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研華工控機基礎教程(連載三)――工控機的散熱剖析
研華(中國)公司
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工控機的散熱剖析

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但工控機使用環境比較特殊,經常在高溫、粉塵、供電條件不好的環境下運行,並大多是在7X24小時環境下運行。而由於架構的不同,商用PC的機箱設計理念也不能直接照搬到工控機。因此在散熱、防(fang)塵(chen)方(fang)麵(mian)工(gong)控(kong)機(ji)必(bi)須(xu)有(you)自(zi)己(ji)的(de)設(she)計(ji)理(li)念(nian),散(san)熱(re)的(de)好(hao)壞(huai)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)到(dao)工(gong)控(kong)機(ji)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing),下(xia)麵(mian)我(wo)們(men)重(zhong)點(dian)來(lai)介(jie)紹(shao)一(yi)下(xia)工(gong)控(kong)機(ji)在(zai)散(san)熱(re)和(he)防(fang)塵(chen)的(de)特(te)性(xing)。
早期的CPU由於功耗問題並不突出,因此工控機的散熱不是設計的主要考慮因素。但隨著人們對CPU性能需求的增加,處理器的功耗也日益增加。最新的Intel LGA775架構的P4處理器最大功耗居然在100W以上。工控機內部的散熱問題也變得日益嚴峻起來。研華公司針對此問題,不斷的在自身的產品上做出改進。下麵我們拿研華的最經典4U上架式機箱610係列來具體分析:

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第一代IPC-610係列,F版機箱
這是第一代的IPC610係列機箱中的高端產品IPC-610BP-F,由於這款機箱設計時CPU的(de)功(gong)耗(hao)問(wen)題(ti)並(bing)不(bu)突(tu)出(chu),因(yin)此(ci)其(qi)僅(jin)采(cai)用(yong)了(le)單(dan)風(feng)扇(shan)輔(fu)助(zhu)散(san)熱(re)設(she)計(ji)。而(er)且(qie)我(wo)們(men)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu),為(wei)了(le)考(kao)慮(lv)工(gong)控(kong)機(ji)應(ying)用(yong)環(huan)境(jing)的(de)複(fu)雜(za)多(duo)樣(yang)性(xing),風(feng)扇(shan)的(de)前(qian)麵(mian)是(shi)有(you)過(guo)濾(lv)網(wang)設(she)計(ji)的(de)的(de)。由(you)於(yu)在(zai)某(mou)些(xie)惡(e)劣(lie)環(huan)境(jing)下(xia),過(guo)濾(lv)網(wang)和(he)風(feng)扇(shan)必(bi)須(xu)經(jing)常(chang)清(qing)洗(xi)才(cai)能(neng)保(bao)證(zheng)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo),因(yin)此(ci)在(zai)這(zhe)款(kuan)機(ji)箱(xiang)上(shang)的(de)風(feng)扇(shan)和(he)過(guo)濾(lv)網(wang)都(dou)設(she)計(ji)為(wei)易(yi)於(yu)更(geng)換(huan)的(de),易(yi)於(yu)維(wei)護(hu)的(de)設(she)計(ji)理(li)念(nian)一(yi)直(zhi)體(ti)現(xian)在(zai)工(gong)控(kong)機(ji)箱(xiang)的(de)設(she)計(ji)中(zhong)。尤(you)其(qi)在(zai)高(gao)端(duan)工(gong)控(kong)機(ji)產(chan)品(pin)中(zhong),係(xi)統(tong)的(de)易(yi)於(yu)維(wei)護(hu)性(xing)是(shi)高(gao)端(duan)市(shi)場(chang)工(gong)控(kong)機(ji)的(de)設(she)計(ji)理(li)念(nian)之(zhi)一(yi)。
當P4處理器進入工控機市場後,其高發熱量使得各個工控廠商不得不重視工控機的散熱問題。研華推出了第二代IPC-610係列的工控機便加強了散熱方麵的考慮。例如熱賣的麵對中高端市場的IPC-610H,weiletishengsanrexiaoguo,jiadajixiangneibufengliu,caiyongshuangfengshandesheji。bingjiyuweihukaolv,jiangshuangfengshancaiyongmokuaishideshejilinian,gudingzaiyigechouqubanshang,congerrongyigenghuan。youyucaiyongshuangfengshanhou,guolvwangdemianjijiada,yinciyuanyoudecemianchouqushiguolvwanggenghuanfangshiwufashiyong,yincigongchengshimencaiyonglelvwangqianzhiqiankaikoudefangshibianyuchouqulvwang。

