Kako optimizirati industrijski računalnik za neprekinjeno delovanje 24/7

Pomembne strojne vidike pri optimizaciji industrijskega računalnika za 24/7 delovanje

Izbira procesorjev in RAM-a za nenehne obremenitve

Če želite izkoriščati industrijske računalnike v največji možni meri, morate začeti z izbiro ustrezne procesorje in RAM-a, ki zlahka obvladajo stalne obremenitve. Industrijski procesorji potrebujejo resno računsko moč, da hkrati upravljajo z več nalogami in obdelujejo podatke v realnem času iz različnih aplikacij na proizvodni liniji. Obrnete pozornost na število jeder in taktno frekvenco, saj ti dejavnika v veliki meri določata, kako dobro bo sistem deloval pod pritiskom. Prav tako ne pozabite na pomnilnik RAM, saj ima pomembno vlogo pri tekočem delovanju sistema. Večina konfiguracij naj bi za osnovo imela približno 8 GB RAM-a, vendar naj bo omogočeno nadaljnje razširjanje, ko bodo zahteve programske opreme postale večje. Mnogi proizvajalci ugotavljajo, da se izplača uporaba energetsko učinkovitih rešitev. Komponente, ki porabljajo manj električne energije, sčasoma zmanjšujejo stroške elektrike, zato podjetja prihranijo denar, hkrati pa ohranijo odlično zmogljivost svojih sistemov. Prav ta ravnovesje med nadzorom stroškov in računsko zmogljivostjo je ključnega pomena za vsakodnevne operacije v proizvodnih obratih po vsem svetu.

SSD proti HDD: Rešitve za shranjevanje podatkov z visokim standardom zanesljivosti

Izbira med SSD-ji in HDD-ji ima velik vpliv na učinkovitost in zanesljivost industrijskega računalnika skozi čas. SSD-ji se resnično izkazujejo s svojo hitrostjo, saj prekašajo HDD-je pri nalogah, ki zahtevajo hitro dostopanje do podatkov ali hitro obdelavo. Ker notranje nimajo premikajočih se delov, SSD-ji zagotavljajo stabilno zmogljivost tudi pod težkimi obremenitvami, kar je zelo pomembno v tovarnah ali drugih zahtevnih okoljih. Tudi odpornost je še ena prednost SSD-jev. Niso tako dovzetni za okvare kot tradicionalni trdi diski. Nekatera industrijska poročila kažejo, da so stopnje okvar SSD-jev letno pod 1 %, medtem ko HDD-ji v težkih industrijskih pogojih pogosteje odpovejo. Za podjetja, ki izvajajo kritične operacije, kjer je vsaka sekunda pomembna, namestitev konfiguracij RAID z SSD-ji dodaja še eno plast zaščite pred izgubo podatkov. Te konfiguracije pomagajo ohranjati poslovno neprekinjenost tako, da vedno ohranjajo več kopij pomembnih informacij, kar je za proizvodne obrate in logistične centre preprosto nujno.

Vtične reže za nadaljnje razširjanje

Ko gre za industrijske računalnike, zadostno število razširitvenih vtičnic veliko pomeni, če jih želimo ohraniti skozi nadaljnje tehnološke spremembe. Vtičnice omogočajo lažje nadgradnje in dodajanje perifernih naprav, kar je še posebej pomembno v času, ko se tehnologija tako hitro razvija. Standardi, kot je PCIe, omogočajo sistemom, da sprejmejo različne komponente, s čimer se izboljšajo dejanske zmogljivosti sistema. Vzamemo konkreten primer PCIe vtičnic: omogočajo hitrejšo pretovarjanje podatkov med računalnikom in napravami, kot so grafične kartice ali dodatni mrežni vmesniki, kar je zelo pomembno v okoljih, kjer so pomembne zmogljivosti. Če izberemo industrijske računalnike z dovolj možnostmi za razširitev, podjetja ne bodo morala zamenjati celotnih sistemov vsakič, ko se pojavi kaj novega. Preprosto priključite najboljšo rešitev za sedaj in hkrati ostanejo pripravljena za prihodnost, ne da bi morali porabiti veliko denarja za popolne zamenjave.

