автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Принципы и технические средства обеспечения электромагнитной совместимости устройств цифровой вычислительной техники

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ОРДЕНА ЛЕНИНА ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ (автоматики и телемеханики)

/Л

На правах рукописи

ГУРБИЧ Идель Самуйлович

УДК 681. 31-74/-78

ПРИНЦИПЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ УСТРОЙСТВ ЦИФРОВОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

(специальность 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1990

Работа выполнена б ПО "Сигма", г. Вильнюс Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Васильева Н.П.; доктор технических наук профессор Бердичевский Б.Е.; доктор технических наук Сухопрудский Н.Д.

Ведущее предприятие: ШИ "Персей", г. Москва.

Защита .диссертации состоится "_____"________________1990 г.

в_____________часов на заседании специализированного совета В 2

(Д 01)2.68.01) Института проблем управления: ІІ7342, г. Москва, Профсоюзная ул., 65.

С диссертацией модно ознакомиться в библиотеке Института проблем управления. •

/ зтореферат разослан "______"_______________________1990 г.

Учений секретарь Специализированного Совета д.т.н.

/Нгнатущенко В.В./

Актуальность проблемы. Одна из вашшшлх задач, стоящих по-ред народным хозяйством страны на период до 2000 года,заключается в существенном повышении качества продукции и эаййктивности производства на база всемерного ускорения научно-технического прогресса. Это ускорение, в частности, предполагается достичь за счет широкого использования средств цифровой вычислительной техники, особенно микропроцессорной, для автоматизации процессов проектирования, производства, управления и научных исследований. Очевидно, что для элективного исполнения столь ответственной роли сами цифровые технические средства(ЦГС) долннш в первую очередь быть высокого качества, т.в. обладать,помимо других потребительских свойств,высокой надежностью и помехозащищенностью в реальных условиях эксплуатации.

Диссертационная работа посвящена решению задачи обеспечения необходимой защиты ЦТС от нежелательных внешних электромагнитных воздействий (помех) на этапах НИР и ОКР по созданию новой техники.

Примечательной чертой наблюдающегося ныне этапа научно-технической революции является чрезвычайно быстрый прогресс в области вычислительной техники и ее элементной базы. Происходящая на наших глазах стремительная смена поколений ЭВМ не в послед -нш очередь стимулируется экспоненциальным ростом быстродействия и плотности интеграции элементов и снижением количественных значений энергии и амплитудно-временных параметров полезных (информационных) сигналов. Так, вольтсекундная площадь импульсных сигналов в аппаратуре ЭВМ за истекшие тридцать лет снизилась на три порядка и составляет сейчас примерно (1-5) КГ^Вс. Между тем значения энергии и амплитудно-временных параметров нежелательных внешних импульсных электромагнитных воздействий постоянно растут и уже превышают в настоящее время соответствующие значения полезных сигналов на 4-6 порядков. Так,' например, коммутация различных потребителей электроэнергии в сети питания ЦТС сопровождается появлением в сети коротких импульсных напряжений с вольтсокт-ндной площадью (1-100) 10~^Вс. Помехи вследствие наличия весьма высоких составляющих в частотном спектре способшг проникать по паразитным емкостным и индуктивным связям, всегда существующим

- г -

между сетью пихания и аппаратурой ЦТС, в информационные линии и изменять состояние многочисленных элементов памяти и релаксационных элементов, которыми насыщена аппаратура ЦТС, т.е. вызывать сбои и отказы. Эго потенцконально обуславливает наличие заметной восприимчивости и уязвимости недостаточно защищенных ЦТС к воздействию внешних импульсных помех. Снижение эксплуатационной надежности ЦТС вследствие восприимчивости аппаратуры к нежелательным электромагнитным воздействиям приводит к серьезному экономическому ущербу, состоящему из затрат на восстановление аппаратуры, восстановление и перезапуск программ, а также из потерь от простоя ЦТС и порчи продукта (для управляющих ЦТС).

Упомянутая восприимчивость стала наблюдаться примерно с середины 60-х годов, когда на смену первому ламповому поколению ЭВМ пришло второе - полупроводниковое.

С течением времени актуальность проблемы продолжает возрастать по нескольким причинам. Основная из них уже упоминалась - это непрерывное снижение энергии полезных сигналов. Вторая причина -эго рост числа источников нежелательных электромагнитных воздействий на ЦТС, а также уровней и интенсивности этих воздействий вследствие постоянного увеличения объемов производства и потребления электроэнергии в народном хозяйстве. В-третьих,очень быстро растет количество задействованных ЦТС вообще и работающих в заведомо неблагоприятной электромагнитной обстановке в частности (в производственных помещениях, на энергетических объектах,в транспортных средствах и др.)

ЦТС - это совокупность электронных и электротехнических схем и, следовательно, они и сами являются источниками нежелательных электромагнитных воздействий для совместно работающих с ними ЦТС или для близко расположенных радиоэлектронных средств (радиоприем ников, телевизоров и др.). В этой связи актуальной также является задача ограничения помех, образуемых аппаратурой ЦГС, до уровней, обеспечивающих возмокность их совместной работы в комплексах, а также гарантирующж отсутствие вредного воздействия на радиолэек-трошше сродства. В совокупности задачи ограничения восприимчивости к помехам и помзхообразования составляют основное содержание проблемы обеспечения электромагнитной совместимости ЦТС (а’ЛС ЦТС).

Научно-техническое направление по обеспечению ЭМС ЦТС отно-

- з -

сительно молодо. Двадцать лет тому назад ещо по бігло стандартній норм на допускаемую восприимчивость ЦТС к различном внешним помехам, а также норм на допускаемые уровни различных помех, создаваемых ЦТС в проводах и окружающем пространстве (за исключением норм на радиопомехи). Не било приборов для измерения значений параметров случаііпо появляющихся и редко повторяющихся .імпульсних помех, а также приборов для имитации видов помех, опасных для ЦТС. Но било дашшх об уровнях внешних помех на объектах эксплуатации ЦТС и данных о помехозащищенности разных видов ЦТС. Практически по было теоретических работ в области обеспечения 3110 ЦТС, да и само это понятие еще не употреблялось.

Настоящая диссертационная работа в значительной мере является обобщением результатов цикла научно-исследовательских и опытноконструкторских работ, выполненных под научным руководством и при личном участии автора в период с 1967 по 1289 гоцц и имевших целью восполнить, насколько окажется возможная, упомянутые внше пробелы в теории и практике обеспечения Э!ЛС ЦТС.

Большой вклад в развитие и решение этой проблемы внесли также отечественные учение и инненеры Б.С. Сотсков, В.А. Каширин,

В.В. Носов, Е.ІЛ. 1дидомирова,Б.Н. Файзулаев, В.А. Пэвяычев, Д.З. Левин, А.Д. Князев, JI.IL Кечлев, В.В. Петров, Ю.А. Чурин, В.Я.

Сиг,кос, В.М. Несоцкий, Б.А. Корнеев, К.В. Венцюс, В.II. Са'луптис, Ю.В. Полозок, В.II. Никифорова, Д.В. Вллесов, А.А. Воршевский, її.А. Мкртчян, У.А. Тадаиев и др.

Целью работы было создание и научно-техническое обеспечение внедрения в инженерную практику научно обоснованных ставдартиых норм и методов испытаний па допускаемую восприимчивость ЦТС народнохозяйственного назначения к наиболее опасным видам внешних импульсных помех, а также на допускаемое образование внешних импульсных помех.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие частные задачи:

1. Определялись наиболее опасные дяя ЦТС виды внешних помех.

2. Отыскивались приемлемые критерии оценгл внешних импульсных помех, а также восприимчивости к ним ЦТС.

3. Разрабатывались теоретические основы расчета нормативных технических требований по обеспечению ЭМС ЦТС.

4. Разрабатывались специализированные технические сродства для измерения и имитации внешних импульсных помех.

5. Экспериментально исследовались импульсная электромагнит-

нал обстановка на типовых объектах эксплуатации ЦТС народнохозяйственного назначения, а также восприимчивость типовых видов ЦТС к внешним импульсным помехам. Исходя из результатов исследований, разрабатывались обоснованные нормы н методы испытаний ЦТС на восприимчивость к внешним импульсным помехам.

6. Аналитически исследовались мехадизмы воздействия опасных видов внешни :1шульош1х помех на аппаратуру ЦТС. Исходя из результатов исследований,формулировались качествешше и колпчественнге рекомендации но снижению восприимчивости ЦТС к опасным видам внешних импульсных помех.

7. Упорядочивалась терминология по проблеме обеспечения ЭМС

ЦТС.

Таким образом, для дост:шэния основной цели требовался и был применен системный подход.

Методы исследования. В работе использованы методы теории электрических цепей и электромагнитного ноля, методы теории вероятностей и математической статистики.

Научная новизна работы заключается в разработке, обосновании, аналитическом и экспериментальном исследовании комплекса новых принципов, технических требований, методов л средств снижения восприимчивости устройств цифровой вычислительной техники народнохозяйственного назначения к внешним импульсным помехам, а также снижения уровней внпшних импульсных помех, образуемых этими устройствами .

