|
Počítač pro nenáročné použití je dnes schopen sestavit téměř kdokoli, ale vyvinutí průmyslového počítače je mnohém delší a komplikovanější záležitost. Průmyslové počítače obvykle nejsou vybaveny ventilátory ani kabelovými propojkami a musí vydržet intenzivní vibrace a nárazy v náročných průmyslových prostředích, jako jsou například pohybující se vozidla.
Pro vývoj takového počítače, který bude vibracím a rázům odolávat, musí návrháři pochopit příčiny vibrací a rázů a vytvořit řešení, které zajistí stabilitu potřebnou pro dosažení dostatečné spolehlivosti počítače provozovaného v náročných podmínkách.
Co jsou vibrace
 Z fyzikálního hlediska existují dva typy vibrací: volné vibrace a vynucené kmitání. Volné vibrace jsou v mechanickém systému vyvolány inicializačním pulsem a pak systém vibruje samovolně. Vynucené kmity nastanou, pokud pohybující se hmota trvale působí na mechanický systém.
Co je rezonance
 Rezonance znamená z fyzikálního hlediska, že systém může oscilovat na velkých amplitudách na konkrétní „rezonanční“ frekvenci. Důležitým hlediskem, na které musí vývojáři pamatovat je, že nízká amplituda síly působící na systém může při rezonanční frekvenci vyvolat extrémně nízké výchylky.
Rezonance vznikají v systémech, které jsou schopny vzájemně převádět statickou (potenciální) a kinetickou energii. Klasickým příkladem rezonančního systému je kyvadlo, které střídá stavy vysoké kinetické a nízké potenciální energie (kyvadlo je v nízké polez) a stavy nízké kinetické a vysoké potenciální energie (kyvadlo je v horní poloze, zpomaluje a pak obrací směr). Kyvadlo se pohybuje na své rezonanční frekvenci, pokud jedinou externě působící silou je gravitace. Zatímco jednoduché kyvadlo má jen jednu rezonanční frekvenci, mohou mít složitější systémy dvě nebo více rezonančních frekvencí.
Jak omezit vliv vibrací
Poté co jsme pochopili, jak rezonance vzniká, můžeme pro její omezování aplikovat některé poznatky. Následující dvě cesty ukazují způsoby jak omezit vliv vibrací na systém respektive jak vibrace v systému minimalizovat.
1. Houpačka
 Nejstabilnější bod houpačky je otočný bod. Návrháři mohou využít podobný princip při rozhodování kam umístit nejzranitelnější komponenty systému, jako je například pevný disk. Protože ve své ose je systémová deska nejstabilnější, součástky umístěné v její blízkosti budou vystaveny jen malým vibracím a rázům bez ohledu na to, jak moc se systémová deska třese.
2. Asymetrické vyvážení
Většina počítačů je symetrická proto, že symetrické systémy se snadněji navrhují. Symetrické systémy ale mají větší tendenci rezonovat v náročných podmínkách například pohybujících se vozidel. Asymetrický design je efektivním způsobem jak snížit rezonanci systému a minimalizovat vibrace a rázy. Systémy s asymetrickým vyvážením mohou narušovat vlnovou charakteristiku přenosu energie a snížit tak vibrace. Tato znalost může být využita při umístění běžných pevných disků, které jsou stále nejvýhodnějším řešením úložného zařízení pro pohybující se vozidla.
Komplexní návrh
Pro úspěšný návrh počítačového systému je potřeba přistupovat k problematice odolnosti proti vibracím a rázům komplexně. Důkladné zvážení problematiky z pohledu jednotlivých komponent je důležité k tomu, aby jednotlivé složky na sebe působily tak, aby výsledná odolnost systému byla co nejvyšší. To znamená, že je potřeba aby technici vytvářející mechanický, elektronický a teplotní design vzájemně spolupracovali s cílem vytvořit co nejefektivnější řešení.
Pero - drážka
Neustálý pohyb a vysoké vibrace prostředí způsobují konstantní trvalé napětí v mechanických spojích zařízení. Pevné šroubové spoje nejsou vhodné pro tento typ prostředí. Spoje založené na principu pero-drážka jsou naopak jednoduché, pevné a zároveň pružné. Tyto spoje jsou unikátní metodou, která u počítačových systémů dovoluje dosažení velké odolnosti proti vibracím a rázům.
Výběr materiálů
1. Hliníkové slitiny
 Pokud jde o vnější kryt, tak jsou nejvhodnější volbou hliníkové slitiny, které jsou v porovnání s plechem robustnější, pevnější a lépe snášejí vibrace a rázy. Hliníkové slitiny jsou lehké, snadno se tvarují a také mají vysokou tepelnou vodivost, což dohromady vytváří dokonalý základ pro provoz celého systému.
2. Tlumící prvky
Tlumící prvky se používají k snížení vlivu vibrací a rázů. Jako součást celkové antivibrační strategie jsou obzvláště užitečným nástrojem pro konečné doladění antivibračního návrhu.
Komponenty
Tradiční počítače obvykle používají tradiční DIN 41612 konektory pro propojení komponent v počítači. Kompaktní PCI konektory jsou ale vhodnějším řešením pro průmyslové počítače protože lépe přenášejí signály a dokážou odolat větším vibracím a rázům.
Certifikace EN 50155
Certifikace EN 50155 je evropský standard, který se vztahuje na všechny elektronické přístroje používané v kolejových vozidlech a je důležitý pro jejich aplikaci na železnicích. Průmyslové počítače pro kolejová vozidla musí splňovat tyto normy pro vibrace a rázy:
- Vibrace (za provozu): 5 až 150Hz, 10 minut na osu, zrychlení: 1.0m/s2 rms (v podélné / příčné / vertikální ose)
- Vibrace (mimo provoz): 5 až 150Hz, 5 hodin na osu, zrychlení: 7,9 m/s2 rms (v podélné / příčné / vertikální ose)
- Rázy: poloviční sinusoida 50m/s2, 30ms (v podélné / příčné / vertikální ose)
EN 50155 standard je důležitým kritériem pro návrháře, kteří staví počítače určené pro kolejová vozidla.
|
