前三期我們分別從工控機機箱的分類、工控機架構、工控機的散熱設計等講述了工控機的設計理念。這期我們會來講述工控機的EMC設計的思想。 當我們使用電子設備的時候，就會形成電磁干擾。EMC（Electromagnetic compatibility電磁兼容性）現象在我們生活中隨處可見。例如我們在看電視的時候，如果手機放在電視機旁邊，在來電時手機信號會干擾電視信號形成雪花片。而隨著日常電子設備的廣泛使用，電子設備的EMC設計正變得日益重要起來。 世界大多數發達國家都制定了EMC標準，銷往該國家或地區的電子產品必須要符合相應的EMC標準，并通過其認證才可以。其中比較知名的認證有美國的FCC認證、日本的VCCI認證、歐盟的CE認證，以及我們中國大陸的3C認證等。 工控機作為電子產品，自然也要通過苛刻的認證。研華的產品行銷全球，也通過了上述各國的認證標準，具體的通過認證標準可以在我們的產品型錄上找到。 下面我們來解釋一個優秀的工控機如何進行EMC設計的。 無論工控機還是商用機，EMC設計中的最首先考慮的是板卡本身的EMI（電磁干擾）設計，研華具有十幾年的板卡設計經驗，所有工控板都采用6層板設計，并在PCB走線時嚴格遵循了時鐘線等長的概念, 采用減少電磁輻射（EMI）阻抗設計與串音控制 , 走線拓撲的決定都充分尊守了Intel 的規范標準。因此在板卡設計方面就大幅減少了電磁輻射，但由于處理器的頻率的提升，單純依靠板卡本身在EMI方面的設計無法充分滿足EMC認證的要求。因此工控機機箱的EMC設計變得更為重要了。這篇文章也以機箱的EMC設計為主。 在解釋工控機機箱的EMC設計之前，我們先來看看商用PC機機箱的EMC設計，商用PC機由于應用在家庭環境中，與人體接觸的時間更長，因此對EMC設計的要求也十分嚴格。 雖大多數著名PC品牌由于行銷全球，也通過了各國的電磁兼容認證。但由于用途的不同，商用PC通過的EMC認證和工控機的EMC認證側重點是不同的。商用PC的EMC認證更偏向PC機本身對人體的輻射量的考慮，所以在用料和機箱設計上都基于這個方面考慮的。而工控機的應用環境較為復雜，EMC認證涉及的范圍也更為廣泛，除了考慮工控機的電磁輻射干擾外，防止外界的各種因素對工控機內部設備造成的干擾也是一個EMC設計要點。 簡而言之，商用PC的EMC設計是對內的，而工控機的EMC設計則是雙向的。 下面我們通過和商用PC的對比，來闡述對內和雙向的區別： 1、散熱口的EMC設計 首先我們明確一個概念，無論對內還是對外，對付電磁輻射最好的方法就是用一個全密封的金屬盒子把電磁輻射體遮蔽起來，而且屏蔽用的金屬層越厚越好。這樣無論對內還是對外，電磁屏蔽的效果都最好。但是由于散熱、外接擴展設備的因素。無論商用PC還是工控機，都無法做到嚴格密封的狀態。機箱關于防止電磁泄漏設計很重要的一點就是關于散熱和電磁泄漏之間的良好平衡性設計，既要充分散熱，也需要兼顧到電磁兼容方面的設計，我們通常在商用PC上所見到的，是上面這樣的散熱孔徑，圓形而多孔。 但實際上防止電磁泄漏的設計標準對散熱孔徑的大小，以及形狀是有諸多限制的，研究實驗表明，方形孔徑要比圓形孔徑具有更出色的防止電磁泄漏效果。商用PC為何多采用圓形孔徑，恐怕只有商用PC廠商明白吧。 下面我們再來看看工控機的散熱孔的設計。