Odpornost na okoljske vplive pri optimizaciji industrijskih računalnikov

IP razredi za zaščito pred prahom in vlago

Spoznavanje z IP razredmi je zelo pomembno za zaščito industrijskih računalnikov pred snovmi, kot so prah in vlažnost, ki bi lahko vstopile vanje. IP pomeni Ingress Protection (zaščita pred vstopom), kar v osnovi pove, kako dobro nekaj zadrži trde delce in tekočine. Vzemimo na primer IP54, ki prepreči vstop večine prahu in dobro zadrži pršenje vode. Nato obstaja IP68, kar pomeni popolno zaščito pred prahom ter sposobnost bivanja pod vodo brez poškodb. Videli smo mnogo primerov, ko se naprave pokvarijo zaradi vstopa prahu ali vlažnosti v občutljive komponente sčasoma. Uporaba sistemov z višjimi razredi zmanjša nepričakovane izpade in podaljša življenjsko dobo naprav. Vsakdo, ki dela v tovarnah ali na prostem, kjer kroga prah ali voda lahko prši, bi morali razmišljati vsaj o zaščiti IP65. Ta raven zagotavlja zadostno zaščito pred vsakodnevnimi okoljskimi izzivi, hkrati pa ohranja razumne stroške v primerjavi z maksimalnimi nivoji zaščite.

Tolerančni temperaturni območja (-40 °C do 85 °C)

Zmogljivost industrijskih računalnikov pri obravnavanju ekstremnih temperatur ima velik vpliv na njihovo življenjsko dobo in vsakodnevno delovanje. Vzemimo si primere kot so naftne vrtine na morju ali hladilne raziskovalne postaje, kjer morajo naprave delovati kljub zelo visokim ali zelo nizkim temperaturam. Nekatera poljska oprema potrebuje računalnike, ki zanesljivo delujejo pri temperaturah med minus 40 stopinj Celzija in do 85 stopinj Celzija. Če deli niso zasnovani za takšne pogoje, se okvare pojavljajo pogosteje, kar povzroča dragocene zastoje v proizvodnji. Pravilna specifikacija odpornosti proti temperaturam pomaga ne samo izogniti se zastoju, temveč tudi izboljša delovanje sistemov, ko so izpostavljena ekstremnim pogojev, kar morajo upoštevati proizvajalci pri gradnji svoje infrastrukture.

Na vibracije odporna konstrukcija komponent

Preveč vibracij lahko resno vpliva na delovanje računalniških komponent in celo povzroči popolni zlom celotnih sistemov. Tovrstni problemi so še posebej izraziti na proizvodnih linijah, kjer je zaradi delovanja strojev stalno tresenje. Pri načrtovanju opreme za uporabo na takih lokacijah ima odpornost proti vibracijam zelo pomembno vlogo, saj lahko tudi najmanjše premike notranjih komponent povzročijo odstopanja in motnje v delovanju. Zato obstajajo komponente industrijske kakovosti, ki so posebej zasnovane za ekstremne pogoje. Te okrepene komponente ustrezajo strožim specifikacijam za odpornost proti tresenju in vsebinskim motnjam. Zasnovane so tako, da zdržijo intenzivno uporabo brez odpovedi, kar pomeni daljše življenjsko dobo in manj nepričakovanih izpadov med serijo proizvodnje, ko na tovarniških linijah vse poteka mirno.

Strategije upravljanja toplote

Aktivni nasproti pasivnim hlajevalnim sistemom

Pri izbiri med aktivnim in pasivnim hlajenjem industrijskih računalnikov postane upravljanje s toploto ključno vprašanje. Aktivni sistemi običajno vključujejo ventilatorje ali tekoče hlajene sestavine, ki aktivno odvajajo toploto od komponent. Ti sistemi delujejo najbolje pri obravnavanju intenzivnega toplotnega oddajanja v visokoz zmogljivih situacijah. Pasivno hlajenje pa se predvsem opira na toplotne vodnike in naravni zračni tok okoli njih. To ima smisel v okoljih, kjer je pomembna tišina, ali pa prihranek električne energije vpliva na končni rezultat. Prednost aktivnega hlajenja je v tem, da naprave delujejo dlje časa hladnejše, kar pomeni, da so v povprečju bolj zanesljive in imajo daljšo življenjsko dobo. Obstaja pa tudi nevarenost – več dodatnih delov pomeni večjo porabo energije in možnost okvar v prihodnosti. Pasivne rešitve morda ne zmorejo tako učinkovito obravnavati ekstremnih temperatur, vendar imajo manj sestavnih delov, ki bi se lahko pokvarili, saj večina ostaja v mirovanju. Večina inženirjev, ki jih poznam, prežene čas z razmislekom o tem, v kakšnem prostoru bo oprema delovala in kakšne natančne zahteve glede zmogljivosti obstajajo, preden izbere strategijo hlajenja.

