分布在沿線各站，電務(wù)人員（包括現(xiàn)場(chǎng)車間和電子車間）總是疲于應(yīng)對(duì)，花費(fèi)了大量的人力物力，還增加了人身安全等方面的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。

2 硬盤故障原因分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用環(huán)境差是硬盤故障的主要原因。經(jīng)過有針對(duì)性的現(xiàn)場(chǎng)抽樣調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)由于鐵路沿線運(yùn)轉(zhuǎn)室條件的不同，硬盤在現(xiàn)場(chǎng)的安裝環(huán)境也各不一樣。不利的因素主要是：①部分車站的機(jī)柜運(yùn)行環(huán)境很差，不利于通風(fēng)或灰塵大的處所較多，有的車站還將設(shè)備安裝在太陽(yáng)直射或暖氣片加溫位置，造成了機(jī)器外部溫度、濕度變化大；②有的受機(jī)柜空間限制，將兩（三）臺(tái)工控機(jī)直接摞放在一起（如圖所示），造成機(jī)箱的通風(fēng)口通風(fēng)不暢，嚴(yán)重影響了機(jī)器的散熱；③因設(shè)備安裝在運(yùn)轉(zhuǎn)室，距離鐵路線路較近，隨著列車的運(yùn)行而顫動(dòng)，顫動(dòng)對(duì)硬盤的傷害是很明顯的。

2.2 工控機(jī)本身結(jié)構(gòu)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(huán)境溫度高、自身散熱不好，造成硬盤運(yùn)用時(shí)無法及時(shí)散熱；②硬盤與主板連接使用的電源線和數(shù)據(jù)線都是插接的，而且處于未綁扎狀態(tài)受外界顫動(dòng)影響更為明顯，容易造成硬盤供電的電壓波動(dòng)或數(shù)據(jù)變化，使硬盤工作在一個(gè)不穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

2.3 硬件質(zhì)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(jīng)基本處于停產(chǎn)狀態(tài)，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(yùn)用到現(xiàn)場(chǎng)不到一年就壞了；②風(fēng)扇作用不良也是造成硬盤故障的因素之一，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)有的新購(gòu)置的風(fēng)扇結(jié)構(gòu)不合理，風(fēng)力達(dá)不到、轉(zhuǎn)速不足，還有的風(fēng)扇短時(shí)間就停轉(zhuǎn)了，因風(fēng)扇問題造成主機(jī)箱內(nèi)空氣對(duì)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(yàn)和監(jiān)測(cè)設(shè)施是硬盤故障的間接原因。通過以上分析我們發(fā)現(xiàn)硬件材質(zhì)不良是設(shè)備維護(hù)上的漏洞，使用人員沒有可用的監(jiān)控試驗(yàn)設(shè)備和控制管理手段，新貨到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，只好根據(jù)目測(cè)表面的方法進(jìn)行直觀判斷，幾乎不能發(fā)現(xiàn)實(shí)質(zhì)性問題，得不到可信的數(shù)據(jù)信息，硬件設(shè)備質(zhì)量只能過分依賴于廠家。

2.5 連續(xù)運(yùn)用時(shí)間過長(zhǎng)是造成硬盤損壞的不可控因素。由于列車不間斷運(yùn)行，鐵路信號(hào)設(shè)備不能停止，有的設(shè)備連續(xù)運(yùn)用可能達(dá)到幾年，電子設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)用時(shí)，會(huì)對(duì)硬盤等設(shè)備造成損害，但這是鐵路的運(yùn)輸要求決定的，不能改變，只能通過解決以上四方面問題，優(yōu)化環(huán)境、改變結(jié)構(gòu)、加裝部件來延長(zhǎng)硬盤等設(shè)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(duì)現(xiàn)用的IDE接口硬盤價(jià)格貴、供貨慢、容量小、質(zhì)量差等問題，對(duì)比市場(chǎng)上最通用的SATA串口硬盤，發(fā)現(xiàn)SATA串口硬盤有容量大、緩存大、運(yùn)行速度快、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。提出了將IDE接口硬盤更換為SATA串口硬盤的方案，同時(shí)試驗(yàn)并制作了SATA轉(zhuǎn)IDE的硬盤轉(zhuǎn)換板，在SATA串口硬盤上加接轉(zhuǎn)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(hào)問題；此外還對(duì)4個(gè)廠家生產(chǎn)的大風(fēng)扇現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用質(zhì)量進(jìn)行了全面的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)“酷冷至尊”牌風(fēng)扇故障率最低，且使用期限最長(zhǎng)，規(guī)定了使用固定廠家生產(chǎn)風(fēng)扇的要求。