В диссертационной работе впервые осуществлено теоретическое обобщение и решение крупной научно-технической проблемы обеспечения ЭМС цифровых технических: средств, имеющей важное народнохозяйственное значение и существенно отличающейся от известной проблемы обеспечения ЭМС радиоэлектронных средств (РЭС) техническими требованиями (нор:,;шли) к изделиям, методами испытаний, необходимой аппаратурой для измерения и имитации помех и др. Отличия обусловлены тем, что б проблеме ЭМС РЭС рассматриваются главным образом периодические помехи синусоидальной формы в задэшом диапазоне частот. Между тем в проблеме ЭМС ЦТС в основном рассматриваются (нормируются, измеряются, имитируются) однократные или редко повторяющиеся импульсные помехи, такие, например, кек высоковольтные возмущения надргкения надо- и микросекундной длительности п сети питания,провалы напряжения, перенапряженгя, несанкционированные прерывания питания шшлнеекундной длительности в распределительных сетях переменного тока, разряды электростатических зарядов на корпус, наводки от внешних нмпульс1шх и/или магнитных нолей и др. Поэтому

большая часть результатов работы обладает новизной. В частности, разработали первые в стране специализированные измерители импульсных и длительных помех из сети питания и с их помощью впервые проведены исследовшшя импульсной электромагнитной обстановки на ряде объектов, в том числе на АЭС. Разработаны первые в стране имитаторы внешних импульсных и длительных помех из сети питания и с их помощью впервые проведены исследовшшя восприимчивости ряда вычислительных комплексов ц устройств к внешним помехам. Разработан первый в стране отраслевой комплекс научно обоснованных технических требований по обеспечению ЭМС ЦТС, рассчитанный на изделия народнохозяйственного назначения. Впервые стандартизованы термины и определения, относящиеся к проблеме ЭМС ЦТС.

Практическая ценность работы. Всс исследования выполнялись с учетом последующей практической реализации разработки. Результаты диссертационной работы позволяют научно обоснованно формулировать количественные значения технических требований (норм) по необходимой защите ЦТС народнохозяйственного назначения от внешних импульсных помех, а также формулировать колпчествешше требования к допустимым или необходимым значениям ряда ваинейших, влияющих на обеспечение ЭМС ЦТС параметров (паразитных индуктивностей и ем -костей аппаратуры, необходимого разноса источников и рецепторов, необходимого ослабления помех фильтрами и экранами и др.) в зависимости от заданных норм. ЭМС и свойств примененной элементной базы.

Все это является необходимыми условиями обеспечения высокой помехозащищенности, а следовательно, и работоспособности изделий цифровой техники в условиях эксплуата'щи.

Реализация результатов работы. Разработа1Ш, изготовлены и использованы для проведения экспериментальных исследований измерители и имитаторы внесших помех 19 наименований, в том числе комплекты измерителей и имитаторов помех типов КИМП (1974 г.), КИМП-Г (т980 г.) и КИШ-2 (1985 г.). .

С помощью разработанных измерителей проведена экспериментальные исследования электромагнитной обстановки на 15 разнотипных объектах эксплуатации ЦТС, в том числе на АЭС. С помон^ю-разработанных имитаторов проведены экспериментальные исследова-

шш восприимчивости к внешним помехам более 80 разнообразных центральных к периферийных устройств (в том числе и устанавливаемых на

АЭС), относящихся к семействам технических средств "РУТА", "Шнек",

АСВТ-М, СМ ЭШ. Полученные дшшые были использованы дая разработки

технических требований (норм) на допускаемую восприимчивость ЦТС

к внешним помехам и допускаемое помехообразование, а также для

разработки соответствующих методов испытаний.

Эти требования (нормы)по обеспечению ЭГ.1С ЦТС и методы испытаний впервые были изложены в разработанных отраслевом РТ1Л 25 93-72 "Рекомендации по защите средств цифровой вычислительной техники от помех из сети переменного тока" и в отраслевом стандарте ОСТ 25 1189-85 "Совместимость технических средств цифровой вычислительной техники электромагнитная. Технические требования и методы испытаний".

Исходя из результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследовэдий,были сформулированы рекомендации схемно-конструг.тнзного характера по обеспечению ЭМС при проектировании ЦТС и их частей, которда нашли отраташю в разработанных отраслевых руководящие технических материалах РТМ 25 93-72 и РТМ 25 203-85 "Обеспечение олектромагнитной совместимости в линиях связи и инталия технических средств цифровой вычислительной ТеХ-

ПИКИ" . ,

В ТЗ и ТУ на все изделия вычислительной техники, разрабатываемые организациями и изготавливаемые предприятиями 110 "Сигма", техничесшю требования по обеспечению ЭМС вносятся уже с 1973 г. Эти изделия (вычислительные комплексы М5000, М50Ю, М5100,СМ1600, СМ1700, дисковые накопители Р421, Р412, Р414, СМ5408, винчестерский накопитель СМ5014 и др.) проектировались с использованием рекомендаций, содержащихся в отчетах по выполненным НИР и в разработанных НТД, что реально обеспечило высокую помехозащищенность изделий ПО "Сигма" и наряду с другими потребительскими свойствами обусловило их приемку по выстой категории качества.

Отраслевые документи РТМ 25 93-72, РТМ 25 203-85 л ЮТ 25 1189-85 были передані і всем организациям и предприятиям, зходившим ранее в состав Минприбора, разрабатывавшим и изготавливавшим средства вычислительной техники. Кромо того, но золроспи эрганизалий и предприятий других отраслей было передало более 100 экз. упомянутых НТД.

Разработанный автором проект расширенного комплекса норм по >беснеченто ЭМС ЦТС в 1984 г. был передан для апробации соц. странам, участвующим в программах разработки и производства изделий ЇМ ЭШ. В 1988 г. этот материал, доработанный совместно с институтом МЕРА-ПИАЛ (Баршалза, ШІР), предъявлен в качестве проекта нор-гативного материала для стран СЭВ.

Разработанные и изготовленные' в БО "Сигма" комплекты КИШ, ШМП-І и ЮШП~2 биті передали для эксплуатации 24 организациям и іредприятпям Ылипркбора и других отраслей. В частности, комплекты юл учили и применяют в своей работе такие известные в стране организации, как Институт точной механики и вычислительной техники Ш СССР (г. Москва), Институт проблем управления АН СССР (г. Моста), Научиш! центр мнкроэлоктроникм (г. Зеленоград), Лешшградс-сое ГО "Электронмап", НПО "Импульс" (г. Северодонецк) и др. Один юмплект КШШ-2 передан на строящийся 5-й блок АЭС "Козлодуй"

[НРБ) для проведения пусдо-наладочных работ управляющей вычислительной системы. Комплект конструкторской документации на. уиомя-лутые приборы бил передзн еде 13 организациям к предприятиям, зходившш ранее в состав Шшрибора и других отраслей для воспро-ізводства, в частности,Киевскому ПО "Электрошлаш", Томскому ПО 'Контур", Лубенокому ПО "Счетмаш",Смоленскому НО "Техноприбор" і др. Экономический эСФект от внедрения, результатов диссертпцион-юй работы в народное хозяйство, в частности,от создания и внедрения стандартизованных норм по обеспечению ЗМС ЦТС, а также от тередачи образцов и документации комплектов измерителей и имита-горов помех организациям н продприятлям страны, составил более [ млн. рублей. Экономическая эффективность внедренных результатов эбусловлона главным образом повышением эксплуатационной надеянос-си цифровых технических средств вследствие снижения их восирним-гавости к опасным видам внешних помех.

Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтвер'здона результатами натурных экспериментов, а гакже результатами практического использования предложенных н гсследоваиных в диссертации моделей, принципов, методов и средств.

Автор защищает;

1. Постановку задачи обеспечения ЭМС ЦТС, предложенные пути и принципы се решения.

2. Предложенные критерии оценки эксплуатационной и экспериментальной восприимчивости ЦТС к внешним импульсным помехам.

3. Результаты аналитических исследований: механизмов воздействия на ЦТС внешних шпульсних помех; распределений амплитуд импульсных помех в сети питания; вопросов,связашшх с проектироза -нием измерителей и имитаторов внешних помех.

4. Полученные соотношения для расчета: значений норм ЭМС ЦТС; количественных требований к основным параметрам схемно-конструктивного исполнения изделий,от которых зависит обеспечение ЭМС ЦТС.

5. Результаты экспериментальных исследований ЭМС на объектах установки ЦТС и восприимчивости ЦТС к внешним помехам.