Optimalne konfiguracije za postavljanje ventilatorjev

Kje v industrijskih računalnikih postavimo ventilatorje, je zelo pomembno za to, kako se zrak giba in hladi komponente. Pravilna postavitev ventilatorjev je izjemno pomembna za učinkovito upravljanje s toploto. Če ventilatorje strategično razporedimo, lahko zrak usmerjamo tja, kjer je potreben, da piha preko delov, ki oddajajo toploto, in zmanjša tiste nadležne tople točke. Vzemimo na primer konfiguracijo s potiskovanjem in vlečenjem – če postavimo ventilatorje na oba konca ohišja, se v celotnem sistemu ustvari močnejši tok zraka. Večina priročnikov za hlajenje priporoča, da usmerimo ventilatorje v skladu z naravnim tokom zraka in jih razporedimo tako, da zrak neposredno preteče čez ogrevane komponente. Praktični testi so pokazali, da lahko nepravilna postavitev ventilatorjev vodi v višje temperature delovanja in krajšo življenjsko dobo komponent. Če razmišljamo logično, to ni presenetljivo – nihče ne želi, da bi se njegova draga strojna oprema sama uničila zaradi nepravilne postavitve ventilatorja.

Izbira toplotnega medija

Pri obravnavanju vprašanj toplotnega upravljanja naredi izbira ustreznega toplotnega vmesnega materiala (TIM) vse razliko pri odvajanju presežne toplote od industrijskih računalniških komponent. Na trgu je danes na voljo več različnih možnosti TIM-ov. Imamo toplotne paste, ki se precej dobro razmazujejo med površinama, toplotne podložke, ki so predrezane za določene aplikacije, ter lepilne trakove, ki stvari držijo skupaj, hkrati pa omogočajo prenos toplote. Ključna stvar je prilagoditi TIM tistemu, kar je potrebno ohladiti, tako da toplota dejansko preide s komponente na hladilnik namesto da se kopiči znotraj. Večina strokovnjakov na področju vam bo povedala, da je pri delu z visok zmogljivimi sistemi, ki proizvajajo veliko toplote, najbolje izbrati nekaj z dobrimi prevodnimi lastnostmi, kot je na primer srebrna toplotna pasta. Slediti smernicam pri uporabi teh materialov ni zgolj priporočljivo, temveč nujno, če želimo, da naši industrijski računalniki tečejo brezhibno in se izognemo nepričakovanim okvaram na dolgi rok.

Vnaprešni vzdrževalni cikli

Prediktivno vzdrževanje predstavlja pametnejši način za tekoče delovanje strojev, saj težave odkrije še preden povzročijo okvare, kar je zelo pomembno v tovarnah, ki delujejo non-stop. Tradicionalni vzdrževalni razporedi v primerjavi s tem pristopom, ki temelji na podatkih, preprosto ne zadoščajo več, saj operaterjem dejansko sporoči, kdaj bo nekaj, kot je industrijski računalnik, verjetno odpovedalo. Celoten sistem se močno zanaša na različne naprave za spremljanje in analizne programe, ki spremljajo delovanje opreme dan za dnevom. Ti orodja zgodaj odkrijejo opozorilne znake, tako da lahko tehnični delavci rešijo težave, preden postanejo veliki problemi. Vzemimo primer ene tovarne, kjer so delavci na proizvodni liniji začeli uporabljati te prediktivne tehnike lani. Prihranili so približno 30 odstotkov stroškov popravil in močno zmanjšali tiste nadležne nepričakovane izpade, ki so se prej dogajali vsakih nekaj tednov. To pa logično, saj nihče ne želi, da bi se proizvodna linija ustavila v najslabšem možnem trenutku.

Samodejni sistemi za odstranjevanje prahu

Ohranjanje industrijskih sistemov brez prahu in umazanije ima velik pomen za tekoče delovanje obratov in podaljšanje življenjske dobe dragocenih strojev. Prav tu nastopajo avtomatski sistemi za odstranjevanje prahu kot rešitev, ki spreminja pravila igre. Ti sistemi delujejo non-stop in odstranjujejo vse te zlobne delce, ne da bi kdo moral plezati po lestvah ali se metati z metlami. Podjetja, ki namestijo takšne rešitve, so pogosto priča podaljšanemu življenju in boljšim zmogljivostim svoje opreme. Nabiranje prahu povzroča vse mogoče težave, kot so pregrevanje komponent in nepričakovani zastoji, kar pomeni manj izpadov zaradi popravil. Tudi številke iz prakse to potrjujejo. Obrati, ki uporabljajo avtomatsko čiščenje, poročajo, da so v mnogih primerih zmanjšali okvarje, povezane s prahom, za približno polovico. Rezultat? Manj nujnih popravil in proizvodne linije, ki nadaljujejo z delovanjem namesto da bi nepričakovano zastale.

