工控機 — 兼具工業設備的可用性和電腦的靈活性

向工業應用的通用設備和通用操作系統過渡

作為工業應用硬件平臺的工業設備正在從專用設計的設備向通用設備和通用操作系統的組合轉變。這種轉變包括嵌入式控制器、收集生產線和設備運行狀態的物聯網網關終端、數字標牌和商用終端。最廣泛認可的通用設備和通用操作系統的組合當然是Windows PC。以這種方式構建的系統允許利用大量現有的外圍設備和軟件資產快速、輕松且低成本地構建應用程序，因此向基于Windows PC的設備過渡正在加速。但是，工業設備最重要的特性是可用性。問題是如何確保Windows PC作為工業設備的可用性，同時又能充分利用它們提供的便利性。

工控機的選擇要點

工控機是一種將工業設備的可用性與外圍設備和在Windows和Linux上運行的軟件的靈活性相結合的計算機。工控機的功能與普通個人計算機相同，但它們還具有高可靠性、出色的環境耐受性、易于安裝和嵌入以及長供應周期等特點。從作為工業設備的適用性角度來看，這些產品與消費電腦之間存在明顯差異。以下文章從多個角度解釋了選擇工控機時要考慮的關鍵點，重點是可用性。

1、控制CPU加熱

免維護無風扇型

計算機是產生熱量的半導體元件的集合。其中，CPU的發熱量大，因此需要特殊的散熱機制。一種常用的機制是將帶有冷卻風扇的散熱器安裝在CPU上，將CPU的熱量傳導到散熱器，然后用風扇冷卻散熱器。冷卻風扇雖然散熱效果好，但使用的電機壽命有限。因此，散熱性能會隨著時間的推移逐漸下降，從而導致計算機故障，因此需要謹慎使用。當將帶有冷卻風扇的計算機用作工業設備時，需要將冷卻風扇作為需要定期更換的部件來處理，并計劃更換冷卻風扇的維護。無風扇型是不使用冷卻風扇的計算機。由于它們不使用壽命有限的冷卻風扇，因此具有免維護使用的優勢。

機柜或控制面板內的空氣冷卻

高溫和高濕是精密設備的天敵。工業設備雖然耐環境性優良，但應避免在高溫高濕環境下使用，因為這樣故障率會上升。在機柜或控制面板內使用無風扇工業電腦時，應先檢查所需的安裝空間，然后選擇合適大小的機箱。還應考慮使用帶有風扇的進氣和排氣機構以確保氣流的機柜，或帶有熱交換器等設備的機柜。在特別惡劣的高溫高濕環境下，還可以安裝面板冷卻器。

2、耐沖擊、耐振動

SSD（固態硬盤）無軸存儲設備

SSD是Solid State Drive（固態硬盤）的縮寫。SSD是記錄計算機數據的存儲設備。雖然SSD的使用方式與HDD（硬盤驅動器）相同，但SSD使用與HDD不同的機制來讀取和寫入數據。HDD 將磁頭移動到快速旋轉的磁盤上以讀取和寫入數據。HDD的優點包括可提供比SSD存儲容量更大的產品，并且每個內存單元的價格更低。然而，缺點包括驅動器壽命有限，因為它們使用壽命有限的主軸（電機），并且易受振動和沖擊。另一方面，SSD是無主軸設備，可從半導體元件（NAND 閃存）邏輯讀取和寫入數據。它們的優點包括抗振動和沖擊、靜音運行和低功耗。然而，SSD的缺點是它們每個內存單元的價格比HDD高，并且由于重復寫入數據會導致半導體元件劣化，因此具有最大重寫壽命。重寫壽命因半導體元件而異。

3、數據保護和安全

現場發生存儲設備問題

現場電源偶爾會出現故障，例如斷路器跳閘導致突然斷電、維護工作期間腳踩到電源線并拔出插頭以及錯誤拔下設備。對于運行Windows的工業PC，這可能會導致收集的數據丟失、系統區域損壞導致電腦無法啟動等問題。解決這些問題的一個對策是使用UPS（不間斷電源），但最好避免增加組件數量。當UPS僅用于工控機時尤其如此。

斷電保護系統，防止電源故障

解決這些問題的方法是Contec斷電保護系統。Windows會不斷更新文件，更新過程中斷電可能會損壞文件。如果不幸Windows正在更新重要文件，操作系統可能會損壞，電腦可能無法啟動。Windows Embedded和Windows 10 IoT Enterprise包含鎖定功能。一個是通用寫入過濾器 (UWF)。啟用此功能會將寫入從存儲介質重定向到內存，從而減少對存儲介質的寫入。但它并不完美，因為它在Windows啟動和關閉期間不提供保護。支持斷電保護系統的產品使用配備強大數據保護功能的SSD。如果電壓下降，系統會立即阻止新的SSD寫入操作，并在斷電前執行最后的寫入操作，以防止在系統條件不處于安全狀態時斷電導致數據損壞。通過配置BIOS設置，SSD還可以用作特殊的只讀驅動器。使用斷電保護系統可以大大降低斷電導致問題的風險，并允許無不必要的操作系統關閉的操作。