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)

На правах рукописи

ГУРВИЧ Идель Самуйлович

УДК 681. 31-74/-78

ПРИНЦИПЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ УСТРОЙСТВ ЦИФРОВОЙ ШИСМТЕЛЬНОЯ ТЕХНИКИ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Мэсква - 1990

Работа виполиена в ПО "Сигма", г. Вильнюс Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Васильева H.H.; доктор технических наук профессор Борднчовскнй Б.Е.; доктор техш1ческих наук Сухопрудский Н.Д. Ведущее предприятие: ШИ "Персей", г. Москва.

Защита диссертации состоится ,'i/cf" ¿s/л) /ЛЯ 1990 г. в -^С & часов на заседании специализированного совета № 2 (Д 002.68.01) Института проблем управления: II7342, г. Москва Профсоюзная ул., 65.

С диссертацией мо:.шо ознакомиться в библиотеке Института проблем управления.

/ зторосрерат разослан " Sr/iß^/1^ 1990 г.

Учений секретарь Специализированного Совета д.т.н.

/Игнатущенко В.В./

')

ОЩАЛ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТА

«" Дуальность проблемы. Одна из важнейших задач, стоящих по-•■рйгтародшм хозяйством страны на период до 2С00 года,заключается и существенном повышении качества продукции и эффективности производства на базе всемерного ускорения научно-то.шического 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 эффективного исполнения столь ответственной роли сами цифровые технические средства(1|ГС) должны в первую очередь быть высокого качества, т.е. обладать,помимо других потребительских свойств,высокой надежностью и помехозащищенностью в реальных условиях эксплуатации.

Диссертационная работа посвящена решению задачи обеспечения необходимой защиты Щ'С 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 -нюю 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 ЭШ за истекшие тридцать лет снизилась на три порядка и составляет сейчас примерно (1-5) ХСГ^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 вольтсект-ндной площадью (1-100) 10~5Во. Помехи вследствие наличия весьма высоких составляющих в частотном спектре способны проникать по паразитным емкостным и индуктивным связям, всегда существующим

между сетью питания и аппаратурой ЦТС, в информационные линии и изменить состояние многочисленных элементов памяти и релаксационных элементов, которыми насыщена аппаратура ЦТС, т.е. вызывать сбои и отказы. Это потенционально 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 ЗИЛ 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 -это рост числа источников нежелательных электромагнитных воздействий на ЦТС, а также уровней и интенсивности этих воздействий вследствие постояшюго 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 (з производственных помещениях, на энергетических объектах,в транспортных средствах и др.)

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

(эх цтс).

Научно-техническое направление по обеспечению ЭМС ЦТС отно-

сительно молодо. Двадцать лет тому назад ещо не било стандартных норм на допускаемую восприимчивость ЦТС к различным внешним помехам, а такие норм на допускаете уровни различных помех, создаваемых ЦТС в проводах и окружающем пространство (за исключением норм на радиопомехи). Не било приборов для измерения значений параметров случайно появляющихся и редко пэвторяюлдася :глпульсшк помех, а также приборов для имитации видов помех, опасных для ЦТС. Но било данных об уровнях внешних помех на объектах эксплуатации ЦТС и данных о помехозащищенности разных видов ЦТС. Практическл но было теоретических работ в области обеспечения ЭМС ЦТС, да и само это понятие еще не употреблялось.

Настоящая диссертационная работа п значительной мере является обобщением результатов цикла научно-исследовательских и онытно-KoiicTpyicTopciüix работ, выполненных под научным руководством и лри личном участии автора в период с 1967 по 1989 годи и тлевших целью восполнить, насколько окажется возможным, упомянутые выше пробелы в теории и практике обеспечения ЭМС ЦТС.

Большой вклад в развитие и решение этой проблемы внесли также отечественные ученые и инженеры Б.С. Сотсков, В.А. Каиирин, В.В. Носов, Е.М. Кндомирова.Б.Н. Файзулаев, В.А. Пэллычев, Д.З. Левин, Л.Д. Князев, JI.H. Кечлев, В.В. Петров, Ю.А. Чурин, В.Я. Симхес, В.М. Песоцкнй, Б.А. Корнеев, К.В. Венцгас, В.П. Самуйтис, Ю.В. Полозок, В.Н. Никифорова, Д.В. Вплесов, A.A. Воршевский, S.A. Мкртчян, У.А. Тадкиев и др.

Полью работы было создание и научно-техническое обеспечение внедрения в инженерную иршггику научно обоснованных стандартных норм и методов испытаний на допускаемую восприимчивость ЦТС народнохозяйственного назначения к наиболее опасным видол внешних импульсных помех, а такжа на допускаемое образование внешних импульсных помех.

Для достижения поставленной цели в диссертационной ра.боте решались следующие частные задачи:

1. Определялись наиболее опасные для ЦТС виды внешних помэх.

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 средства 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. Исхода из результатов исследований, разрабатывались обоснованные нормы и методы испытаний ЦТС на восприимчивость к внешним импульсным помеха/л.

6. Аналитически исследовались механизмы воздействия опасных видов внешних импульсных помех на аппаратуру ЦТС. Исхода из результатов исследований,формулировались качественные и колнчественнге рекомендации по снижению восприимчивости ЦТС к опасным видам внешних импульсных помех.

7. Упорядочивалась терминология по проблема обеспечения ЭМС

ЦТС.

