温度与工业以太网交换机稳定性之间的关系

来源：源拓光电发布日期：2015-08-21 10:49:22

本文主要论述温度这一重要参数对工业以太网交换机的影响。

一、衡量设备可靠性的指标。

可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，成成规定功能的能力。任何产品不论是机械、电子，还是机电一体化产品都有一定的可靠性，产品的可靠性与实验、设计和产品的维护有着极大的关系。衡量可靠性的指标很多，常见的有以下几种：

1、可靠度，即产品在规定条件下、规定时间内完成规定功能的概率，亦称平均无故障时间

2、平均维修时间是指产品从发现故障到恢复规定功能所需要的时间

3、失效率是指产品在规定的使用条件下使用到时刻后，产品失效的概率

产品的可靠性变化一般都有一定的规律，其特征曲线形状像浴盐，通常称之为“浴盆曲线”。在实验和设计初期，由于产品设计制造中的错误!软件不完善以及元器件筛选不够等原因而造成早期失效率高，通过修正设计、改进工艺、老化元器件、以及整机试验等，使产品进入稳定的偶然失效期，使用一段时间后，由于器件耗损!整机老化以及维护等原因产品进入了耗损失效期。这就是可靠性特征曲线逞“浴盆曲线”型的原因。衡量一个电子产品、尤其是工业类产品最常用的是MTBF，也就是平均无故障时间。

二、温度和MTBF的关系

由于现代电子设备所用的电子元器件的密度越来越高，这将使元器件之间通过传导，辐射和对流产生热耦合。因此，热应力已经成为影响电子元器件失效率的一个最重要的因素。对于某些电路来说，可靠性几乎完全取决于热环境。所以，为了达到预期的可靠性目的，必须将元器件的温度降低到实际可以达到的最低水平。有资料表明：环境温度每提高10℃，元器件寿命约降低1/2。这就是有名的“10℃法则”。

MTBF测试：目前国外广泛采用Bellcore的RPP（Reliability Prediction Procedure）来测量设备的MTBF，这其中包括晶体管数量、功率衰减以及环境参数。我们分析其中用风扇散热的24口工业以太网交换机的检测报告，在环境温度为30℃，40℃ ，50℃时，无风扇工业以太网交换机和有风扇工业以太网交换机的测试结果为：30℃ 40℃ 50℃时，无风扇散热 10年 9.5年 8年，有风扇散热 8年 7.5年 7年。

另外，我们通过TSC实验室的温度测试中还发现了两个结果：

1．如果不采用任何散热措施，一台24口的工业以太网交换机（不含光口）正常工作4小时后，它的机内温度要比周围的环境温度高约40℃；而采用风扇降温的同样的工业以太网交换机的机内温度只比周围的环境温度高约15℃。

2．工业以太网交换机内温度达到85℃时，实际上温度已经开始影响到了机内主板很多芯片器件的寿命，也就是说，如果不采用很好的散热措施，在外部环境温度为45～50℃时，交换机的MTBF会大大下降。

工业类设备不同于商用设备，往往是一开机就常年运行，而且运行的环境也往往较恶劣，沙尘、昆虫、超市都会直接影响风扇的运行。因此，工业以太网交换机的散热系统设计，也就是热设计就显得尤为重要了。

综上所述，由于工业以太网交换机所处的环境的特殊性以及使用时的特殊性（不能停机），在对付高低温，主要是高温环境时采用的对策与普通交换机有很多不同的：

（1）对于工业以太网交换机较低功率情况，一般P≤10W时，尽量不采用风扇散热，而采用自然散热，如果通过自然对流，或者增大外壳面积、外壳褶皱，或者采用导热较好的型材,如铝等。

（2）对于工业以太网交换机功率较大情况，P≥15W时,尤其是有多个光口，甚至是多个单模光口的情况下，不能靠自然散热解决问题时，应该采用主动散热方式解决热问题。而主动散热方式目前主要是指加装风扇，但由于工业网络设备不能停机且要长期运行的特殊性，风扇的使用应有如下考虑。

①风扇不同于普通电子设备的风扇，它应是智能的，智能风扇在使用寿命以及功能上与普通风扇有质的区别。

②智能风扇应设计为可以热插拨的，也就是在系统不停机情况下，如果智能风扇系统报警（工作寿命到期等）情况下，可以在线更换风扇。采取了以上热设计和散热措施，就可以大大提高网络设备的MTBF，延长其寿命，从而避开法则，使工业网络设备的元器件长期工作在一个“稳定，舒适”的温度环境中,这样“10℃法则”就不起作用,这样也就保证了自动化过程中通讯系统的稳定和可靠性。

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