6. Предложенные комплексы технических требований (норм) ЭМС

ЦТС и соответствующие методы испытаний. ,

7. Разработанные технические средства для измерения и имитации внешних помех.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: шести НТК "Помехи в цифровой технике", Вгльнюс, 1969 г., 1971 г., 1974 г., 1978 г., 1982 г. (Паланга), 1986 г.; НТК "Проблемы упорядочения и стандартизации терминологии в области метрологии и измерительной техники, Москва, 1974 г.; научно-техническом семинаре "Аппаратура и методы измерений в области ЭМС РЭС, используемых в народном хозяйства", Москва, 1979 г.; двух семинарах научно-технической школы "Электромагнитная совместимость в современной радиоэлектронико", Москва, ВДНХ, 1981 г., 1983 г.; научно-техничеоком семинаре "Методы и средства обеспечения помехоустойчивости управляющих ЭВМ и полупроводниковых устройств релейной защити и автоматики на энергетических объектах", Минск, 1984 г.; Всесоюзном научно-техническом симпозиуме "Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств", Харьков, 1986 г.; НТК "Метода и срэдства измерений в области ЭМС", Винница, 1987 г.; двух«.аучно-технических семинарах "Проблемы электромагнитной совместимости микропроцессорных систем", Созопол (НРБ), 1988 г., 1989 г.; научной конференции Высшей школы, Цвиккау (ВД5), 1989 г.; • других научно-технических конференциях,

семинарах и совещаниях.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в первом [і] и втором переработанном и дополненном издании [2] монографии "Защита ЭЩ от внешних помех", а такие в 37 статьях [З-ЗЭ] , 2 государственных стандартах [40] , отраслевом стандарте

И, 2 отраслевых руководящих технически: материалах [42, 4зЗ, учебной программе душ БУЗов [44] , 4 авторских свидетельствах на изобретешь [45-48].

* Структура и объем работн. Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения, списка литературы и приложений.

Объем работы: 216 стр. осігобного текста; 30 стр. приложений; 14 таблиц; 33 рис.; список литературы, содержащий 163 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы. Сформулированы основная цель и частіше задачи, решаемые в работа. Охарактеризованы научная и практическая значимость диссертации и ее связь с планом основных ра.бот ПО "СИГМА". Перечислены основные защищаемые положения и результаты. Приведены сведения об апробации и реализации результатов.

В первой главе выполнен краткий обзор литературы по рассматриваемым вопросам, сформулированы определения основных понятий, относящихся к проблеме, перечислены и охарактеризованы опасные виды внешних помех. ■

Показано, что обеспечение электромагнитной совместимости ЦТС с внешней средой - это объективная необходимость, обусловленная большими значениями энергии и амплитудно-времошшх параметров нежелательных внешних импульсных электромагнитных воздействий но сравнению с энергией и амплитудно-временными параметра?,га полезных сигналов в аппаратуре ЦТС.

. Основные цели, которые преследуются при обеспечении Э'.’С ЛЮ-

бых вилов электронных и электротехнических средств, являются обеими : это-ограничение восприимчивости изделий к внешним помехам и ограничение помехообразовалия до значений, гарантирующих функционирование изделий с заданным качеством. Однако специфика принципов построения и действия ЦТС обуславливает определенное отличие методов и средств обеспечения ЗМС ЦТС от методов и средств обеспечения ЭИС других видов технических средств, например, радиоэлектронных. Отличия, в частности, состоят в том, что информационные сигналы в аппаратуре ЦТС представляют собой не радиосигналы, а уровни напряжения (или тока) и видеоимпульсы с длительностями от долей до сотен наносекунд и с амплитудами от долей до сотен милливольт; іфоме того, аппаратура ЦТС насыщена быстродействующими запоминающими релаксационными схемами, сбой в работе которых может последовать даже от одиночной кратковременной (5—10 не) помехи. Поэтому наиболее опасными для ЦТС обычного народнохозяйственного назначения являются внешние импульсные помехи,такие, как кратковременные I мке) и длительные ( > 10 мс) импульсные возмущения напряжения в сети питания переменного тока, емкостные и индуктивные наводки, разряда электростатических зарядов на корпус и др.

Во второй главе изложены результаты экспериментальных после -дований элекгромагнитной обстановки на объектах эксплуатации ЦТС различного назначения, в том числе на АЭС. Измерялись значения . параметров импульсных и длительных помех в сетях питания ЦГС на . объектах и наводок от электрических импульсных полей. Все объекты были условно подразделены на четыре группы: объекты типа вычислительного центра (Щ), типа лабораторного помещения конструкторе -кого бюро или института электронного профиля (КБ), типа цехового помещения приборостроительного или машиностроительного завода (ИЗ) и типа помещения дня управляющего комплекса на АХ (АЭС). Измерения велись в основном с помощью специально разработанных доя этих целей регистраторов импульсных и длительных помех. Некоторые количественные результаты: время наблюдения, число событий, средние частота или период следования, средние и экстре -мальные значения параметров приведены в табл. 1-3. В сетях пита-пня всех обследованных объектов имели место импульсные помэха, представлявшие собой потоки случаііних одиночных импульсов и пачек импульсов. Количество импульсов обеих полярностей примерно о,дина-ково. Потоки импульсных помех нестационарны в течение суток.

Результаты измерения значений параметров импульсных помех из сети питания на объектах эксплуатации ЦТС

Таблица I

Тип {Время на- Количество іСредняя объекта,* блюдения, і зафиксиро-і частота

• ТТ ‘ООШПТУ П Г\_ • Г» ТТЛ ТГҐ\ТУ

Амплитуда, В

ч.

{ванных со-;следова-ібнтий [ШІЯ, І/Ч.

і !

средняя *| максим і і

Длительность, мкс ;Максималъ-

-----------1-----------;ное коли -

средняя і максим, ічество ш-,пульсов в

і •ТТДТГОА

АЭС 772 155 0,05-0,7 12-45 50 — 25 7

ВЦ 232 170 0,04-1,2 16-23 120 I 40 20

КБ 122 2.056 - 10-25 ' 19-27 240 - 60 50

ИЗ 484 43.456 0,5-1000 15-54 300 0,1-33 80 50

Итого 1610 45837 0,04-1000 12-54 300 0,1-33 80 50

Таблица 2

Результата измерения значений параметров импульсных внешних наводок

Глп |Время на-:Количество:Средняя объекта}блюдения,і з афікспро-;частот а ■11 [ванных со-[слздова-

| битий |,нля, 1/ч.

И.

і і

Амплитуда, В

средняя

максим.

Дшітельность, ыкс

средняя

максим.

Макснмаль-ное колл -чество игл-пульсов в пачке

АЭС 6 19 І 3,2 0,4 1.2 0,3 2,9 3

ВЦ 353 20.041 0,3-120 0,5-5,7 57 0,27-16 80 125

113 125,5 3.851 ■ 30-45 I,6-3,1 20 до 20 40 25

Итого 484,5 23911 0,3-120 0,4-5,7 57 0,3-20 30 125

Таблица З

Результаты измерения значений параметров длительных помех из сети питания

Тип {Время і Количество за-

объек-;наб- {фиксированных:

та , ладе-і---------1-----1----

;ния, іпро-іпре-і сере

}ч. :ва- ірн— {нап-

; {лов ;ва- і ряже

і } {ННЙ {НИЦ

{Средний период і следования, ч.

' т

I "т 1 "■ ...........у ' ~ '■ т ..." " '■ 1 111

{Средняя{Средняя и {Длительность {Длительность

------------------- -провалов и {перенапретениА,

прерываний, {период период |... Г __________!________

{глубина. {максималь--{прова- і нал аншп-

» —-----------г

;про- {преры;пере-{лов, Ъ {туда пере; валов {ваніїй і напря { {напряжений

{ | |жений|

і і і і і

сред- ;макси-!средняя{маіссим. няя ;мальн.! {

!

АЭС 8С0 0 0 0 >800 >800 >800 - - - - - -

ВЦ 823 ЗІ 2 60 27 410 14 27-73 (І8-30)/45 1,57,5 7,5 ■ 1-4 50

КБ 524 84 55 0 6,2 9,5 > 500 76 - 1.5 . 2 - -

ІІЗ 2008 256 126 29 7,8 16 70 27-70 (І8-26)/32 4,5-7 624 І-ІІ 50

Итого 4164 371 183 89 6,2- 800 9- 800 8бо" 27-76 (18-30)/45 1,57,5 624 І-ІІ 50

-ІЗ -

Средние частоты следования помех на разных объектах отличались друг от друга до четырех порядков (от ОД до 1000 событий в час). Минимальные значеній били зафиксировали на объектах, где питание ПТО осуществлялось от мототьгенераторов или стабилизаторов и редко коммутировалось. Макснмапышв значения были зафиксированы на объектах, где происходили частыэ коммутации питания установленного оборудования. Максимальная амплитуда импульсных помех на объектах достигала значений, достаточных для нарушения работоспо -собпостн Ш'Я обычного (незащищенного) исполнения.

На всех обследованных объектах пмели место наводки от импульсных элсхстгмческих палей. Максимальная амплитуда импульсных наводок ка объектах достигала значений, достаточных для наруше -ния работоспособности ГГГЛ обычного (незащищенного) исполнения. Статистические свойства потока наводок оказались во многом схогл-ми со свойствами потоков импульсных помех в сети питания. Однако средние частоты следования наводок в основном были силе средних частот следования импульсных помех в сети. Это объясняется тем, что помимо коммутаций шітаїшя существуют и другие источники на -водок: разряды элеютростатпчесгах зарядов в машинном зале, воз -действие мощных РЭС и др.

На всех обследованных объектах (за исключением помещений АЭС) в сетях питания НТО наблюдались ддзтелышо помехи (провалы напряжения, прерывания питания и перенапряжения). Экстремальные значення параметров длительных помех достигали значений, доста-точзшх для нарушения работоспособности ПТС.