Таким образом, для достижения 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 и средств снижения восприимчивости устройств цифровой вычислительной техники народнохозяйственного назначения к внешним импульсным помехам, а также снижения уровней зношних 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 трзбо-ваниями (нормами) к изделиям, методами испытаний, необходимой аппаратурой для измерения и имитации помех и др. Отлитая обусловлены тем, что в проблеме ЭМС РЭС рассматриваются главным образом периодические помехи синусоидальной формы в заданном диапазоне частот. Между тем в проблеме ЭМС ЦТС в основном рассматриваются (нормируются, измеряются, имитируются) однократные или редко повторяющиеся импульсные помехи, такие, например, кед высоковольтные возмущения напряжения нано- и микросекундной длительности в сети питания,провалы напряжения, переналряженгя, несанкционированные прерывания питания миллпеекундной длительности в распределительных сетях переменного тока, разряды электростатических зарядов на корпус, наводки от внешних импульсных и/или магнитных нолей и др. Поэтому

большая часть результатов работы обладает новизной. 3 частности, разработаны первые в стране специализированные измерители импульсных и длительных помех из сети питания и с их помощью впервые проведены исследования импульсной электромагнитной обстановки на ряде объектов, в том числе на АЭС. Разработаны первые в стране имитаторы внешних импульсных и длительных помех из сети ьитання и с их помощью впервые проведены исследования восприимчивости ряда вычислительных комплексов и 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. Зсе исследования выполнялись с учетом последующей практической реализации разработки. Результаты диссертационной работы позволяют научно обоснованно уормулировать количественные значения технических требований (норм) по необходимой защите ЦТС народнохозяйственного назначения от внешних импульсных помех, а таюко формулировать количественные требовшгая к допустимым или необходимым значениям ряда важнейших, влияющих на обеспечение ЭМС ЦТС параметров (паразитных пндуктивностей 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 эксплуатации.

Реализация результатов работы. Разработаны, изготовлены и использованы для проведения экспериментальных исследовшшй измерители и имитаторы внешних помех 19 наименований, в том числе комплекты измерителей и имитаторов помех типов КШ (1974 г.), КИМП-1 (т980 г.) и КИМП-2 (1985 г.).

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

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

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

АСВТ-М, СМ ЭВМ. 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 ЭМС ЦТС и методы испытаний впервые были изложены в разработанных отраслевом РТМ 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 исследований,были сформулировали рекомендации схемпо-конструкткзиого характера по обеспечению ЭМС при проектировании ЦТС и их частей, которые нашли отражение в разработанных отраслевых руководящих технических материалах РТМ 25 93-72 и РТМ 25 203-85 "Обеспечение электромагнитной совместимости в линиях связи и питания технических средств цифровой вычислительной техники" .

Б ТЗ и ТУ на все изделия вычислительной техники, разрабатываемые организациями и изготавливаемые предприятиями 110 "Сигма", технические требования по обеспечению ЭМС вносятся уже с 1973 г. Эти изделия (вычислительные комплексы М5000, М5010, М5Ю0,СМ1600, СМ1700, дисковые накопители Р42Х, Р412, Р414, СМ5408, винчестерский накопитель СМ5514 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 высшей категории качества.

- у -

Отраслевые документы РТМ 25 93-72, РТМ 25 203-85 л ЗСТ 25 1189-85 были нереданы всем организациям и предприятиям, входившим ранее в состав Минприбора, разрабатывавшим и изготавливавшим средства вычислительной техники. Кроме того, но запросли организаций и предприятий других отраслей было передало более 400 экз. упомянутых НТД.

Разработанный автором проект расширенного комплекса норм по обеспечении ЭМС ЦТС в 1984 г. был передан для апробации соц. странам, участвующим в программах разработки и производства изделий ЕЛ ЭВМ. В 1988 г. этот материал, доработанный совместно с институтом 1.ЕЕРА-ПИАП (Варшава, ПНР), предъявлен в качестве проекта нормативного материала для стран СЭВ.

Разработанные и изготовленные'в ПО "Сигма" комплекты МИШ, КШЯ1-1 и КШ.И-2 били переданы дач эксплуатации 24 организациям и предприятиям Минприбора и других отраслей. В частности, комплекты получили и применяют в свое!! работе такие известные в стране организации, как Институт точной механики и вычислительной техники АН СССР (г. Москва), Институт проблем управления АН СССР (г. Москва), Научши центр открозлектроники (г. Зеленоград), Ленинградское НО "Электрон:,15я", НПО "Импульс" (г. Соверодонецк) и др. Один комплект КШ.И-2 передан на строящийся 5-й блок АЗС "Козлодуй" (НРБ) для проведешт пусуо-наладочных работ управляющей вычислительной системы. Контакт конструкторской документации на упомянутые приборы бил передан еда 13 организациям и предприятиям, входившигл ранее в состав !.1шприбора и других отраслей для воспроизводства, в частности,Киезско?.ту ПО "Электронмаа", Томскому ПО "Контур", Лубекскому ПО "Счетиал",Смоленскому ПО "Техноприбор" и др. Экономический э£<Т;ект от внедрения, результатов диссертационной работы в народное хозяйство, в частности,от создагош и внедрения стандартизованных норм по обеспечешяо 3','С ЦТС, а также от передачи образцов и документации ког.тлектов измерителей и имита-тороз помех организациям и предприятиям страны, составил более I млн. рублей. Экономическая эффективность внедренных результатов обусловлена главным образогя повышением эксплуатационной надежности цифровых технических средств вследствие снижения их восприимчивости к опасным видам внешних помех.

Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждена результатами натурных экспериментов, а также результатами практического использования предложенных и исследованных в диссертации моделей, принципов, методов и средств.

Автор защищает:

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

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

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

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

5. Результаты экспериментальных исследований ЭМС на объектах установи! 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", Вильнюс, 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 хозяйстве", Москва, 1979 г.; двух семинарах научно-технической школы "Электромагнитная совместимость в современной радиоэлектронике", Москва, ВДДХ, 1981 г., 1983 г.; научно-техничеоком семинаре "Методы и средства обеспечения помехоустойчивости управляющих ЭВМ и полупроводниковых устройств релейной защиты и автоматики на энергетических объектах", Минск, 1984 г.; Всесоюзном научно-техническом симпозиуме "Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств", Харьков, 1986 г.; НТК "Метода и средства измерений в области ЭМС", Винница, 1987 г.; двух«научно-технических семинарах "Проблемы электромагнитной совместимости микропроцессорных систем", Созопол (НРБ), 1988 г., 1989 г.; научной конференции Высшей школы, Цвиккау (ГД5), 1989 г.; ' других научно-технических конференциях, семинарах и совещаниях.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в первом [I] и втором переработанном и дополненном издании [2] монографии "Защита 3Щ от внешних помех", а также в 37 статьях [З-ЗЭ] , 2 государственных стандартах [40] , отраслевом стандарте

[41], 2 отраслевых руководящих технических материалах [42, 43], учебной программе для ВУЗов [44] , 4 авторских свидетельствах на изобретения [45-48] .

' Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения, списка литературы и приложений.

Объем работы: 216 стр. основного текста; 30 стр. приложений; 14 таблиц; 33 рис.; список литературы, содержащий 163 найменова-ния.

СОДЕРйШИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы. Сформулированы основная цель и частше задачи, решаемые в работе. Охарактеризованы научная и практическая значимость диссертации и ее связь с планом основных работ ПО "СИГМА". Перечислены основные защищаемые положения и результаты. Приведены сведения об апробации и реали-защш результатов.

В первой главе выполнен краткий обзор литературы по рассмат-ряваелим вопросам, сформулированы определения основных понятий, относящихся к проблеме, перечислены и охарактеризовали опасные виды внешних помех.

Показано, что обеспечение электромагнитной совместимости ЦТС с внешней средой - это объективная необходимость, обусловленная большими значениям! энергии и амплитудно-временных параметров нежелательных внешних импульсных электромагнитных воздействий по сравнению с энергией и амплитудно-временными параметрами полезных сигналог в аппаратуре ЦТС.

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

бых видов электронных и электротехнических средств, являются общими: ото-ограничение воспршшчивости изделий к внешним помехам и ограниченно помехообразования-до значений, гарантирующих функционировать изделий с заданным качеством. Однако специфика принципов построения и действия ДТС обуславливает определенное отличие методов и средств обеспечения ЭМС ЦТС от методов и средств обеспечения ЭМС 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 (пли тока) и видеоимпульсы с длительностями от долей до сотен наносекунд и с амплитудами от долей до сотен милливольт; 1фоме 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 иссле -дований электромагнитной обстановки на объектах эксплуатации ЦТС различного назначения, в том числе на АЭС. Измерялись значения . параметров импульсных и длительных помех в сетях питания ЦТС на . объектах и наводок от электрических импульсных полей. Все объекты были условно подразделены на четыре группы: объекты типа вычислительного центра (ВЦ), типа лабораторного помещения конструкторе -кого бюро или института электрошюго профиля (КБ), типа цехового помещения приборостроительного или машиностроительного завода (ПЗ) и типа помещения для управляющего комплекса на АХ (АЭС). Измерения велись в основном с помощью специально разработанных для этих целей регистраторов импульсных и длительных помех. Некоторые количественные результаты: время наблюдения, число событий, средние частота или период следования, средние и экстре -мольные значения параметров приведем в табл. 1-3. В сетях питания всех обследованных объектов имели место импульсные помехи, представлявшие собой потоки случайных одиночных импульсов и пачек импульсов. Количество импульсов обеих полярностей примерно одинаково. Потоки импульсных помех нестационарны в течение суток.

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

Тип

объекта

Время на-¡Количество¡Средняя блюдения, зафиксиро-;част ота ч. ¡ванных со-;следова-¡бытий ¡ния, 1/4.

] I

¡Максимальное коли -¡чество 11м-}пульсов в ;пачке

АЭС 772 155 0,05-0,7 12-45 60 - 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

ПЗ 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

ь

1-

Тип "¡Время на-объекта}блюдения, - !ч-) 1 ¡Количество 1зафлкснро-(ванных со-¡бытий I 1 ;Средняя ¡частота !следования, 1/4. \ Амплитуда, В Длительность, икс •Макспмаль-ноо коли -чество импульсов 3 •пачке

1 средняя ( максим. ! ! * т 1 сроднил ) I .макслм.

АЭС 6 19 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

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

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

Таблица 3

Результаты измерения значений параметров длительных помех из сети питания

Trat |Время|Количество за-{Средш'й период {Средняя'¡Средняя и ¡Длительность {Длительность объек-iHaö- ;фиксированных:;следования, ч. }глубина;максималь-jпровалов и ¡перенапряжений,

та {ладе-}-г-1-j-1-1-jпроза- ¡нал акшп-j прерываний, ¡период

¡ния, } про-jnpe-j пере ¡про- ¡преры)пере-¡лоз, % ¡туда пере-¡период_j______

Г- i^r ¡Р"- jнал-jвалов,ваний|напря, ^элрякеш1Й| |Мачси-Ьредняя{максим. 1 ,лов ,ва- ¡ряже, , ¡жений t^/1 мальн.! j j ,'НИЙ |НИЦ j j j j_j_i jMcwim.i , I

АЭС 8 СО 0 0 0 >800 >800 >800 - - - - -

ВЦ 823 31 2 60 27 410 14 27-73 (18-30)/45 1,57,5 7,5 • I- -4 50

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

ПЗ 2008 256 126 29 7,8 16 70 27-70 (18-26)/32 4,5-7 624 I- -II 50

Итого 4164 371 183 89 6,2800 9800 7,5- 27-76 800 (18-30)/45 1,57,5 624 I- -II 50

Средние частоты следования помех на разных объектах отличались друг от друга до четырех порядков (от ОД до 1000 событий в час). Минимальные значения были зафиксированы на объектах, где питание ПТО осуществлялось от мотоо-генераторов или стабилизаторов и редко коммутировалось. Максимальные значения были зафиксированы на объектах, где происходили частые коммутации питания установленного оборудования. Максимальная амплитуда импульсных помех на объектах достигала значений, достаточных для нарушения работоспо -собности 1ГГО обычного (незащищенного) исполнения.

На всех обследованных объектах имели место наводки от импульсных электрических полей. Максимальная амплитуда импульсных наводок на объектах достигала значений, достаточных для наруше -ния работоспособности Ш'О обычного (незащищенного) исполнения. Статистические свойства потока наводок оказались во многом схожими со свойствами потоков импульсных помех в сети питания. Однако средние частоты следования наводок в основном были было средних частот следования импульсных помех в сети. Это объясняется тем, что помимо коммутаций питания существуют и другие источники на -водок: разряды электростатичесхшх зарядов в машинном зале, воз -действие мощных РЭС и др.