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第二代610係列機箱IPC-610H
即使麵對中低端市場的IPC-610L,也在散熱風扇和過濾網的設計上有獨特的設計理念。采用前開口的單風扇設計,風扇可前置打開,濾網也易於抽取。

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第二代610係列機箱IPC-610L
看過4U的大機身散熱設計,再來考慮1U和2U的機箱內部散熱設計。這類機器由於機箱體積限製,都采用蝶型背板的設計,並提供模塊化的設計便於用戶維護,但由於小風扇的CFM都比較小,因此隻能多采用多風扇來增大風流。下麵我們來看看1U的機箱散熱設計:

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ACP-1000機箱內部架構圖

研華的2U機箱和ACP1000設計理念基本相同,在此不再贅述。
再來了解一下壁掛式機箱的散熱設計考慮:
壁(bi)掛(gua)式(shi)機(ji)箱(xiang)要(yao)求(qiu)機(ji)構(gou)設(she)計(ji)緊(jin)湊(cou)以(yi)便(bian)滿(man)足(zu)各(ge)種(zhong)不(bu)同(tong)場(chang)合(he)下(xia)的(de)應(ying)用(yong),機(ji)箱(xiang)內(nei)部(bu)寸(cun)土(tu)寸(cun)金(jin),每(mei)一(yi)個(ge)空(kong)間(jian)都(dou)需(xu)要(yao)合(he)理(li)的(de)應(ying)用(yong)。但(dan)小(xiao)機(ji)箱(xiang)內(nei)部(bu)由(you)於(yu)體(ti)積(ji)所(suo)限(xian),采(cai)用(yong)的(de)風(feng)扇(shan)功(gong)率(lv)也(ye)不(bu)能(neng)太(tai)大(da),因(yin)此(ci)小(xiao)機(ji)箱(xiang)的(de)散(san)熱(re)更(geng)考(kao)察(cha)一(yi)個(ge)公(gong)司(si)的(de)設(she)計(ji)功(gong)底(di)。總(zong)體(ti)來(lai)說(shuo),小(xiao)機(ji)箱(xiang)裏(li)麵(mian)有(you)兩(liang)個(ge)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)散(san)熱(re)對(dui)象(xiang):CPU和硬盤。下麵我們來看看壁掛式機箱IPC-6806的在散熱方麵的設計及其後繼版本的改進:

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IPC-6806WH

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改進版本IPC-6806W
在這種小機箱內部,采用不同的無源底板、內部的插卡數量也會對散熱造成不同的影響。總體來說,所插入的擴展卡盡量遠離電源模塊和CPU長卡。以便留出足夠的空隙給機箱內部的板卡。
今年研華推出了一款緊湊型的采用ATX母板的壁掛式/桌上式機箱IPC-7120,這zhe款kuan機ji箱xiang以yi所suo有you接jie口kou前qian置zhi為wei主zhu要yao賣mai點dian,便bian於yu用yong戶hu集ji成cheng在zai設she備bei內nei部bu並bing易yi於yu維wei護hu使shi用yong,所suo以yi一yi經jing推tui出chu就jiu吸xi引yin了le眾zhong多duo用yong戶hu的de眼yan球qiu。但dan由you於yu機ji身shen體ti積ji較jiao小xiao並bing可ke能neng會hui被bei用yong戶hu集ji成cheng在zai散san熱re條tiao件jian不bu好hao的de設she備bei內nei部bu,且qie要yao求qiu支zhi持chiIntel最新的高性能處理器,因此對散熱的要求更高。
多說無益,上圖說話。

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IPC-7120
以上我們分析了研華在上架式和壁掛式機箱的散熱設計理念。下篇我們會來談談工控機在EMC方麵的設計考慮。

 

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聯 係 人: 研華科技
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