還是以經典機型IPC－610H為例： 2、機箱接縫處的EMC設計 根據理論，當機箱上兩個接觸點之間的距離大于0.25xλ（波長符號）時，兩點之間就會很容易泄漏出有害的電磁輻射。因此在機箱接縫處的設計，也是考察EMC設計功底的一個重要指標。 現在商用PC機的機箱鋼板厚度僅為0.6mm，鋼板的強度有限，難以保證機箱本身受力后不產生形變，并且由于現在商用PC基本多是立式機箱，因此側開口的面板也難以保證接縫處的緊密結合，為了克服這些現象，一些高檔商用PC在機箱的接縫處留有EMI彈片設計。 但工控機的使用環境復雜多變，某些環境是具有較強的振動性的，采用EMI彈片設計容易在振動的環境下失去彈片的彈性。工控機采用的機箱材料為1.2mm的優質鋼板，本身具有優秀的抗形變特性，由于工控機機箱多為臥式的，頂部鋼板自身的重量和鋼材特性已經能夠保證機箱壁之間的嚴密接觸。優秀的工控機機箱在不采用EMI彈片的時候也完全可以通過CE，FCC等EMC認證。如果某些對電磁兼容極為嚴格的環境，例如軍工行業，我們會推薦客戶在機箱接縫處使用更為可靠的金屬導電布。 在板卡和機箱的接縫處，這個地方也是極其容易引起電磁泄漏的地方，商用PC由于擴展卡較少，很少有品牌在這個地方采用EMI彈片設計。而工控機內部會插入多塊板卡，板卡和機箱的接觸嚴密與否是電磁兼容是否優秀的一個重要指標，因此做工優良的工控機會采用EMI彈片確保板卡和機箱之間的接縫緊密可靠。 3、機箱表面的特殊設計 商用PC機箱材料多采用鍍鋅鋼板，并考慮吸收機箱內輻射的有效性，在機箱內部沒有進行噴漆處理，因此機箱內壁的鍍鋅鋼板是可以導電的，也更容易吸收電磁輻射，這也使得商用PC機在靜電防護、電磁屏蔽方面有著先天的優勢。商用PC的這種機箱在普通使用下沒有問題，但是如果用于工控環境則是十分不合適的。 首先、工控機在某些時候要用在有強烈腐蝕性的環境下，例如海上的海鹽、高速公路上排出的汽車尾氣、化工廠的氣體都具有強烈的腐蝕性。因此機箱內外表面都必須要做抗腐蝕處理。下圖為研華工控機在機箱外表面和機箱內壁進行防腐蝕烤漆處理后的機箱。 其次、有時計算機會在振動的環境下工作，在某些特殊的情況下，振動會導致機箱內的某些電器元件接觸到機箱內部表面，由于機箱內壁導電，所以很容易造成短路，燒毀設備。 而工控機在內部的噴漆處理使得機箱內壁不導電，可以杜絕這類現象的發生。但是正所謂成也蕭何、敗也蕭何，正是因為這些不導電的機箱內壁對工控機的EMC設計有著更高的挑戰。工控機由于內壁也進行了烤漆處理，因此機箱表面不導電，無法象商用PC一樣形成等地體，因此只得在部分位置處留出沒有噴漆的接觸面，形成導電體，在整個機箱表面形成等勢體，處理工藝較為復雜。 還是讓我們來看看工控機箱內部噴漆的設計把，以今年INCG新推出的新ACP－4320為例把黑色機箱看的更清楚。 再來看看磁盤托架的接地處理。還是拿這款ACP－4320為例： 說了這么多，您是不是對商用PC和工控機的EMC設計有一個初步的了解了呢？其實作為普通的用戶，檢測您購買產品EMC設計是否合格的一個重要指標是仔細查看您購買的該款產品是否通過了相關EMC認證，FCC，CCC，CE，UL等，當然認證越多，也證明該款產品的EMC設計越嚴謹。 下期我們將會來講述工控機在抗振、系統維護等方面的設計，敬請期待。