На всех обследованных объектах < за исключением помещений АЭС) в сетях питания НТО наблюдались длительные помеха (провалы напряжения, прорывашш питания п переналрягеяия). Экстремальные значения параметров длительных помех достигали значений, достаточных для наруиения работоспособности НТО.

В алгоритм статистической обработка данных по импульсным помехам входил поиск аппроксимирущих функций, распределения амплитуд. В качестве гипотетических рассматривались функции: экс -поненциальная, Вейбулла, нормальная п логарифмически нормальная. Значения параметров распределений находились из эксперименталь -ных данных по методу моментов. Оценка согласия экспериментальных данных с гипотетическими функциями производилась по критерии 3€г Пирсона. При этом гипотеза об экспоненциальном распределении не противоречила результатам измерений примерно для половины обследованных объектов, еще доя 20 % объектов приемлемой была гипотеза о логарифмически нормальном распределении. Для остальных объектов приемлемого распределения аз числа рассмотренных не оказалось.

В этой связи, исходя из процессов образования и распространения импульсных напряжений в сети, т.е. в длинной линии при коммутации нагрузок,были отысканы физически обоснованные теоретические функ -ц-ш распределения амплитуд для нескольких видов распределения на -грузок и типов сетей.

Во всех случаях плотность распределения амплитуд О

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

типа сети и действительная для значений аргумента 1>

X/- > Х2 — у сС/,0С, - коэффициенты;

^ $ - коэффициент, обеспечивающий тождество Гп Ш)сШ= 1!о - порог чувствительности измерительного * прибора.

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

р(х) \Ji-x*) .

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

р(х) = 1А8х ,

где / - длина сети, 3 - декремент затухания.

Для случая равномерно распределешшх нагрузок в сети пере -мекного тока (с учетом затухания)

р(х) =2(пдх)'1 (актХ- агссозхе13).

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

Количественной характеристикой восприимчивости изделия к некоторому виду внешних импульсных по^ех может служить отношение

в =Л// ; О)

где - средняя частота следования импульсных помех,

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

Пусть интересующий нас вид помехи характеризуется параметрами X/, ... X;, ... , представляющими собой случашша величины. Тогда (I) можно представить в виде:

«»со ,

5 =¿../р(х,Рс (Хп-Хк) А ■•■¿хк , (2)

о О

где р (X/,... Хк) ~ плотность распределения параметров на объекте установка изделия; рс(Х{,... Хк) - вероятность сбоя (или отказа) изделия при поступлении помехи с заданными значениями параметров Х1, ■ . . Хк .В ряде случаев выражение (2) удается конкретизировать. Будем полагать параметры Х1 взаимно независимыми и распределенные по экспоненциальному закону

/ -Л* , (3)

_ н

где Х[ - математическое ожидание.

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

рс (X,,. . . Хк) обычно представляет собой монотонно изменяющуюся 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 пороговых значений Х[ пор функция рс возрастает с большой крутизной и ее можно аппроксимировать некоторой "охватывающей" ступенчатой функцией вида:

(X *)=1^еСЛа {Х'<Х'пор)^Хг< Хггср) ПХк<ХКп0р) Рспор^""Ы \1)если1Х^Х1пор)Л(Х^Хгп1р)Л(Х^Хкпор) (Л)

Подставчв (3) и (4) в (2), получаем

8 = р + И-о)Пе^ (5)

г и

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 служить специальные генераторы-имитаторы помех, а в качестве количественных характеристик экспериментальной восприимчивости целесообразно принимать значения параметров р и Х{г)0р « описывающих функ-

да» Рспор '

Задача расчета норм заключается в формулировании таких количественных ограничений на функции^, (или рсрор )» которые заведомо обеспечат функционирование изделия с заданными значениями показателей бессбойности и безотказности в заданной электромагнитной обстановке.

Если на гипотетическом объекте эксплуатации ожидается воздействие на изделие 8 видов импульсных помах 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 !/Тс , заданную в ТЗ или ТУ ва изделие. Воспользовавшись предложенным выше определением восприимчивости, данное условие можно записать следующим образом

Д- 5 со «да

о о « к ,

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

- средняя частота следования помех у-го вида;

Х^ - параметры помех у-го вида; РС(Х^... Х^) - вероятность сбоя от помех у-го вида; р (Хи...^-, к) "<" многомерная плотность распределения ^ значений параметров помех у-го вида;

/»£ / - коэффициент запаса.

Замешал в условиях (6) функцию р£- "охватывающей" пороговой функцией (4). Тогда задача расчета норм сводится к определению совокупности допускаемых экстремальных значений Х;то , при которых условие (6) заведомо выполняется.

Приняв некоторые упрощающие допущения, получим следующие искомые расчетные соотношения:

Ъпор- К] Ш

где .

а о выбирается из условия

У

Таким образом технические требования (норм) на допустаемую восприимчивость к импульсной внешней помехе у-го вида таковы: при подаче импульсных помех с нормированными значениями параметров Х^ и частотой следовагаш на испытуемое изделие от специального генератора экспериментальная частота сбоез

-у- не долнна превышать нормативного значения (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 8 , с доверительной веро -ятностью, не меньшей заданного значения у . При 5 0,4 и ^ ^ 0,8 необходимый объем составляет /У» •

Полученные расчетные соотношения и результаты исследования электромагнитной обстановки на объектах эксплуатации ЦТС позволили разработать первый в стране комплекс норм, вошедший в от -раслевой РТЫ 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 ЭМО 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 ванных отечественных, зарубежных и международных НТД за 1967-88 года, имеющих непосредственное или косвенное отношение к проблеме нормирования восприимчивости и помехообразования 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 микро-,персональные, управляющие ЭВМ Д др.