В алгоритм статистической обработки данных по импульсным помехам входил поиск аппроксимирующих функций, распределения амплитуд. В качестве гипотетических рассматривались функции: экс -поненциальная, Вейбулла, нормальная и логарифмически нормальная. Значения параметров распределений находились нз эксперименталь -них данных по методу моментов. Оцешса согласия экспериментальных данных с гипотетическими функциями производилась по критерию а€г Пирсона. При этом гипотеза об экспоненциальном распределении не противоречила результатам измерений примерно для половины обследованных объектов, еще для 20 % объектов приемлемой была гипотеза о логарифмически нормальном распределении. Для остальных объектов приемлемого распределения из числа рассмотренных не оказалось.

В этой связи, исходя из процессов образования и распространения импульсных напряжений в сети, т.в. в дамой линии при коммутации нагрузок,были отысканы физически обоснованные теоретические функ -дан распределения амплитуд для нескольких влдов распределения на -грузок к типов сетей.

Во всех случаях плотность распределения амплитуд Ь‘

где р(Х) - функция, зависящая от свойств коммутируемых нагрузок и

типа сети и действительная для значений аргумента 0*Х^{}

Х( = ^г- ) Хг — щ ; с<//СС> - коэАТлциенты;

$ - коэффициент, обеспечивающий тоздество Гр 1и)Ыи-1) и„ - порог чувствлтельности измерительного щ 9 прибора.

Для случая однородных нагрузок в сети переменного тока (без учета затухания)

р(х) =е(ж \If ~X* ) .

Для случая равномерно распределенных однородных нагрузок в сети постоянного тока (с учетом затухания).

р(х) = 1А8х ,

где 1. - длина сети, 8 - декремент затухания.

Для случая равномерно распределенных нагрузок в сети пере -мешгаго тока (с учетом затухания)

р(х) =2(т1дхУ{ (агссоэХ - агссоз хе13).

В третьей главе предложены принципы оценки и нормирования восприимчивости ЦТС к внешним нмцульсным помехам. '

Количественной характеристикой восприимчивости изделия к некоторому виду внешних импульсных пошх может служить отношение

В -£// , (о

где у - средняя частота следования импульсных помех,

J - средняя частота неисправностей (сбоев или отказов), возникших из-за воздействия помех.

Пусть интересующий нас взд помехи характеризуется параметрами Xf1 ... X;, . . . Хк , представляющими собой случайные величины. Тогда (I) можно представить в виде:

В =f..fp(X„...Ke) Рс Un-Хк) dXt ...dXK , (2)

О О '

где р (X/,... Хк) ~ плотность распределения параметров на объекте установки изделия; рс (X,,... Хк) ~ вероятность сбоя (или

отказа) изделия при поступлении помехи с задашпаш значениями параметров Xf, . . . Хц .В ряде случаев выражение (2) удается конкретизировать. Будем полагать параметры Xt взаимно независимыми и распределенными по экспоненциальному закону

р (%)**■ -L-e *i , (з)

_ ‘

где Х[ - математическое ожидание.

Указанные допущения приемлемы, например, при оценке восприимчивости изделий к импульсным помехам из сети питания, к паводкам от импульсных внешних полей и др.

рс1Хп. . . Хк) обычно представляет собой монотонно изменя-

ющуюся в диапазоне от 0 до I функцию. Направления координат ар -гументов Х[ всегда можно выбрать таким образом, чтобы функция

рс была возрастающей. Как правило, в области некоторых порого-

вых значений Х[ РОр функция рс возрастает с большой крутизной и ее можно аппроксимировать некоторой "охватывающей" ступенчатой функцией вида:

/и V i_ Г Р* (Х/< X/мр))/(Хд* Хднрр) V (Хх* Хкррр)

Рспора<>'"Х">-\ /, если(^Хтр)Л(К^Хгпор)Л (Х^Х,^) (Л)

Подставчв (3) и (4) в (2), получаем

в =Р +(/-?) Пе^ (5)

/--/

Выражения (2) и (5) содержат члены, характеризующие как электромагнитную обстановку на объекте эксплуатации изделия, так и свой-

ства самого изделия. Однако на этапе разработки и изготовления изделия необходимо иметь возможность оценивать восприимчивость к помехам независимо от электромагнитной обстановки на гипотетическом объекте эксплуатации. В этом случае целесообразно оценивать не эксплуатационную (реальную), а экспериментальную восприимчивость к преднамеренно создаваемым помехам с известными формой импульса и значениями параметров. Источниками таких помех могут служіть специальные геизратори-шитаторы помех, а в качестве количественных характеристик экспериментальной восприимчивости целесообразно принимать значения параметров р и пор • описывающих функ-

Рспор ■

Задача расчета норм заключается в формулировании таких коли-чествешшх ограничений на функции рс (шш репор ). которые заведомо обеспечат функционирование изделия с заданным/. значениями показателей бессбойности и безотказности в заданной электромагнитной обстановке.

Если на гипотетическом объекте эксплуатации ожидается воздействие на изделие £ видов импульсных помех и их совпадение во времени маловероятно, то естественно потребовать, чтобы общая сред -няя частота следования сбоев и отказов из-за помех не превышала среднюю частоту сбоев и отказов //% , заданную в ТО или ТУ ва

изделие. Воспользовавшись предложенным выше определением восприимчивости, данное условие можно записать следующим образом

. Д- Д- су «

^гЛу ~ ~ Рс СІХ^...йХ^ £

о о

^ К . т

где Те ~ допускаемая наработка на сбой и/или отказ;

£. - средняя частота следования помех у-го вида;

- параметры помех у-го вида;

РС(Х;,...ХМ) - вероятность сбоя от помех у-го вида; •

Р * ШІОГОМ9Рная плотность распределения • . . ;

^ * значений параметров помех у-го вида;

/>£ / - козффіщиент запаса.

Заменим в условиях (6) функцию р£- "охватывающей" пороговой функцией (4). Тогда задача расчета нора сводится к определению совокупности допускаемых экстремальных значений Х-; 0 , при

которых условие (6) заведомо выполняется.

Приняв некоторые упродавдие допущения, получим следующие искомые расчетные соотношения:

°9”Яу

р. выбирается из условия

7

а

Таким образом технические требования (норм) на допускаемую восприимчивость к импульсной внешней помехе у -го вида таковы: при подаче импульсных помех с нормированными значениями параметров Хц тр и частотой следовашш на испытуемое изделие от специального генератора экспериментальная частота сбоев Ч>* — -у- не долина превышать нормативного значенім (здесь N - количество поданных импульсов помех, а М - количество наступивших сбоев). Задача определения необходимого объема испытаний заключается в установлении такого значения /V , при котором р* будет определена с относительной погрешностью, не превышающей заданного значения 3 , с доверительной веро -

ятностью, не меньшей заданного значения у . При 8 ^ 0,4 и ^ 5: 0,8 необходимый объем составляет /У> Ю/р^ •

Полученные расчетные соотношения и результаты исследования электромагнитной обстановки на объектах эксплуатации ЦТС позволили разработать первый в стране комплекс норм, вошедший в от -раслевой РТМ 25 93-72 "Рекомендации по защите средств цифровой вычислительной техники от помех из сети питания переменного тока". Эти нормы прошли более чем 10-летнюю апробацию и затем, уточненные и дополненные,были преобразованы в отраслевой стандарт ОСТ 25 1189-85 "Совместимость технических средств цифро -

вой вычислительной техники электромагнитная. Технические требования и методы испытаний". ,

Процесс накопления новых фактических данных об ЭШ на объектах установки ЦТС и об эффективности норм по результатам эксплуатации изделий непрерывно продолжается. Поэтому время от времени существующие нормы должны пересматриваться, уточняться и совер -шенствоваться. Каждый новый шаг в этом направлении должен делаться с учетом необходимости обеспечения преемственности к уже существующим и положительно зарекомендовавшим себя нормативно-техни -ческим документам.

В этой связи выполнен аналитический обзор наиболее важных отечественных, зарубежных и международных НТД за 1967-88 годы, имеющих непосредственное или косвенное отношение к проблеме нормирования восприимчивости и помехообразовашш ЦТС.

Результаты обзора обобщены и использованы для разработки комплекса проектов норм, подлежащих дальнейшей стандартизации и рассчитанных на ЦТС общего и промышленного применения - таких, например, как универсальные, мини- и микроперсональные, управляющие ЭВМ Д ДР-

В четвертой главе изложены результаты исследования экспериментальной восприимчивости к внешний импульсным и длительным помехам различных видов. Всего было обследовано более 80 типов центральных и периферийных устройств, входивших в состав 15 вычислительных комплексов различного назначения. Результаты по некоторым изделиям сведены в таблиц:' 4. Диапазон значений амплитуд импульсных воздействий, при которых происходило нарушение работоспособности испытуемых изделий, оказался очень широким. По импульсным помехам из сети питания-от 40 В до 2,5 кВ, по разрядам электро -статических зарядов на корпус-от 200 В до 6 кВ, по наводкам от импульсных электричеоких полей-от 300 В до 6 кВ, по наводкам от импульсных магнитных полей-от 16 А до 120 А. Нижние пределы чаще относились к периферийным устройствам, содержавшим высокочувст -витальные усилители (накопителям на магнитных дисках и лентах, перфоленточным устройствам ввода к др.) и были недостаточны для обеспечения надежного функционирования изделий даже на объектах типа ВЦ.

