莫建国
摘 要：当今铁路信号技术中电子计算机得到了广泛运用，提高计算机及部件的使用寿命显得十分重要，本文主要以现场实际运用为基础，通过具体分析、深入调研、攻关整治等手段，从四个方面点介绍了延长工控机硬盘使用寿命的措施和方法，最后经现场试验运用，在安全风险和维修成本上都收到了明显效果。
关键词：工控机；硬盘；隔热板；管式散热器；维修成本；故障率
随着铁路自动化进程的不断加快，铁路信号设备在系统中的地位愈加重要，尤其是计算机技术在铁路信号领域的大量运用，更是带动了智能控制的技术水平。因此，各类工业化计算已经成为铁路行车的核心设备，它不但运算输入或输出的大量数据，而且要完成连续几个月甚至几年的不间断工作，另外受资金、环境等因素限制，电子设备超期运用是普遍存在的。这样就要求现场维护人员更加注重延长工控主机及部件的使用寿命，实际上，发生工控机硬盘、风扇等器材不良引起的设备故障比较多，不但影响行车秩序还大大增加了维修成本。如何使硬盘、风扇等消耗性电子器件的使用寿命更长，是摆在我们面前的现实性课题，为了解决这个问题，进行了大量的调研、分析、试验和改进，现就TDCS设备中工控机的硬盘故障的分析控制情况进行介绍。
1 硬盘故障影响
如右图所示，铁路信号TDCS系统由三层组成，涉及到路局中心及各车站，所以系统中的工控主机分散到铁路沿线。TDCS站工控机一般采用研华610H型，其硬盘接口为IDE，且硬盘故障在站机故障总数中所占比例最大，经统计，管内共有77个TDCS车站，平均每年发生TDCS工控机硬盘故障达80次。
1.1 成本分析：一块IDE接口80G硬盘需要770元，且这种类型接口的硬盘已经停产，市场上买不到，购买器材到货的速度也是很慢，有时长达3个月。据统计全段每年仅更换硬盘一项的费用支出达到12万元，而且呈不断上升趋势。如果要控制维修成本，就要从根本上分析硬盘故障原因，通过攻关问题找到延长硬盘寿命、减少硬盘故障的办法。
1.2 安全分析：由于硬盘故障可造成TDCS设备前台终端黑屏，耽误调度监督、站间透明，车站值班员也不能正常进行列车运行报点、查看调度命令等操作，甚至看不到邻站的站场信息，严重影响了正常的行车秩序，而且故障设备分布在沿线各站，电务人员（包括现场车间和电子车间）总是疲于应对，花费了大量的人力物力，还增加了人身安全等方面的风险系数。
2 硬盘故障原因分析
2.1 现场运用环境差是硬盘故障的主要原因。经过有针对性的现场抽样调研，我们发现由于铁路沿线运转室条件的不同，硬盘在现场的安装环境也各不一样。不利的因素主要是：①部分车站的机柜运行环境很差，不利于通风或灰尘大的处所较多，有的车站还将设备安装在太阳直射或暖气片加温位置，造成了机器外部温度、湿度变化大；②有的受机柜空间限制，将两（三）台工控机直接摞放在一起（如图所示），造成机箱的通风口通风不畅，严重影响了机器的散热；③因设备安装在运转室，距离铁路线路较近，随着列车的运行而颤动，颤动对硬盘的伤害是很明显的。
2.2 工控机本身结构也是造成硬盘易损的重要原因。①由于安装硬盘架底部与底板间距太小、环境温度高、自身散热不好，造成硬盘运用时无法及时散热；②硬盘与主板连接使用的电源线和数据线都是插接的，而且处于未绑扎状态受外界颤动影响更为明显，容易造成硬盘供电的电压波动或数据变化，使硬盘工作在一个不稳定的工作状态。
2.3 硬件质量存在问题是硬盘故障的次要原因。①由于IDE接口硬盘已经基本处于停产状态，所以厂家新供的硬盘多是多年的存货，甚至是回收翻新的旧货，有的新硬盘运用到现场不到一年就坏了；②风扇作用不良也是造成硬盘故障的因素之一，现场检查发现有的新购置的风扇结构不合理，风力达不到、转速不足，还有的风扇短时间就停转了，因风扇问题造成主机箱内空气对流效果差，温度较高，也加快了硬盘的损坏速度。