В четвертой главе изложены результаты исследования экспериментальной восприимчивости к внешним 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 таблицу 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 электрических 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 -вителыше усилители (накопителям на магнитных дисках и лентах, перфоленточным устройствам ввода и 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: > 1000 В - по импульсным помехам из сети питания; > 2,0 кВ - по разрядам электростатических зарядов на корпус; > 3,0 кВ - по наводкам от импульсных электрических полей; > 45 А - по наводкам от импульсных маг -нптных полей. И что важно отметить, достижение таких значений импульсной помехозащищенности еще не связано с чрезмерным удорожа -нием технических средств и ухудшением таких показателей, как вес, габариты и потребление энергии.

Исследование восприимчивости ЦТС третьего и четвертого поколений по отношении к длительным помехам из сети питания переменного тока показало, что большая часть обследованных изделий сох -раняла работоспособность при следующих значениях воздействий: при длительности прерываний питания - не менее 20 мс, глубине проза-лов нерегламентироЕанной длительности - не менее 20 %1 амплитуде перенапряжений - не менее 15 % от номинального напряжения в сети. Это соответствует требованиям ОСТ 25 1189-85 [ 41} .

Исследование показало также, что экспериментальную восприимчивость изделий к импульспым помехам из сети питания, импульсным наводкам и разрядам приемлемым образом можно характеризовать одним параметром воздействия - амплитудой, а к длительным помехам из сети питания (провалам и перенапряжениям) двумя параметраш-амплктудой и длительностью. Зависимости вероятностей сбоя от значений параметров воздействий допустило аппроксимировать ступенчатыми функциями. Для разработки порм, методов испытаний и испытательной аппаратуры - это весьма важный-результат.

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

Таблица 4

Результаты измерений восприимчивости ЦТС по отношению к внешним импульсным помехам

-г-г-1-

Дата;ймиги-|Тш1 обсле- ¡Коли-;рующая(дованного ¡чест-¡аппа- {вычислитель¡во ¡ратура;ного комл- ¡типов | ¡лакса |уст-

I I

I \ !

Минимальная и максимальная амплитуды импульсного испытательного сигнала имитируемой помехи, нарушающего работоспособ -ность наиболее и наименее восприимчивого к помехе устройства

комплекса______

г

;рой-|ств

Помехи из сети ¡питания, В

¡Разряды на кор-;Электрическое ¡пус, кВ ¡поле, кВ

мин.

макс.

мин.

макс.! мин.

макс.

магнитное поле, А

мин. !макс.

I !

I

7 ! 8 ! 9 ! 10

II ! 12

1969 ДО-1

"РУТА-ПО" "РУГА-701

40(1400) Читающее устройство

300 (1500) Карточный вывод Р601

1974 ММП М5010

1977 К№ М5100

10

II

0,2 3,8 Лент оч- АЩ1У-пый -128 ввод 55-1501

0,3 6,6 Лен- Карто-точный чный вывод ввод ПЛ150 Р640

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

Денточ- Кар- Про- Карто- Ленто- Диско-ный на- точный цессор чный чный вый копи- ввод Р122 ввод и вывод нако-тель и вы- вывод Ш1150 пит ель

ЕС5012- вод

Р610, Р630

Р610, Р630

Р421

ю о

л.

1977 НШ1-1 ВС 1033

? 4 ! 10

1980 К.ШП-1 СЫ4

1985 К.ЭДП-2 СЫ1600

1985 ЮШ-2 ЕС1035

900

Дисплей ВТА2000--2.АЦПУ СМ6315

300(800) ленточн. накопитель СМ5200. 01

2500

Процессор СЙгЮ4, Кассетн. накопитель СМ5402

2200 Контроллер СМ5П2

1236 К11Ш-2 УВС

"Хи?ан-Я'

25 140 630

Процес- Стоики

сор ССО

А131-15 (КСО

(СМ-2М) М-64)

! 8 !

! 10 ? II ! 12

6,0 1,1 3,0 ОЗУ ЕС Диско- Ленточ-3208 выи на- ный выколи- вод ЕС тель 7022 ЕС5061

ь.4,5 2,3 >6,0 Кассет. Дисплей Процес-накопи- ВГА сор тель 2000-2 СМ2104 С1Л5402

18 • НО Диско- Каоточ-вый па- ный копи- ввод тель ЕС6012 ЕС5061

19 >120 Дисплей Процессор ВГА СИ2104 2000-2

>6,0 2,6 >6,0 Колтрол дисплей Конт-лер БТА роллер СМ5И2 2000-15 С1.15Н2

1,2 0,75 1,9 Контроя-Ленточн.Дисплей лер накопи- ЕС7066 ЕС7906 тель ЕС : 5012-01

0,35 2,0 Дисплей Стойки ЯГА ССО 2000-31 (КСО Ы-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 внешних линий связи, питания и заземления а др. Необходимо, однако,отметить, что из-за отсутствия обязательных к исполнению требований по ЭМС упомянутые меры 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

змс.

В этой связи предложены и исследованы методами теории электрических цепей модели, описывающие механизмы воздействия на изделия следутащк 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 соотношешш для оценки значений амплитуды, длительности, вольтсекундной площади, длительности фронта импульсов напрх-хения 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 ЦГС конструктивных параметров изделия в зависимости от заданных норм ЭМС и свойств примененной элементной базы. К таким параметрам относятся: паразитные индуктивности системы обратных проводов связи и питания, а также проводящих корпусов изделий; паразитная емкость медцу аппаратурой изделий и сетью первичного питания; илдуктив -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 сетевыми фильтрами и экранирующими корпусами изделии; необходимая емкость входных фильтров вторичных ис -точников питания, обеспечивающая работоспособность изделия при прерываниях первичного питания заданной длительности; максималь-

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 в сетях питания переменного тока и импульсных наводок. В частности, найдена зависимость необходимого количества интервалов разбиения динамического диапазона изменений параметра при измерении методом многоуровневой селек-щш от заданных значений относительных погрешностей в начале и в конце диапазона. Выполнен анализ амплитудных и временных погрешностей при измерении наводок от импульсных электрических полей. Получешше результаты были использованы при разработке ряда измерителей импульсных и длительных внеших 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. Сформуларова-ны общие требования к имитаторам и переходным устройствам, требующимся для испытаний ЦТС 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. Получешше результаты были 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

'АЛ ¡Вид возцейст-}Расчетное соотношение

пл | еяя {

I !