Между тем изделия, проектирование которых заведомо велось с учетом необходимости обеспечения ЗМС, имели гораздо более приемлемые значения помехозащищенности: > ЮОО В - по импульсным помехам из сети питания; > 2,0 кБ - по разрядам электростатических зарядов на корпус; > 3,0 кВ - по наводкам от импульсных

электрических полей; > 45 А - по наводкам от импульсних маг -

нитных полой. И что ватло отметить, достижение таких значений им-

пульсной помехозащищенности етэ но связано с чрезмерным удорожа -1шем технических средств и ухудшением таких показателей, как вес, габариты и потребление энергии.

Исследование восприимчивости ЦТС третьего и четвертого поколений по отношению к длительным помехам из сети питания переменного тока показало, что большая часть обследованных изделий сох -раняла работоспособность при следующие значениях воздействий: при длительности прерываний питания - не менее 20 мс, глубине провалов нерех’ламентироБанной длительности - не менее 20 %% амплитуде перенапряжений - не менее 15 % от номинального напряжения в сети. Это соответствует требованиям ОСТ 25 1189-85 [41}.

Исследование показало также, чте экспериментальную восприимчивость изделий К импульсным П0М0ХЭ1Л из сети питания, импульсным наводкам и разрядам приемлемым образом можно характеризовать одним параметром воздействия - амплитудой, а к длительным помехам из сети питания (провала;,1 и перенапряжениям) двумя параметрами-амплитудой и длительностью. Зависимости вероятностей сбоя от значений параметров воздействий допустило аппроксимировать ступенчатыми функциями. Для разработки норм, методов испытаний и испытательной аппаратуры - это весьма ватаий-результат.

Пятая и шестая главы посвяцеш методам и средствам повышения помехозащищенности ЦТС. Цифровые устройства обработки, преобразования и хранепил данных представляет собой локально расположенное множество элементарных каналов передачи дискретной информации. Внешние помехи воздействуют одновременно на всё множество. В этих условиях такие известные информационные способы борьбы с помехами, как применение помехоустойчивых кодов, цифровой фильтрации, переспроса, мажорирования и др., весьма полезшо для систем передачи информации, в значительной мере утрачивают свою эффективность. Здесь более приемлемы традиционные схемно-техпи-

Таблица 4

Результаты измерений восприимчивости ЦТС по отношению к внешним импульсным помехам

ей 1 Имити- рующая аппа- ратура Тип обсле- ;Коди-{Минимальная и максимальная амплитуды импульсного испктатель-дованного ;чест-;ного сктнала имишруемой помехи, нарушавшего работоспособ -вычислитель;во {ность наиболее и наименее восприимчивого к помехе устройства ного комп- |типов;комплекса

лзкса ;У^- |Помехи из сети ;Разряды на кор-{Электрическое}Магнитное по-|сти •Ш1Тания. В !пус, кВ ;поле, ;ле, А

! .1 мин. ! макс. ! мин. ! макс.! мин. ! макс.! мин. !макс. 1 ! ? ^ 1 I 1 . * 1

1 2 3 ! 4 ! 5 ! 6 ! 7 ! 8 ! 9 ! 10 ! II ! 12

1969 Ш-І "РУТА-ИО" "РУТА-701

1974 ИШ М5010 10

1977 КИШ-1 М5І00 II

40(1400)

Читающее

устрой-

ство

300 (1500) Карточный вывод Р60І

0,2 3,8

Ленточ- АЩІУ-пый -128

ввод Е5-І50І

0,3 6,6

Лен- Картоточный чнніі вывод ввод ШИ 50 Р640

0,5 >6,0 2,8 >6,0 30 120

Ленточ- Кар- Про- Карто- Ленто- Диско-

ный на- точный цессор чный чшй вый

копи- ввод РІ22 ввод и вывод нако-

тель и вы- вывод ПЛІ50 питель

ЕС50І2- вод Р6І0, Р42І

-01 Р6І0, Р630

Р630

I ? 2 !

! 4 !

! 8 !

! 10 ! II ! 12

1977 КИШ-1 БС 1033

1980 каШ-І СМ4

10

1985 КИШ-2 СЛЄОО

1985 КШП-2 ЕСІ035

ІС36 К1Ш-2 УВС

"Гиїан-.с"

25

0,6

Процес-

сор

ЕС 2433

900 2500 2,0

Дисплей Процессор Ленточн. ВГА2000- СЫ2104, накопи-

-2.АЦПУ Кассетн. тель

СМ63І5 накопи-

тель СМ5402

300(800) 2200 ленточн. Контрол-накогої- лер тель СМ5ІІ2 СМ5200.

01

СМ5003,

/ЦПУ

С.М63І5

2.1

Айпу

6315

0,5

Ленточн. накопитель ЕС 5012-01

6,0 1,1 3,0

ОЗУ ЕС Диско- Ленточ-3208 вый на- ный вы-копи- вод ЕС тель 7022 ЕС506І

^4,5 2,3 >6,0

Кассет. Дисплей Процес-накопл- КГА сор тель 2000-2 СГЛ2І04 СІЛ5402

>6,0 2,6 >6,0 Колтрол Дисплей Конт-лер БТА роллер СЫ5Н2 2000-15 Ш5ІІ2

1,2 0,75 1,9

Контрол-Ленточн.Дисплей леи накопи- ЕС7066 ЕС7906 тель ЕС 5012-01

18 ■ НО

Диско- Каоточ-вый на- ный копи- ввод тель ЕС60І2

ЕС506І

19 >120

Дисплей Процессор ЗГА СМ2І04

2000-2

140 630

Процес- Стойки сор ССО

АІЗІ-І5 (КСО (СЫ-2М) 1.1-64)

0,35 2,0

Дисплей Стойки ВТА псо

2000-31 (КСО Ц-64)

ческие способы,такие, как фильтрация питающих и информационных проводов, гальваническая развязка внешних информационных лилий связи,

экранирование изделия и его частей, корректное выполнение внутренних и внешшпс линий связи, питания и заземления и др. Необходимо, однако,отметить, что из-за отсутствия обязательных к исполнению требований по ЭМС упомянутые моры применялись в недостаточной степени в цифровой технике вообще и в изделиях СМ ЭВМ в частности. С появлением технических требований положение стало меняться и появилась потребность не только в качественных, но и в количественных рекоменадциях, применение которых помогало бы конструктору обеспечить соответствие проектируемого изделия действующим нормам ЭМС.

В этой связи предложены и исследованы методами теории электрических цепей модели, описывающие механизмы воздействия на изделия следующих видов внешних помех: импульсных напряжений из сети питания при их несимметричной подаче на вводы; разрядов электростатических зарядов на корпус; емкостных и индуктивных импульсных наводок; длительных возмущений напряжения в сети питания. При этом получены расчетные соотношения дай оценки значений амплитуды, длительности, вольтсекундной площади, длительности фронта импульсов напрыения помехи, возникающих на входах рецепторов в аппаратуре ЦТС от скачков напряжения на источнике воздействия. Получены также расчетные соотношения, позволяющие конструктору сформулировать количественные требования к допустимым или необходимым зна -чениям ряда важнейших, влияющих на обеспечение ЗМС ЦТС конструктивных параметров изделия в зависимости от заданных норм Ж и свойств примененной элементной базы. К таким параметрам относятся: паразитные индуктивности системы обратных проводов связи и питания, а такке проводящих корпусов изделий; паразитная емкость между аппаратурой изделий и сетью первичного питания; ивдуктив -ности внутренних и внешних цепей заземления; необходимый разнос между источниками внешних наводок и рецепторами; необходимые значения коэффициентов ослабления собственных и внешних импульсных и периодических помех сетевши фильтрами и экранирующими корпусами изделий; необходимая емкость входных фильтров вторичных ис -точнпков питания, обеспечивающая работоспособность изделия при прерываниях первичного питания заданной длительности; ыаксималь-

но допустимая глубина провала неограниченной длительности и др. Некоторые из полученных соотношений приведены для иллюстрации в табл. 5. Ряд рекомендаций и требований к схемно-конструктивному исполнению ЦТС, вытекающих из результатов анализа, изложен в разработанном отраслевом РТМ 25 203-85 "Обеспечение ЭМС в линиях связи и питания технических средств цифровой вычислительной техники" [43].

В седьмой главе изложены принципы построения технических средств измерения импульсных внешних помех, требующихся для исследований ЭШ на объектах и помехообразования ЦТС. Сформулированы общие требования к измерителям. Исследованы особенности измерения импульсных и длительных помех б сетях питания переменного тока и импульсных наводок. В частности, найдена зависимость необходимого количества интервалов разбиения динамического диапазона изменений параметра при измерении методом многоуровневой селекции от заданных значений относительных погрешностей в начале и в конце диапазона. Выполнен анализ амплитудных и временных погрешностей при измерении наводок от импульсных электрических полей. Полученные результаты бшш использованы при разработке ряда измерителей импульсных и длительных внешних помех. Необходимость в разработке была обусловлена тем, что отечественная промышленность такие приборы серийно не изготавливает. Некоторые технические характеристики разработанных измерителей импульсных помех приведены в табл. 6, а длительных помех - в табл. 7.

