工业计算机 MTBF 测试：满足特定工业需求的标准、要求与方案

《工业计算机 MTBF 测试：满足特定工业需求的标准、要求与方案》

一、标准

1. IEC 61131 - 2（适用于工业控制设备，工业计算机作为其中一部分适用）

• 该标准对工业计算机在工业环境中的电磁兼容性、抗干扰能力等方面做出了规定。对于 MTBF 测试，工业计算机需要在存在电磁干扰（如来自工业设备的强电磁辐射）的环境下，保持稳定的运行。

• 要求工业计算机在不同的工业电压波动范围内（如 ±15% 的额定电压）能正常工作，并且在受到一定程度的静电放电（ESD）干扰（如接触放电 ±8kV）时，不会出现系统崩溃或数据错误等故障。

2. ISA - S71.04 - 2013（美国仪表学会标准，针对工业环境中的腐蚀问题）

• 由于工业环境可能存在腐蚀性气体（如二氧化硫、硫化氢等），此标准规定了工业计算机应具备的抗腐蚀能力。在 MTBF 测试中，要考虑工业计算机在这种可能存在腐蚀风险的环境下的长期稳定性。

• 例如，工业计算机的外壳和内部电路板应采用抗腐蚀的材料或进行相应的防护处理，以防止腐蚀导致的电气性能下降或硬件损坏。

二、要求

1. 工业环境适应性要求

• 工业计算机应能在宽温度范围（如 - 40℃ - +85℃）内正常工作。在低温环境下，电子元件的性能可能会下降，如电容的容值可能会改变，所以要求工业计算机的电路设计能够进行温度补偿，以确保系统的稳定运行。

• 在存在粉尘的工业环境中，工业计算机应具备防尘能力。其散热系统不能因为粉尘堵塞而导致过热故障，例如，采用高效的防尘滤网和合理的散热风道设计，保证在高粉尘环境下的散热效率。

2. 数据安全与可靠性要求

• 工业计算机往往用于工业控制系统，数据的准确性和实时性非常重要。在 MTBF 测试中，要确保数据在传输和存储过程中不会出现错误。例如，采用冗余的数据存储技术（如 RAID 技术）来防止硬盘故障导致的数据丢失。

• 工业计算机在运行工业控制软件时，不能出现软件死机或失控的情况。这要求软件具有良好的容错能力，能够在出现异常情况（如硬件故障或网络中断）时，自动切换到备用模式或进行自我修复。

三、方案

1. 工业环境模拟实验室测试

• 建立专门的工业环境模拟实验室，能够精确控制温度、湿度、腐蚀性气体浓度、粉尘含量等环境参数。例如，在测试工业计算机的抗腐蚀能力时，将工业计算机置于含有一定浓度腐蚀性气体（如按照 ISA - S71.04 - 2013 标准设定的二氧化硫和硫化氢浓度）的环境舱中，持续运行一定时间（如 1000 小时），同时监测其性能状态。

• 在模拟粉尘环境时，通过粉尘发生器产生符合工业环境粉尘颗粒大小和浓度的粉尘，对工业计算机进行防尘和散热性能测试。

2. 与工业控制系统联合测试

• 将工业计算机与实际的工业控制系统（如自动化生产线控制系统）进行联合测试。在整个工业生产流程模拟过程中，检测工业计算机的性能和可靠性。例如，在自动化流水线上，工业计算机负责控制机器人的动作、产品的检测等任务，通过长时间的运行（如连续运行一个月），观察工业计算机在实际工业控制中的 MTBF 表现。