•.Условия, для {которых соотно-венке действительно

Обозначения

О 1

I.

Несимметричная импульсная помеха из сети питания или линии связи

Ь р и

¿о - индуктивность систем обратных проводов линий связи и вторичного питания.

1.з - индуктивность цепей заземления.

Я - сопротивление контура протекания тока помехи

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

нормативное допускаемое значение а\шлитуды помех на источнике.

Цл Уя - параметры динамичес -кои помехоустойчивости элемонтов-рецепто-ров.

Разряд электростатического

/ ^ / А/ /хм />) / Аппаратура из-

лия соединена

Аппаратура изде- /*,- индуктивность соедпне-—ния аппаратуры изделия

01

заряда на корпус

с корпусом в одной точке;

2\!ис - Я;

с корпусом. //<•- индуктивность корпуса.

- как в

строке I

3.

Импульсная

емкостная

наводка

№

ЦС + Ъ/я

Изделия распо- /-лощены у физической земли и удалены друг от р. друга: щщ

Входная емкость рецептора велика И,С -

С^Мг

расстояние мезду центрами источника и приемника наводки.

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

то же для изделия-приемника помех..

входные сопротивление и емкость рецептора помех.

р=Атг£=Н1 пФ/м.

1]дУд ~ как в стРока I.

'М

и*,

Щ + Уд/ЯрсЦ,

Изделия удалены от физической земли и друг от друга

1>Ып Ж}.

Входная емкость оецептора: мала;:

м ел

Продолжение тайл. 5

О !

Импульсная

индуктивная

наводка

Г Sj>A,UH

Источник наводки - двухпроводная линия. Приемник - удаленный контур, лежащий в плоскости контура источника: Авц/рг^.!. Постоянная времени контура приемника мала:

источник - од-п с н нопроводная

/> 21.__ линия. Прием -

Ri - удаленны!!

ore <?г<* гг-о-*- контуР) лежащиц

в плоскости линии:

¿■Ss/Pz « /

Постоянная времени контура . приемника велика: L^/fy

I - кратчайшее расстояние ма-эду линией-источником и центром конту -ра-приемника наводки..

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

то же дня контура-при-' емника.

Ь.П,&4 - дайна, радиус провода и расстояние медду осями проводов линии-источника.

вр.рр.Г* - площадь, периметр и радиус провода контура-приемника.

ос-^й/ЛП= Ю'7Гн/м.

- как в строке I.

fo СП

4

0L

I

I

5.

Прерывание питания в сети переменного тока

'^¿(irf

При вторичном источнике питания непрерывного действия

При вторичном источнике питания импульсного действия "бестрансформаторного" типа

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

Цт,йна1 - номинальные выходное напряжешю и сопротивление нагрузки

Ищи - минимальное рабочее амплитудное значение переменного напряжения на входе первичного выпрямителя Kill.

Г)ц - нормативное значение допускаемого числа периодов прерывания переменного напряжения в сети.

Т - период промышленной частоты в сети.

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

го -а

Таблица 6

Технические характеристики измерителей импульсных помех

—-1 Год раз- ра^ бот- ки Обо- I Динамо зна- 1 измере! ченла!.амшш-® В ¡дели-|теля) ! 1 веские дис шя длительности импульсов, МКС -г"- н шазоны ¡вход- !ные да™**- ности па-!ние и чек импульсов, !кОгд/пФ МКС { | ---!— Коли- ¡Интер-чество!вал уров-!кван-неи !това-селек-!ния ции !дли-ампли-'тель-туд !нос-!тей, !нс 1 Емкость счетчика импульсов -- Допустимая загрузка, МГц - Вывод информации Скорость вывода, строк/с "Мер твое" время, мс

I 2 г 3 4 5 } 6 7 ) 8 9 10 II 12 13

1968 РИП-1 1+1000 0,2*5 500 - - - - ЦПМ-1 2 20 1

1973 М1-2 0,2+200 »0,012 3 10 - 2ю 30 Табло - - {О СО

1976 АШ-З 0,4+2,2 0,033+30 0,033+Ю5 2 10 33 ю6 30 П1,табло 150 300 1

1980 Р-1 0,4+4,0 0,04+40 0,04+40 Ю4/15 10 40 1С? 25 ПЛ,табло 150 300

1985 Р-3 0,1+2,4 0,04+80 0,04+80 Ю4/12 24 40 ю3 25 ПЛ,табло 150 300

Табл&ца 7

Технические характеристика измерятелей длительных помех

Год ¡Обоэ- {Динамические диапазоны раз- ;нач работ|ние

раз- ¡нача- |измерения

ки

!

!

■ Глубин ] а&ишинуд! у&уухг

¡провалов,¡туд пе-;ностей ;провалов;перена- :мых в ¡ренап- процес-; ¡пряжений{ОЗУ с<

¡амили- ¡длитель}глубин

¡Количество уров- {Количе-•,ней селекции ство

г {регист-

амплитуд; рируе-

ряжений; сов, \% ¡период

событий »

»

Вывод информа-,Время

хранения {кпформа-¡ции без ¡первично-¡го пита-

|ния, ч »

!

1968 ЕНС-1 15+45,100 10*20 1+105 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

ро

«3

5

5

9

*

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-¡Форма им-¡Макси-раз-{наче-} пульса ¡маль-ра- ¡ние ; ¡ная

ра- ¡ние бот-; ки ( !

¡маль-

¡ная

¡ампли-

ИГ-

Длительности фронта и импульса, не

¡Частота {следова-|ния, Гц

I !