3.2 搭建CTC、TDCS設(shè)備試驗(yàn)臺(tái)。確定硬盤、2T模塊、風(fēng)扇的使用標(biāo)準(zhǔn)，將新購(gòu)置的硬件上道前進(jìn)行通電試驗(yàn)，并規(guī)范上電試驗(yàn)時(shí)間，試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)控，此外建立一套基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檔案，記錄期間特性變化、風(fēng)扇風(fēng)力等相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.3 解決環(huán)境及溫度對(duì)硬盤的影響。調(diào)研中發(fā)現(xiàn)車站TDCS終端有四個(gè)方面的弊端，第一，安裝在暖氣附近或太陽(yáng)直射的，會(huì)造成機(jī)柜內(nèi)或主機(jī)箱內(nèi)的溫度快速變熱，這類情況要在機(jī)柜門處安裝隔熱板，起到恒溫的作用。第二，針對(duì)有的車站值班員終端的兩（三）臺(tái)工控機(jī)摞在一起影響散熱的問題，采用在兩個(gè)工控機(jī)間用10mm支架隔開的方法，加大散熱面積。第三，在個(gè)別車站采用加大工控機(jī)風(fēng)扇功率的辦法，加強(qiáng)工控機(jī)散熱。第四，對(duì)工控機(jī)內(nèi)部的電源線進(jìn)行綁扎固定，防止顫動(dòng)對(duì)連線接觸的影響。

3.4 解決硬盤自身散熱和顫動(dòng)問題。調(diào)研發(fā)現(xiàn)硬盤本身熱量散發(fā)的效果不良是導(dǎo)致硬盤故障的主要原因，解決這個(gè)問題提出三個(gè)方案，第一，在硬盤架上安裝硬盤散熱風(fēng)扇，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是散熱效果最好。缺點(diǎn)是風(fēng)扇長(zhǎng)期運(yùn)行，容易產(chǎn)生噪音和振動(dòng)，對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)的硬盤來說，噪音和振動(dòng)是最不利的條件，將使磁頭在讀寫時(shí)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(zhuǎn)接支架，安裝在空閑的光驅(qū)卡槽上，提高硬盤與底板的間距，提高散熱效果。其優(yōu)點(diǎn)是成本低易實(shí)施；缺點(diǎn)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(jù)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(zhì)熱管靠在硬盤上，硬盤產(chǎn)生的熱量通過熱管散發(fā)到機(jī)箱內(nèi)，被機(jī)箱散熱風(fēng)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(qū)卡槽上面即可。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是無噪音、無振動(dòng)、散熱效果好。缺點(diǎn)是需要自制器材。通過一年的上道試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)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(jī)硬盤損壞頻次。

4 總結(jié)效果

4.1 通過以上分析、攻關(guān)、試驗(yàn)和嘗試，2015年以來月均僅發(fā)生一次硬盤故障問題，具體數(shù)量對(duì)比如右表所示。人員大大減少了現(xiàn)場(chǎng)處理故障的頻次，既減少了人力物力資源，也規(guī)避了人員現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 由于硬盤故障的減少，相關(guān)維修成本也在直線降低，而且改用SATA串口硬盤價(jià)格僅180元/塊，預(yù)計(jì)每年能夠節(jié)約成本在10萬元以上。