В восьмой и девятой главах изложены принципы построения технических средств имитации внешних импульсных помех. Сформулированы общие требования к имитаторам и переходным устройствам, требующимся для испытаний ДТС на восприимчивость к импульсным помехам из сети питания. Предложены соотношения для расчета наиболее важных узлов упомянутых технических средств: формирующих каскадов и делителей-согласователей импульсных имитаторов; резисторных блоков коммутации имитаторов длительных помех; всех элементов переходных устройств с емкостной и индуктивной передачей испытательного сигнала. Полученные результаты бшш использованы при разработке ряда имитаторов импульсных и длительных внешних помех. Необходимость в разработке диктовалась отсутствием серийно изготовляемых отечественной промышленностью приборов такого рода.

Таблица 5

Требования к конструктивным параметрам аппаратуры ЦТС

ХЛ \В'ЛД возцейст-пп |е;;я ! !. (расчетное сооткопіешіе І ! ! ■Г,.'"- т (Условия, для ; {которых соотно-; ;шейке действл- ; {тельно , Обозначения

0 ! I і 2 ! 3 ! 4

I. Несимметричная импульсная помеха иг сети питания или линял связи [идц+т\}[рс) 1-3 > ^ 10 - индуктивность система обратных проводов линяй связи и вторичного питания. Дз - индуктивность цепей заземления.

I.= + /-з.

/? -

сопротивление контура протекания тока помехи

С -

емкость между источником помехи и системой обратных проводов линий связи п вторичного питания.

Цц~ нормативное допускаемое значение амплитуды помех на источнике.

Цл.Ма - параметры динамичес -кои помехоустойчивости элементов-рецепторов.

Разряд электро- . ^ статического ^Вз 'Щ\^И~Т'3—•шш соединена

Аппаратура изде- к,- индуктивность соедине-.ттттрг опрттинйня и° ния аппаратуры изделия

0 ! I ! 2 Ї 3 ! 4 ■

заряда на корпус с корпусом в одной точке; 2\[По — Я', І-3 1~к}. с корпусом. 1к~ индуктивность корпуса. / - . (^2-+ . ^Ц,^,ии>ид^а- как в строке I

3.

Импульсная

емкостная

наводка

№

и^С +]/д/Я

Изделия расположены у физической земли и удалены друг от друга:

Л/ ^0,5^) і £>

Входная емкость рецептора велика

С^Мг

I - расстояние мезду центрами источника и приемника наводки.

высота центра над землей и условный диаметр "антенны" изделия-источника наводки..

Н^СІц- то же для изделия-приемника помех.

К, С - входнш сопротивлешїе и емкость рецептора помех.

Р=лтгй - /// пф/м.

1>дУд - как в строке I.

ц*

ТрГЩрЯ

Изделия удалены от физической ЗЄІІЛИ и друг от друга Ь,&Ь2 Щ51-,

1>Ып сЬ}.

Входная емкость вецаптора: мала;:

С<$£СІ2

О !

4.

Импульсная

индуктивная

наводка

Источник наводки - двухпроводная линия. Приемник - удаленный контур, лежащий в плоскости контура источника: А$г/рг <£ /. Постоянная времени контура приемника мала:

источник - одп « //, нопроводная

/> Ю. _________ъгиц_________ линия. Прием -

# идрг1п(2йг/рМ*ЦМаШш'*- ~ Удаленный ~ контур, лежащий

в плоскости линии:

, <$ I

Постоянная времени контура . приемника велика: 4/%

/ - кратчайшее расстояние ма'эду линией-источником и центром конту -ра-приемника наводки.,

//,/?/- индуктивность и соп -ротивление контура-источника.

и.Йр- то же дая коктура-при-

1 с емника.

1,.П,£ч - длина, радиус провода и расстояние шзду осями проводов линии-источника.

Sp.Pi.ro- площадь, периметр и радиус провода контура-приемника.

л=Ро/ЛП*Ю~71н/м.

- как в строке I.

О ! 5.

Прерывание пнтанпя в сети порайонного тока

. з________

При вторичном источнике питания непрерывного действия

При вторичном источнике питания импульсного действия "бес-трансформаторного" типа

С - емкость входного сглаживающего фильтра вторичного источника питания (ВЯ1І).

Цт»&/ом - номинальные выходное напряжение и сопротивление нагрузки

Е/ът - минимальное рабочее амплитудное значение переменного напряжения на входе первичного выпрямителя ЕШ.

Пн - нормативное значение допускаемого числа периодов прерывания переменного напряжения в сети.

Г - период промышленной частоты в сети.

К - отношение числа витков первичной и вторичной обмоток трансформатора импульсного преобразователя ВНП.

Таблица 6

Технические характеристики измерителей импульсных помех

Гол ІОбо— і Динамические диапазоны |вхои-оаз-ізна- і измерения |кшд

_!Ч0НЛ0!^:

і |

Коли- ІИнтернЕмко-

бот-! ки ! !

т

цели-

теля)

длитель-

ности

импуль-

сов,

МКС

купель-

ности па-!ниє и

ТТОТЛ тгч ЇЄМКО—

їсть, пульсов, !кОм/п$

мкс ;

і

чество!вал уров-!кзая-неи !това-селек-Іния ции !дли-амшш-!тель-туд !нос-!тей, !нс і

сть счетчика го.шу-льсов

Допу-!Вывод

!ипФ°рта-

заг- !ции рузка>

МГц ]

;

і

і

і

Ско-

рость

выво-

да,

ст-

рок/с

"Мер

тв-

ое"

вре-

мя,

МС ■

1 І і 2 3 4 5 н 1 6 і 7 8 І 9 І 10 ч і II І' І2 і ІЗ

1968 РИП-І 1+1000 0,2+5 - 500 - - - - ЦНМ-І 2 20

1973 АЛП-2 0,2+200 >0,012 - 3 10 - 2ю зо Табло - -

1976 АДО-3 0,4*2,2 0,033+30 0,033+1О5 2 10 33 ІО6 зо ПЛ,табло 150 300

1980 Р-І 0,4+4,0 0,04+40 0,04+40 І04/І5 10 40 ІО2 25 ЕІ,табло 150 300

1985 Р-3 0,1+2,4 0,04+80 0,04+80 Ю4/і2 24 40 ІО3 25 ПЛ,табло 150 300

Таблица 7

Технические характеристики измерителей дательных помех

Год {Обоз- (Динамические диапазоны (Количество уров- {Количв- {Вывод инфориа-}Время раз- ;начв- {измерения {ней селекции {ство {хране:

р3.бОТ«НИв * — — ---------» — — . цдл пттггЛпп»

ки ;глубин

глубин провалов

ІЗМПЛИ™ їдаитель+глубкн {туд пе-,носгей {провалов;перена- ;к іренап- {процес-; {пряжений}О

;ряжений;сов, , ; :б

• ТТОПттл-т* * •

I /»

{период

т----------{рагист- ,

; амплитуд-, рируе- ; •т,лг^”'’- ‘ШХ в | ОЗУ со- { бытий і

{хранения {иііформа-;щш без {первзчно-;го питанная, ч > і

1968 РНС-І 15+45,100 10+20 І+І05

1980 Р-4 18+85,100 10+35 1+100

10

1985 Р-5

18+90,100 10+50 0,5+50

16

табло

табло

табло

0,5

0,5

- зо -

Некоторые технические характеристики разработанных имитаторов импульсных помех приведены в табл. 8, а длительных - в табл. 9.

Таблица 8

Технические характеристики имитаторов импульсных помех

Год ;Обоз-раз-,наче-ра- |ние бот-і ки ; і {форма им-|Макси-1 пульса (Маль-5 } нал 1 £ шили- | 15Г і —" ■ ■ і Длительности іфронта и |импульса, не ' ! і і іЧастота і следова-{Ния, Гц і І і {Внутреннее •сопротивление, 0м і 1

1968 ШІ-І _л_ І 100/500 100/1000 50 50

1973 ИП-2 А. 1,5 30/250 ЗС/500 1*500 20

1974 ИИП Ж 1.5 30/250 50; 500 50

1976 ИШ-І А 3,0 40/550 50; 500 50

1980 И-І 5,0 25/250 50 50

1985 И-3 _К 2,5 5.0 6.0 25/250 25/500 5/30 50 50 25 50 150

Таблица 9

Технические характеристики имитаторов длительных

помех

Год IОбоз-раз- наче-ра- ІНИ9 ООТ-, КИ | ! » {Динамический диапазон {Частота ;глубин {аьшли- даитель,шя, Гц ;прова- |туд пе- ностей , лов, % іренапряіпроцес-, 1 ;жегшй,%|Сов, , і { {период і 1 О Р И о1< Коммутируемый ток фазы, А

1968 ИНС-І 15+70, 100 . - 0,5*20 0,5 3 5

1974 ИДО 0*70 - 0,5*20. 0,5; 5 І 5

1989 И--4 0*100 0*15 0,5*117 0,2 3 9

1985 И-5 0*100 0*20 0,5*100 ОД 3 10

В заключении сформулировали основные результаты работы.