Внутреннее сопротивление, Ом

1968 ИП-1 I 100/500 100/1000 50 50

1973 ИП-2 1,5 30/250 ЗС/500 1*500 20

1974 ШП Ж 1,5 30/250 50; 500 50

1976 ШП-1 3,0 40/550 50; 500 50

1980 И-1 5,0 25/250 50 50

1985 И-3 2,5 5,0 6,0 25/250 25/500 5/30 50 50 25 50 150

Таблица 9

Технические характеристики имитаторов длительных помех

1 Количе-, Когалутпруе-ство ¡мый ток фаз ¡фазы, А

Год ;Обоз-раз- ¡наче-ра- ¡шш бот-, ки | I I

Динамический диапазон ¡Частота

-1-1-; следова-

глубин ;ампли- ¡длитель¡ния, Гц прова- ¡туд пе-;ностей ; лов, % ;ренапря{процес-! |жений,%;сов, 1

¡период ; ; }

0,5+20 0,5 3 5

0,5*20. 0,5; 5 I 5

0,5+117 0,2 3 9

0,5+100 од 3 10

1968 ИНС-1 15*70, 100 .

1974 ИДИ 01-70

1988 И--4 0+100 0+15

1985 И-5 0+100 0-5-20

В заключении сформулированы основные результаты ра.боты.

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

ВШЗОДУ, ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ Л ПРАКТИЧЕСКИ 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 назначении к внешним импульсным помехам, а также снижения уровней внешних импульсных помех, образуемых этими устройствами, т.е. проблемы обеспечения 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 восприютшвость ЦТС К внешним импульсным помехам и для оценки требующегося объема испытаний.

3. Выполнено аналитическое исследование механизмов' воздействия на ЦТС таких опасных видов внешних воздействий, как несимметричные импульсные 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 получены расч-зтныо соотношения для оценки значений таких параметров импульсных помех 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 Э'ЛС ЦТС параметров (паразитных индуктив-ностей и емкостей аппаратуры, необходимого разноса источников и рецепторов, необходимого ослабления помех фильтрами и экранами и др.) в зависимости от заданных норм Э.ЧС я 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 питания и наводок от импульсных электрических полей. В частности, произведен анализ амплитудных

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

6. Лсследованы вопросы имитации внешних импульсных помех. При этом получены соотношения для расчета формирующих каскадов и делителей-согласователей имитаторов импульсных помех, блоков коммутации имитаторов длительных помех, элементов переходных уст -ройств.

7. Стандартизованы наиболее ватагае термины и определения в области аМС 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 АЭС. Полученные данные обработаны и использованы для разработки технических требований (корм) ЭМС ЦТС.

2. Исследована восприимчивость к внешним помехам более чем 80 типов различных ЦГС, 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 повышению помехозащищенности отдельны:: ЦТС и комплексов ЦГС.

3. Для проведения экспериментальных исследований и обесиече-н'.п внедрения з инженерную практику разработанных нормативно-тех-

- да -

нических документов были спроектированы, изготовлены и применены измерители и имитаторы помех девятнадцати наименований, в том число три поколения комплектов измерителей и имитаторов импульс -пых и длительных помох типов КЛШ1, КИМИ-I и К11МП-2. Схешше реше-1шя ряда приборов защищены авторскими свидетельствами ка изобре -тения.

Ш. Нормативно-технические. учебно-методические и научно-щиЬормациошша результаты

1. Впервые разработаны терминологические ГОСТы 19542-74 и ,19542-83 [40], отраслевой стандарт ОСТ 25 1189-85 [4l], 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 MB и ССО СССР программа обучешш по дисциплине "ЭМС в конструкциях ЭВА" [44] для ВУЗов по споци -альности 0348 - Конструирование и производство электронно-вычислительной аппаратуры.

3. По инициативе автора было проведено шесть научно-техни -ческих конференций по тематике обеспечения ЭЖ ЦТС (в 1969, 1972, 1974, 1978, 1982 и 1986 гг.) и изданы сборники материалов "Помехи в цифровой техшнсе-СЭ" (-72',' -74',' -78',' -82Г -86°).

Диссертационная работа связана с выполнением в ПО "Сигма" под руководством и при личном участии автора плановых НИР & 13.800.231 (1969 г.), Л 1000 (1971 г.), № 0187.558680 (1976 г.), № 2477.820020 (1980 г.), Я 0127.235590 (1982-1985гг) и плановых ОКР по разработке комплектов приборов КИШ, КИ'Ш-1 и КИМП-2. Последние две ПИР и две ОКР выполнялись по целовым программам Минприбора "Разработка методов расчета и повшення надежности технических средств систем управления технологическими процессами и производством, 1976-80 гг." и "Повшетю падоянос-?и изделий приборостроения и АСУТП, 1981-85 гг".

Основные результаты диссертации отражены в работах:

1. Гурвич И.О. Защита ЭВМ от внешних помех. - М.: Энергия, 1975. - I8Q с.

2. Гурвич U.C. Зашита ЭВМ от внешних помех. - 2-е изд., не-рераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 224 с.

3. Гурвич И.С. Некоторые проблемы борьбы с помехами в цифровой технике .-В сб.: "Помехи в цифровой технике-69". Вильнюс: Р11НТШ1, 1969, с. 5-8.

4. Гурвич И.С. Параметрическая паразитная связь. - В сб.: "Помехи в цифровой технике-69". - Вильнюс: РИНШП, 1969, с.5-8.

5. Гурвич U.C. Оценка целесообразности введения системы свертывания информации в ЭВМ при опасных возмущениях напряжения в сети питания. - В сб.: Вычислительная техника. - Каунас: КПИ, 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 R-C фильтра высокой частоты для измерений импульсных возмущений в сети питания переменного тока. - В сб.: Помехи в цифровой техиике-71. - Вильнюс: ЛИНШТН1, 1971, с. 246-251.

8. Гурвич И.С. Стандартизация терминологии в области защиты электронно-цифровых вычислительных машин от помех. - В сб.: Научно-техническая терминология. - M. : ВЖ1КИ, 1975,*№ 6, с. 31-34.

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

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

11. Гурвич Л.С. Комплекс технические требований по обеспечению защиты цифровых технических средств от внешних помех. - В сб.: 1.о:юхп в цифровой технике-78. - Вильнюс: РДГ, 1978, с. 4-9.