2.4 没有试验和监测设施是硬盘故障的间接原因。通过以上分析我们发现硬件材质不良是设备维护上的漏洞，使用人员没有可用的监控试验设备和控制管理手段，新货到达现场后，只好根据目测表面的方法进行直观判断，几乎不能发现实质性问题，得不到可信的数据信息，硬件设备质量只能过分依赖于厂家。
2.5 连续运用时间过长是造成硬盘损坏的不可控因素。由于列车不间断运行，铁路信号设备不能停止，有的设备连续运用可能达到几年，电子设备长期运用时，会对硬盘等设备造成损害，但这是铁路的运输要求决定的，不能改变，只能通过解决以上四方面问题，优化环境、改变结构、加装部件来延长硬盘等设备的使用期限。
3 采取的有效解决措施
3.1 解决IDE接口硬盘问题。针对现用的IDE接口硬盘价格贵、供货慢、容量小、质量差等问题，对比市场上最通用的SATA串口硬盘，发现SATA串口硬盘有容量大、缓存大、运行速度快、稳定性高等特点。提出了将IDE接口硬盘更换为SATA串口硬盘的方案，同时试验并制作了SATA转IDE的硬盘转换板，在SATA串口硬盘上加接转换板后，就可以代替IDE接口硬盘的工作，从而解决了IDE接口硬盘型号问题；此外还对4个厂家生产的大风扇现场运用质量进行了全面的统计，发现“酷冷至尊”牌风扇故障率最低，且使用期限最长，规定了使用固定厂家生产风扇的要求。
3.2 搭建CTC、TDCS设备试验台。确定硬盘、2T模块、风扇的使用标准，将新购置的硬件上道前进行通电试验，并规范上电试验时间，试验进行时时监控，此外建立一套基础数据档案，记录期间特性变化、风扇风力等相关数据。
3.3 解决环境及温度对硬盘的影响。调研中发现车站TDCS终端有四个方面的弊端，第一，安装在暖气附近或太阳直射的，会造成机柜内或主机箱内的温度快速变热，这类情况要在机柜门处安装隔热板，起到恒温的作用。第二，针对有的车站值班员终端的两（三）台工控机摞在一起影响散热的问题，采用在两个工控机间用10mm支架隔开的方法，加大散热面积。第三，在个别车站采用加大工控机风扇功率的办法，加强工控机散热。第四，对工控机内部的电源线进行绑扎固定，防止颤动对连线接触的影响。
3.4 解决硬盘自身散热和颤动问题。调研发现硬盘本身热量散发的效果不良是导致硬盘故障的主要原因，解决这个问题提出三个方案，第一，在硬盘架上安装硬盘散热风扇，这样做的优点是散热效果最好。缺点是风扇长期运行，容易产生噪音和振动，对于高速旋转的硬盘来说，噪音和振动是最不利的条件，将使磁头在读写时易划伤磁盘，因此不建议采取这种方案。第二，改变硬盘安装位置，提高硬盘散热间距，原硬盘安装在硬盘架底部，与底板间距太小，用自制的转接支架，安装在空闲的光驱卡槽上，提高硬盘与底板的间距，提高散热效果。其优点是成本低易实施；缺点是靠硬盘外壳自散热效果不明显。第三，安装热管式硬盘散热器。如图所示，根据硬盘大小自制适用于3.5英寸的散热器，通过加大散热面积来降低硬盘的温度，就是用铝制材质热管靠在硬盘上，硬盘产生的热量通过热管散发到机箱内，被机箱散热风扇冷却。具体安装方法如下：①用螺丝将硬盘散热器与硬盘固定好。②再将装好的硬盘用螺丝固定到光驱卡槽上面即可。这样做的优点是无噪音、无振动、散热效果好。缺点是需要自制器材。通过一年的上道试验，发现这种方法效果良好，所以建议使用这种散热方式，保证降低TDCS站机硬盘损坏频次。
4 总结效果
4.1 通过以上分析、攻关、试验和尝试，2015年以来月均仅发生一次硬盘故障问题，具体数量对比如右表所示。人员大大减少了现场处理故障的频次，既减少了人力物力资源，也规避了人员现场作业的安全风险。
4.2 由于硬盘故障的减少，相关维修成本也在直线降低，而且改用SATA串口硬盘价格仅180元/块，预计每年能够节约成本在10万元以上。