В приложениях 1-4 изложены предложенный расширенный комплекс количественных значеплй технических требований (норм) по обеспе -четго ЭМС ЦТС и соответствующие методы испытаний. Сформулированы количественные требования к необходимой для испытаний ш.штирув -щей, измерительной и вспомогательной аппаратуре. Описаны регистраторы и имитаторы импульсных и длительных помех, разработанные для проведения экспериментальных исследований электромагнитной обстановки (ЭМО) и восприимчивости ЦТС. Содержатся документы о внедрении результатов диссертационной работы в народное хозяйство.

ВЫВОДЫ, ТВОРИШЕСЗШ Л ПРАКТИЧЕСК.1Е РЕЗУЛЬТАТЫ

В диссертации осуществлено теоретическое обобщение и решение крупной научно-технической проблемы разработки, обоснования, аналитического и экспериментального исследований комплекса новых принципов, технических требований, методов и средств снижения восприимчивости устройств цифровой вычислительной техники народнохозяйственного назначения к внешним импульсным помехам, а также снижения уровней внешних импульсных помех, образуемых этими устройствами, т.е. проблемы обеснечения электромагнитной совмести -мости цифровых технических средств. Основные конкретные результаты, представляемые к защите, перечислены ниже.

I. Теоретические результаты

1. Предложены критерии оценки эксплуатационной и экспериментальной восприимчивости ЦТС к внешним импульсным помехам.

2. Получены соотношения для расчета необходимых значений технических требований (норм) на допускаемую .восприимчивость ЦТС й внешним импульсным помехам и для оценки требующегося объема испытаний.

3. Выполнено аналитическое исследование механизмов' воздействия на ЦТС таких опасных видов внешних воздействий, как несимметричные шпульоные помехи из сети питания, длительные помехи (провалы, прерывания питания, перенапряжения) из сети питания, разряды электростатических зарядов на корпус, наводки от импульсных электрических и магнитных полей. При этом подучены расчетные соотношения для оценки значений таких параметров импульсных г.омех на входах рецепторов, как амплитуда, длительность, вольтсокунд -

нал площадь, частота заполнения. Получены также расчетные соотношения, позволяющие конструктору сформулировать количественные ' требования к допустимым или необходимым значениям ряда важнейших, влияющих на обеспечение ВМС ЦТС параметров (паразитных индуктивностей и емкостей аппаратуры, необходимого разноса источников и рецепторов, необходимого ослабления помех фильтрами и экранами и др.) в зависимости от заданных норм ЭМС и свойств примененной элементной базы.

4. Найдены физически обоснованные теоретические функции распределения амплитуд импульсных помех в сети питания переменного

и постоянного тока для совокупности равномерно распределенных в сети однородных нагрузок с учетом затухания.

5. Исследованы особенности измерения стохастических высоковольтных импульсных помех в сети питашя и наводок от импульсных электрических полей. В частности, произведен анализ амплитудных

и времешшх погрешностей при измерении наводск для нескольких вариантов построения входных цепей измерителя.

6. Лсследованы вопроси имитации внешних импульсных помех.

При этом получены соотношения для расчета формирующих каскадов и делителей-согласоватэлей имитаторов импульсных помех, блоков коммутации имитаторов длительных помех, элементов переходных уст -ройств.

7. Стандартизованы наиболее ватте термины и определения в области Ж ЦТС.

П. Экспериментальные результаты

1. Исследована электромагнитная обстановка на 15 объектах различного назначения, где установлены,или предполагается уста -новка цифровых технических средств, в том числе на АХ. Полученные данные обработаны и использованы для разработки технических требований (норм) ЭМС ЦТС.

2. Исследована восприимчивость к внешним помехам более чем 80 типов различных ЦТС, в том числе и устанавливаемых на АЭС. Полученные данные позволили оценить соответствие ЦТС разработанным требованиям ЭМС ЦТС, отработать методы испытаний на соответ -стпио нормам, выработать рекомендации но повышенно помехозащищенности отдельных ЦТС и комплексов ЦТС.

3. Для проведения экспериментальных исследований и обеспече-тг.:.; влодрвшш з инженерную практику разработанных нормативно-тех-

нических документов были спроектированы, изготовлены И Ир:И.:0!Ю1Ш измерители и имитаторы помех девятнадцати наименований, в том число три поколения комплектов измерителей и имитаторов импульс -них и длительных помех типов ШЛИ, КШП-1 и ЙШ-2. Схемные решения ряда приборов защищены авторскими свидетельствами на изобре -тения.

Ш. Нормативно-технические. учебно-методические и паучно-пиформаяионние результаты

1. Впервые разработаны терминологические ГОСТи 19542-74 и 19542-83 [40], отраслевой стандарт ОСТ 25 1189-85 [41], регламентирующий технические требования ЭМС ЦТС и методы испытаний, отраслевые РТМ 25 93-72 и 25 203-85, содержащие рекомендации по обеспечению ЭМС ЦТС [42 , 43] , базирующиеся на упомянутых выше результатах теоретических и экспериментальных исследований.

2. По инициатива автора и при его участии в 1984 г. впервые была разработана и утверждена в МВ и ССО СССР программа обучения по дисциплине "ЭМС в конструкциях ЭВА" [44] для ВУЗов по споци -алыюсти 0548 - Конструированию и производство электронно-вычислительной аппаратуры.

3. По инициативе автора было проведено шесть научно-технл -чес1ШХ конференций по тематике обеспечения ЭМС ЦТС (в 1969,

1972, 1974, 1978, 1982 и 1986 гг.) и изданы сборника материалов "Помехи в цифровой техшис0-69" (-72’,' -74',' -78-82” -86^.

Диссертационная работа связана с выполнением в 110 "Сигма" под руководством и при личном участии автора плановых НИР И 1Э.800.231 (1969 г.), № 1000 (1971 г.), № 0187.558680 (1976 г.), № 2477.820020 (1980 г.), й 0127.235590 (1982-1985гг) и плановых ОКР по разработке комплектов приборов КШП, КИ'Л1-1 и И1МП-2. Последние две НИР и две ОКР выполнялись по целевым программам Минприбора "Разработка методов расчета и повышения надежности технических средств систем управления технологическими процессами и производством, 1976-80 гг." и "Повышенно падсгдос-?и изделий приборостроения и АСУТП, 1981-85 гг".

. Основные результаты диссертации отражены в работах:

1. Гурвич И.С. Защита ЭВМ от внешних помех. - М.: Энергия,

1975. - 180 с. '

2. Гурвлч И.О. Занята ЭШ от внешних помех. - 2-е изд., пе-рараб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 224 с.

3. Гурвич И.О. Некоторые проблемы борьбы с помехами в цифровой технике .-В сб.: "Помехи в цифровой технике-69". Вильнюс: РИКШИ, 1969, с. 5-8.

4. Гурвич И.О. Параметрическая паразитная связь. - В сб.: "Помехи в цифровой гехнике-69". - Вильнюс: РИНТИП, 1969, с.5-8.

5. Гурвич И.О. Оценка целесообразности введения системы свертывания информации в ЭВМ при опасных возмущениях напряжения в сети питания. - В сб.: Вычислительная техника. - Каунас: КИИ, 1971, с. 608—611.

6. Гурвич И.О. Условия формирования сигнала прерывания в ЭШ для свертывания информации при опасных возмущениях напряжения в сети питания. - В сб.: Вычислительная техника. - Каунас: КПИ,

1971, с. 604-607.

7. Гурвич И.С. Проектирование Я-С фильтра высокой частоты для измерений импульсных возмущений в сети питания переменного тока. - В сб.: Помехи в цифровой технике-71. - Вильнюс: ЛИНШТЭИ, 1971, с. 246-251.

8. Гурвич Я.С. Стандартизация терминологии в области защиты электронно-цифровых вычислительных мапшн от помех. - В сб.: Научно-техническая терминология. - М.: ВШККИ, 1975/№ 6, с. 31-34.

9. Гурвич И.О. Об электромагнитной совместимости средств вычислительной техники-и внешней среды. - В сб.: Качество и надежность. -М.: ЩШТЭИирибсростроения, 1978, вып. II, с. 47-50.

10. Гурвич И.С. Оценка необходимой эффективности экранирования электрического шля конструкциями средств вычислительной техники. - В сб.: Качество и надежность. - М.: ЦНИИГЭИприборострое -пия, 1978, вып. II, с. 63-66.

11. Гурвич й.С. Комплекс технических требований по обеспечению зацпты цифровых технических средств от внешних помех. - В сб.: 1.о::ехл в цифровой техшгке-78. - Вильнюс: РДГ, 1978, с. 4-9.

12. Гурвич 11.С. Теоретические основы защиты цифровых техни -

ческих средств от импульсных электрических полей. - В ей.: Помехи в цифровой технике-78. - Вильнюс: РДГ, 1978, с. 12-19.

13. Гурвич И.С. Некоторые вопроси проектирования имитаторов и измерителей имиульспих электрических полей. - В сб.: Помехи в цифровой -технике-78. - Вильнюс: РДГ, 1978, с. 24-28.

14. Гурзич И.О. Некоторые вопросы защиты цифровых технических средств от импульсных электрических полей. - Автоматика и телемеханика, 1980, К 2, с. 182-189.

