微型工控机在超偏载与轨道衡中的应用探讨

陈俊皓 中国铁路上海局集团有限公司科研所

在现今科技高速发展的前提下铁路运输的体量和效率已经大大提升，遍布各地的铁路运输网络无时无刻不在进行着高速的运输作业。那么作为货运体系中的安全控制环节，超偏载检测装置与路用电子轨道衡的作用当然不可忽视。货车的超载、偏载不但会对于接下来的贸易结算造成不小的影响而且对于铁路运输网络安全的危害更是重大。在超偏载与轨道衡的使用过程中，工控机作为中间环节起着承上启下收集传输数据的作用。如何选择并用好一台工控机也是需要好好斟酌的任务。

1 工控机

1.1 什么是工控机

工控机（Industrial Personal Computer，IPC）即工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。工控行业的产品和技术非常特殊，属于中间产品，是为其他各行业提供稳定、可靠、嵌入式、智能化的工业计算机。其主要的组成部分为工业机箱、无源底板及可插入其上的各种板卡组成，如CPU 卡、I/O 卡等。并采取全钢机壳、机卡压条过滤网，双正压风扇等设计。工控机是在恶劣的环境下使用，对产品的易维护性、散热、防尘、产品周期、甚至尺寸方面都有着严格的要求。因此在设计和选择工控机平台的时候，考虑的更多的是机构的设计，然后才是对性能等的考虑。

1.2 工控机的特点

工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机，而工业现场一般具有强烈的震动，灰尘特别多，另有很高的电磁场力干扰等特点，且连续作业即一年中一般没有休息。因此，工控机与普通计算机相比必须具有以下特点：

（1）机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。

（2）机箱内有专用底板，底板上有PCI 和ISA 插槽。

（3）机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。

（4）要求具有连续长时间工作能力。

（5）一般采用便于安装的标准机箱（4U 标准机箱较为常见）。

除了以上的特点外，其余基本相同。另外，由于以上的专业特点，同层次的工控机在价格上要比普通计算机偏贵，但一般不会相差太多。尽管工控机与普通的商用计算机机相比，具有得天独厚的优势，但其劣势也是非常的明显（数据处理能力差），具体如下：

（1）配置硬盘容量小。

（2）数据安全性低。

（3）存储选择性小。

（4）价格较高。

2 超偏载轨道衡工作中选取的工控机

2.1 工作要求

超偏载轨道衡所使用的工控机一般都安置在铁路沿线周边的前段机房中，整体环境具备的问题就是多灰尘、多震动、周边电磁干扰多、位置偏远等。由于一般都是位于无人值守的房间之中，所以在繁忙的铁路运输过程中需要保持长时间的持续工作时间。

2.2 工作原理

在超偏载与轨道衡运行过程中，车辆的轮对沿着铁轨运行并压过置于铁轨腰部或铁轨下方的剪力压力传感器，由于车辆本身的重量通过力的传导使贴在剪力压力传感器上的精密变形体发生形变，经过形变造成电桥两端产生微弱电信号将等比例转化的模拟电压信号传输到位于铁轨边的接线箱中。再由信号电缆传输到位于前端机房中的采集仪中。采集仪中通过数据采集控制系统将收集到的模拟电压信号进行一定比例的放大并滤波，由置于采集仪中的A/D 转换模块将模拟信号转换成电子信号通过数字接口传输到工控机之中。在工控机中通过称重软件将收集的电子信号进行分析判别与整合，完成数据采集数据处理从而得到我们所需要的车辆重量信息与超载偏载值等数值。

2.3 现在使用的工控机

现在大部分使用中的机型是研华IPC-610 型号的工控机。处理器是Intel 赛扬双核E7500 CPU 芯片组是H61 内存是一条Non-ECC1 333 Mhz 的2G DDR3 扩展的插槽有5 个PCI 插槽，一个PCIex4 插槽，一个PCIex16 插槽。储存空间为500 G，I/O 端口的话前面板有两个USB 和一个PS/2 的插槽，背后的话是4 个USB，一个VGA 一个以太网口一个PS/2 键鼠分插双接口一个RS-232 接口和一组音频输入输出接口。300 W 的工业电源，尺寸是 482×177×499 mm，重量为 16.2 kg。内部结构如图1 所示。