12. Гурвич /i.C. Теоретические основы защиты цифровых техни -

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

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

14. Гурзич U.C. Некоторые вопросы защиты цифровых технических средств от импульсных электрических полей. - Автоматика и телемеханика, 1980, й 2, с. 182-189.

15. Гурвич И.О. Некоторые проблемы обеспечения электромагнитной совместимости цифровых технических средств. - В сб.: Помехи в цифровой технике-82. - Паланга: РДГ, 1982, с. 3-9.

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

17. Гурвич U.C. Технические требования по обеспечению электромагнитной совместимости цифровой вычислительной техники. - Приборы и системы управления, 1987, JS 10, с. 16-17.

18. Гурвич И.С., Корнеов Б.А. Имитаторы нестационарных про -цессов 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 ЭВМ. - Вильнюс: РИНТИП, 1969, т.2, с. 184-190.

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

с. 229-232.

21. Венцюс К.В., Гурвич И.О. О корректном подключении изме -рительного прибора к сети питания и цепям вычислительной машшш. - В сб.: Вычислительная техника. - Каунас: КИИ, 1971, с. 618-622.

22. Гурвич И.О., Корпэев Б.А., Венцюс К.В. Внешние соединения в технических средствах электронной цифровой техники. - В сб.: Помехи в цифровой техн;и;е-71. - Вильнюс: ЛИНТИТЭН, 1971,

с. 195-202.

23. Гурвич И.С., Немейкшис А.М. О помехозащищенности вычислительных устройств. - В сб.: Помехи в цифровой технике-71. - Вильнюс: ЛИНТИТЗЛ, 1971, с. 189-195.

24. Корнеев Б.Л., Гурвич И.С. Параметры импульсных возмущений напряжения в сети питания переменного тока 380/220 В. - В сб.: Помехи в цифровой технике-71. - Вильнюс: ЛИНТИТЭЛ, 1971,

с. 208-213.

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

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

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

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

28. Венцюс К.В.,'Корнеев Б.А., Гурвич И.С. Оценка степени помехозащищенности ЭВМ по отношению к разрядам электростатических зарядов. - В сб.: Помехи в.цифровой технике-74. - Вильнюс: ЛШПИТЭИ, 1974, с. 23-25.

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

- Вильнюс: Мокслас, 1975, с. 102-106.

30. Гурвич И.С., 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., Взнцос К.В. Технические требования к необходимой степони защиты средств вычислительной техники от шпульспых электрических полей. - В сб.: Качество и на -дсжиость. - М.: ПНИИТЭИприборостроения, 1978, вып. II, с. 61-63.

32. Гурвич И.С., Венцюс К.В., Корнеев Б.А., Самуйтис В.П., Щлейко В. И. Защита средств вычислительной техника от импульсных алоктрлчеекпх нолей. - В сб.: Качество и надежность. - М.: Ш111Т£;пглборостроэш'я, 1978, вып. II, с. 51-53.

33. Гурвич И.О., Корнеев Б.А., Самуйтис В.П., Шлойко В.И., Танкевич А.II. Комплект аппаратуры второго поколения для измерения внешних помех и помехозащищенности ЦТС. - В сб.: Помехи в цифро -вой технике-78. - Вильнюс: РДГ, 1978, с. 28-32.

341 Венцюс К.В., Гурвич U.C. Обеспечение совместимости в информационных магистралях ЦТС. - В сб.: Помехи в цифровой техни -ке-78. - Вильнюс : РДГ, 1978, с. 77-91.

35. Самуйтис В.П., Корнеев Б.А., Гурвич U.C. Анализатор нестационарных импульсных сигналов. - В сб.: Качество и надежность. - М: ЦЯИИТЗИприборостроешш, 1978, вып. II, с. 53-55.

36. Шлойко В.И., Корнеев Б.А., Гурвич Л.С. Имитаторы импульсных электрических полей. - М.: ЦПШТУИприборостроония, 1978, вып. IL, с. 58-59.

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

38. Гурвич И.О., Венцюс К.В. Экспериментальная оценка качества магистральных каналов связи ЭШ. - В сб.: Помехи в цифровой технике-86. - Вильнюс: РДГ, 1986, с. 85-88.

39. Гурвич U.C., Корнеев Б.А.. Самуйтис В.П., Боркумас М.З. Комплект измерителей и имитаторов помех КИМ11-2. - Приборы и системы управления, 1987, № 10, с. 22-26.

40. ГОСТ 19542-74. Машины вычислительные. Помехи. Термины ц определения.

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

Руководитель разработок и исполнитель Гурвич U.C.

41. ОСТ 25 1189-85. Совместимость технических средств циф -ровой вычислительной техники электромагнитная. Технические тре -бования и методы испытаний. - Мннприбор, 1985, с. 28.

Руководитель разработки и исполнитель Гурвич Л.С.

42. РТМ 25 93-72. Рекомендации по защите средств ци']лог.ой вычислительной техники от ьомех из сети питания переменного тока. - Мннприбор, 1972, о. 39.

Руководитель разработки Гурпнч U.C., исполнителе Корнееь Б.А., Самуйтис В.Л.

43. РТМ 25 203-85. Обеспечение электромагнитной совместимости в линиях 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.: MB ССО СССР, 1984, 6 с.

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

46. A.c. 291259 (СССР). Переключатель для коммутации пере -менчого напряжения/ И.С. Гурвич. Опубл. в Б.И. 1971, К 3.

47. A.c. 423147 (СССР). Устройство для регистрации отклонений напряжешш переменного тока/ И.С. Гурвич, Б.А. Корнеев. Опубл. в Б.И. 1974, & 13.

48. A.c. 6II240 (СССР). Устройство для передачи и приема сигналов/ И.С. Гурвич. Опубл. в Б.И. 1978, )'• 22.

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

[l9, 24, 25, 2?, 34, 37, 38] - постановка задачи, разработка метода исследования, обработка и обобщение результатов, написание текста;

[l8, 20-23, 26, 27, 29-3G, 39-43, 45, 47] - личное участие в исследовательской или конструкторской работе, по результатам которой выполнена публикация, написание текста публикации;

[44] - разработка 1-й редакции материала.