15. Гурвич И.О. Некоторые проблемы обеспечения электромагнитной совместимости цифровых технических средств. - В сб.: Помехи в цифровой технике-62. - Паланга: РДГ, 1582, с. 3-9.

16. Гурвич И.О. О нормах на допускаемую восприимчивость цифровых технических средств к внешним помехам. - В сб.: Помехи в цифровой технике-86. - Вильнюс: РДГ, 1986, о. 3-8-.

17. Гурвич.И.О. Технические требования по обеспечению электромагнитной совместимости цифровой вычислительной техники. - Приборы и системы управления, 1987, & 10, с. 16-17.

18. Гурвич И.О., Корнеев Б.А. Имитаторы нестационарных про -цосеов в сети питания. - В сб.: Автоматизация ввода письменных знаков в ЭВМ. - Вильнюс: РИНТИП, 1969, т. 2, с. 176-184.

19. Гурвич И.О., Корнеев Б.А., Варякоис А.К. Исследование помехозащищенности читающего устройства по сети питания. - В сб.: Автоматизация ввода письменных знаков в ЭНЛ. - Вильнюс: РИНТИП, 1969, т.2, с. 184-190.

20. Гурвич И.О., Венцюс К.В., Кибарский Е.Ш. Способ коммутации индуктивных нагрузок в сети питания переменного тока. - В сб.: Помехи в цифровой твхншсе-71. - Вильнюс: ЛИНТИТЭИ, 1971,

с. 229-232.

21. Венцюс К.В., Гурвич И.О. О корректном подключении измо -рптелыюго прибора к сети питания и цепям вычислительной машины.

- В сб.: Бичислителькоя техника. - Каунас: КИИ, 1971, с. 618-622.

22. Гурвич И.О., Корпаов Б.А., Венцюс К.В. Внешние соединения в технических средствах электронной цифровой техники. - В сб.: Помехи в цифровой техннке-71. - Вильнюс: ЛШГГИТЭЙ, 1971,

с. 195-202.

23. Гурвич И.О., Немойкшис А. 1.1. О помехозащищенности вычислительных устройств. - В сб.: Помехи в цифровой технике-71. - Вильнюс: ЛИНТИТЭИ, 1971, с. 189-195.

24. Корнеов Б.А., Гурвлч И.С. Параметры импульсных возмущений напряжения в сети питания церемонного тока 380/220 В. - В сб.: Помехи в цифровой твхшшв-71. - Вильнюс: ЛИНТИТЭИ, 1971,

с. 208-213.

25. Корнеев Б.А., Гурвнч И.С. Параметры длительных возмущений в сети питания переменного тока 380/220 В. - В сб.: Помехи в цифровой технике-71. - Вильнюс: ЛИНТИТЭИ, 1971, с. 213-219.

26. Самуйтис В.П., Корнеев Б.А., Гурвлч И.О. Устройство для индикации сбоев при измерениях импульсной помехозащищенности вычислительных устройств по сети первичного питания. - В сб.: Помехи в цифровой техшке-71. - Вильнюс: ЛИНТИТЭИ, 1971, с. 235-237.

27. Гурвлч И.О., Немейшие А.М., Корнеев Б.А., Венцюс К.В. Опыт проектирования помехозащищенности вычислительного комплекса.

- В сб.: Помехи в цифровой технике-74. - Вильнюс: ЛИНТИТЭН, 1974, с. 5-10.

28. Венцюс К.В.Корнеев Б.А., Гурвич И.О. Оценка степени

помехозащищенности ЭВМ по отношению к разрядам электростатических зарядов. - В сб.: Помехи в цифровой технике-74. - Вильнюс: ЛИНТИТЭИ, 1974, с. 23-25. .

29. Гурвич И.С., Венцюс К.В., Аданский II.Л. Анализатор импульсных помех в информационных линиях связи ЭВМ.* - В сб.: Теория и практика надежности вычислительных и радиотехнических устройств.

- Вильнюс: Мокслас, 1975, с. 102-106.

30. Гурвич И.О., Корнеев Б.А., Самуйтис В.П. Комплект аппаратуры для измерения помехозащищенности цифровых устройств. Приборы и системы управления, 1977, № I, с. 25-28.

31. Гурвич И.С., Корнеев Б.А., Венцюс К.В. Технические требования к необходимой степени защиты средств вычислительной техники от импульсных электрических полей. - В сб.: Качество «надежность. - М.: ЩШИТЭЛпр’лборостроения, 1978, вып. II, с. 61-63.

32. Гурвич И.О., Венцюс К.В., Корноов Б.А., Самуйтис В.П., !!1лойко В.И. Защита средств вычислительной техники от импульсных .хвдктрлчоекпх полей. - В сб.: Качество и надежность. - М.: ЩШЛтапр-лборостроэш'я, 1978, выи. II, с. 51-53.

33. Гурвич И.С., Корнеев Б.А., Самуйтис В.П., Шлейко В.И., Танкевич А.И. Комплект аппаратуры второго поколения для измерения Ене'мних помех и помехозащищенности ЦГС. - В сб.: Помехи в цифро -вой технико-78. - Вильнюс: РДГ, 1978, с. 28-32.

34^ Вонцюс К.В., Гурпич II.С. Обеспечение совместимости в информационных магистралях ЦТС. - В сб.: Помехи в цифровой техш -ке-78. - Вильнюс: РДГ, 1978, с. 77-91.

35. Самуйтис В.П., Корнеев Б.А., Гурвич И.С. Анализатор нестационарных импульсных сигналов. - В сб.: Качество и надежность.

- М: ЩШИТЭИириборостроения, 1978, вып. II, с. 53-55.

36. Шлойко В.И., Корнеев Б.А., Гурвич И.О. Имитаторы импульсных электрических нолей. - М.: ЦШИТ^Иприборостроешш, 1978, вып. II, с. 58-59.

37. Гурвич И.О., Санько Л.11. О приближенном'расчете собст -венного потенциального коэффициента. -Веб.: Развитие малых ЭВМ для учетно-статистических и экономических задач. - Вильнюс: ЛНИПНта, 1979, т. 2, с. 50-53.

38. Гурвич 11.С., Ванцюс К.В. Экспериментальная оценка качества магистральных каналов связи ЭН.1. - В об.: Помехи в цифровой технике-86. - Вильнюс: РДГ, 1986, с. 85-88.

39. Гурвич И.С., Корнеев Б.А.. Самуйтис В.П., Боркумас М.З. Комплект измеритолей и имитаторов помех КИШ-2. - Приборы и системы управления, 1987, № 10, с. 22-26.

40. ГОСТ 19542-74. Машины вычислительные. Помехи. Термины и определения,

ГОСТ 19542-83. Совместимость вычислительных машин электромагнитная. Термины и определения.

Руководитель разработок и исполнитель Гурвич И.С.

41. ОСТ 25 1189-85. Совместимость технических средств циф -ровой вычислительной техники электромагнитная. Технические тро -бовалия и методы испытаний. - Мшшрибор, 1985, с. 23.

Руководитель разработки и исполнитель Гурвич Л.С.

42. РТМ 25 93-72. Рокомечдпции по защите средств цифровой вычислительной тпхники от помех из сети гытанкл перомоиюго тока. - Мшшрибор, 1972, о, 39.

Руководитель разработки Гурвич И.О., пснолинтел” Корнеев Б.А., Самуйтис В,II.

43. РТМ 25 203-85. Обеспечение электромагнитной совместимости в ЛИЮ1ЯХ связи и питания технических средств цифровой вычислительной техники. - Минприбор, 1985, - 58 с.

Руководитель разработки Гурвич И.О., исполнитель Венцюс К.В.

44. Электромагнитная совместимость в конструкциях ЭВА. Учебная программа дисциплины для ВУЗов по специальности 0648/В.А. Фролов,О.Ш. Даутов, Б.Н. Файзулаев, И.О. Гурвич и др. - М.: МВ ССО СССР, 1984, 6 с.

45. А.с. 268493 (СССР). Имитатор провалов напряжений сети/ И.О. Гурвич, Б.А. Корнеев. Опубл. в-Б.И. 1969, № 14.

46. А.с. 291259 (СССР). Переключатель для коммутации пере -менпого напряжения/ И.О. Гурвич. Опубл. в Б.И. 1971, 1 3.

47. А.с. 423147 (СССР). Устройство для регистрации отклонений напряжения переменного тока/ И.С. Гурвич, Б.А. Корнеев.

Опубл. в Б.И. 1974, № 13.

48. А.с. 611240 (СССР). Устройство для передачи и приема сигналов/ И.С. Гурвич. Опубл. в Б.И. 1978, № 22.

Личный зклаи. Все результаты, составляющие основное содержание диссертации, получены автором самостоятельно. В работах, опубликованных в соавторстве, личный вклад диссертанта состоит в следующем: '

[19, 24, 25, 27, 34, 37, 38] - постановка задачи, разработка метода исследования, обработка и обобщение результатов, написание текста; ,

[18, 20-23, 26, 27, 29-36, 39-43, 45, 47] - личное участие в исследовательской шш конструкторской работе, по результатам которой выполнена публикация, написание текста публикации;

[44] - разработка 1-й редакции материала.