图1 IPC-610 内部结构

2.4 使用中的问题

IPC-610 型号的工控机的各类参数和硬件条件对于所在的恶劣环境和工作需求确实已经基本胜任，但是在实际使用中还是存在各种各样的细小问题导致在超偏载轨道衡的工作过程中引起一些麻烦。最为直观的一个问题就是IPC-610的重量对于一个需要移动到安置在相对偏远位置的前端机房的我们来说太重了。16.2 kg 的自身重量在线路上移动起来非常的费力，虽然有两个侧置的把手可以用来借力但是需要带着这样重的设备在路肩行走确实不太方便。特别是行走道砟上的时候如果存在高度差那么很容易引起工作者的受伤。其次，相对巨大的内部空间和前吸气后排气的单向风道设计导致了在多灰尘的环境下，内部结构特别容易产生积灰起球的现象、这样的情况容易导致内部主板的短路或者部分主要部件的金手指接触部分氧化从而引起接触不良等问题。在一个无人值守的房间内，容易产生工控机本身断电、系统卡死甚至会有引发火灾的危险。再来就是它的硬盘架的不合理设计，它的硬盘架与光驱架相互叠加在一个整体架上，这在民用计算机上也很容易看到这样的设计，但是他的固定螺栓是在最底部的硬盘架上，整体架的固定螺栓是两个在拆卸面顶部的右侧两个在拆卸面中间底部的位置。中间底部的两颗螺栓不论拆下还是紧固都是不方便且难以固定的。由于硬盘内部数据资料会有备份或者移用的要求，所以这样一个对于硬盘的拆卸会对工作难度和时间上都给与不必要的增加。

3 应用微型工控机的理由

3.1 微型工控机参数

微型工控机选择的型号是研华AiMC-3402。处理器是奔腾G2120 芯片组是H61 内存是一条Non-ECC 1333Mhz 的2G DDR3 扩展的插槽有2 个PCI 插槽，一个PCIex4 插槽，一个PCIex16 插槽。储存空间为500 G，I/O 端口的话前面板有4个USB 和一个PS/2 的插槽，背后的话是4 个USB，两个VGA两个以太网口一个PS/2 键鼠分插双接口，十个COM 口和一组音频输入输出接口。250 W 的经过80PLUS 认证的工业电源，尺寸是 148×330×300 mm ，重量为 6.3 kg。内部结构如图 2所示。

图2 AiMC-3402 内部结构

3.2 微型工控机的优势

首先最直接的比较就是处理器的升级、奔腾G2120 相对E7500 已是领先一代的CPU，运行能力和多任务处理上要强过E7500 不少，这样在同样的任务量中G2120 更不易因处理量过大导致假死。在距离间隔较远的设备之中减少假死是很重要的一环。其次它的两个VGA 接口提供了一个双屏显示的可能、对于一些特定操作有一些帮助。十个COM 的设置可以减少因单口接触不良导致的数据传输异常以及承载多端口输入任务。相比之前的单个COM 口要方便和可操作行更强。它的电源采用的是经过80 PLUS 认证的工业电源，能够保证在20%、50%、100%的负载占用情况下都提供至少80%的电源转换效率，这说明它不仅更节能并且更加稳定和有效、在一个需要长期工作的环境里它更能发挥自己本身该有的能力。硬盘架的设计相比PCI-610 的不合理紧固位置，它的几个螺栓都处于相对容易触及的区域，拆卸的过程更为方便省力。由于内部的空间相对小，8 cm 的机箱风扇加上一进两出（前面板进气后面板和右侧面板前部排气）的散热风道可以让本身发热量不大的内部零件有一个可靠的降温效果同时也不太容易单位置积灰起球，减少因内部温度过高导致主板或板卡烧毁或过温自我保护重启。还有非常明显差距的就是它的体积和重量，相比于之前 IPC-610 的 482×177×499 mm，重量为 16.2 kg，AiMC-3402 的体积几乎只有它的三分之一，重量也减少了整整10 kg。这对于需要携带工控机到较远的前端机房进行抢修维护的工作来说是一个不小的工作效率提升和劳力的减少，也把在铁路沿线行走的危险性降低了不少。

4 结束语

在超偏载与轨道衡领域中，工控机的性能参数决定了数据传输分析这个中间环节运作的顺畅与否，选择一台合适合规且合理的工控机对于整个计量与安全检测过程是需要且必要的。越优秀的参数越合理的设计是对于工作效率的提升也是对于风险的把控，稳定的结构和高性能可以起到防患于未然，尽量减少因硬件原因导致的问题。保障称重环节的顺利，确保铁路运输安全并保障相关的贸易结算的准确性和有效性。各种优势让微型工控机的使用和普及应该及时提上日程。随着工控机的技术革新和超偏载轨道衡的发展，更完善的设备一定会不断更新，作为从业人员也应与时俱进踏上进步的列车，精进钻研为铁路运输网络的长远发展道路添上自己的一份绵薄之力。