Sledenje življenjski dobi komponent

Sledenje življenjskim ciklom komponent omogoča napovedovanje, kdaj je treba dele zamenjati pred izpadom, kar zagotavlja nemoten pogon industrijskih računalniških sistemov. Ustrezna programska orodja tukaj naredijo vse razlike, saj upravnikom obratov ponudijo dejansko stanje, kako obrabljeni so trdi diski, matične plošče in druge kritične komponente. Ko servisne ekipe vidijo te poročila, lahko načrtujejo zamenjave v času načrtovanih zastojev namesto panike ob okviru. Podjetja, ki so lani začela uporabljati to vrsto sledenja, so poročala o zmanjšanju stroškov popravil za okoli 30 %, ker so težave odkrile prej. Vse se svodi na preprosto resnico: preventivno vzdrževanje prihrani denar in skrbi. Sistemi delujejo bolje, če dele zamenjamo ob upoštevanju dejanskega stanja in ne čakamo, da se nekaj pokvari.

Varnost in redundanca v sistemih 24/7

Konfiguracija požarne zidove za OT okolja

Varnost v operativni tehnologiji (OT) okoljih predstavlja precej resne probleme, ker te sisteme upravljajo ključne industrijske operacije in so hkrati vedno bolj povezane z običajno IT infrastrukturo. Ko gre za zaščito teh sistemov pred hackerji, je ustrezna konfiguracija požarnega zida povsem nujna. Podjetja morajo vendar razmišljati še naprej kot le osnovna zaščita. Združena obrambna strategija mora vključevati stvari kot so požarni zidovi s spremljanjem prometa, sistemi za zaznavanje vdorov, ki odkrivajo sumljivo aktivnost in segmentacijo omrežja, da omejijo morebitne kršitve varnosti, preden se razširijo po celotnem sistemu. Slabo konfigurirani požarni zidovi so glavni dejavnik tveganja. Poglejte kar se je zgodilo leta 2010, ko je Stuxnet poškodoval jedrske centrifuge v Iranu. Ta napad je jasno pokazal, zakaj so šibka kibernetska varnost v industrijskih okoljih lahko imela katastrofalne posledice tako za podjetja kot za nacionalno varnost.

Implementacija RAID polja

RAID pomeni Redundantno polje neodvisnih diskov in ima pomembno vlogo pri zagotavljanju varnosti podatkov ter nemotenem delovanju sistemov v krogu 24/7. Ko se podatki porazdelijo na več diskov namesto da bi bili shranjeni le na enem, je s tem zagotovljena zaščita pred izgubo vseh podatkov, če pride do napake enega diska. Obstaja več načinov za konfiguracijo RAID-a, odvisno od zahtev poslovnega okolja. Vzemimo za primer RAID 1, ki v bistvu podvoji informacije, da je vedno na voljo varnostna kopija, ko je potrebna. Nato obstaja še RAID 5, ki ponuja dobro ravnovesje med izboljšano hitrostjo in zaščito pred strojno odpovedjo. Če pogledamo dejanske poročila iz prakse, podjetja, ki preskočijo implementacijo RAID konfiguracij, običajno soočajo s precej večjim tveganjem izgube kritičnih podatkov in nepričakovanimi sistemskimi izpadki. Zato ni presenetljivo, da večina IT oddelkov pred začetkom uporabe kritične infrastrukture poskrbi za pravilno konfiguracijo RAID-a.

Zahteve za napajanje ob napaki

Industrijski sistemi nujno potrebujejo rezervne napajalne vire, saj te redundance pomagajo zmanjšati izpade in ohranjajo nemoten potek operacij, ko se stvari pokvarijo. Ko pride do okvare v enem napajalnem sistemu, prevzame rezervni sistem, da se proizvodnja ne ustavi. Vzemimo na primer naprave UPS, ki so neprekinjene napajalne naprave s pametnimi funkcijami upravljanja energije, ki resnično ustvarijo razliko na proizvodnih tleh. Nekateri proizvajalci poročajo, da izgubijo desetke tisočakov na uro med nepričakovanimi izpadi zaradi težav z napajanjem. Taka izguba denarja močno prizadene produktivnost in povzroči vse sorte težav za vodje obratov. Za podjetja, ki resno mislijo o tem, da ohranijo svoje obrate v teku, so stroški kakovostne napajalne redundance ne samo dobra poslovna odločitev, temveč praktično nujno zavarovanje proti dragim prekinitev.