книги / Надёжность систем автоматизации
..pdfвыполнять подобные замены даже без выключения компьютера.
Hot Swap (hot swap, hot swapping – «горячая» замена).
Данный термин, как правило, применяется к дисковым массивам и служит для обозначения, что данное устройство (например, контроллер RAID) позволяет заменять оборудование, не отключая его и, таким образом, не прерывая работу всего устройства.
Источник бесперебойного питания (ИБП) (UPS – uninterruptible power supply) – автоматическое устройство,
позволяющее подключенному оборудованию некоторое (как правило, непродолжительное) время работать от аккумуляторов ИБП при пропадании электрического тока или при выходе его параметров за допустимые нормы. Кроме того, оно способно корректировать параметры (напряжение, частоту) электропитания. Часто применяется для обеспечения бесперебойной работы компьютеров. Может совмещаться с различными видами генераторов электроэнергии.
Существует три схемы построения ИБП:
– резервная используется для питания персональных компьютеров или рабочих станций локальных вычислительных сетей. Практически все недорогие маломощные ИБП, предлагаемые на отечественном рынке, построены по резервной схеме. При выходе электропитания за нормированные значения напряжения или при его отсутствии автоматически переключает подключенную нагрузку к питанию от аккумуляторов (с помощью простого инвертора). При появлении нормального напряжения снова переключает нагрузку на питание от сети. Недостатком данного вида ИБП является несинусоидальный выход и относительно долгое время переключения на питание от батарей. За счет КПД около 99 % практически бесшумны и с минимальными тепловыделениями. Не могут корректировать ни напряжение, ни частоту.
231
–интерактивная – то же самое, но помимо этого на входе присутствует ступенчатый стабилизатор напряжения, позволяя получить регулируемое выходное напряжение. Инверторы некоторых моделей интерактивных ИБП выдают напряжение синусоидальной формы вместо прямоугольной или трапецеидальной, как у предыдущего варианта. Время переключения меньше, чем в предыдущем варианте, так как осуществляется синхронизация инвертора с входным напряжением. КПД ниже, чем у резервных.
–он-лайн используется для питания файловых серверов
ирабочих станций локальных вычислительных сетей, а также любого другого оборудования, предъявляющего повышенные требования к качеству сетевого электропитания. Принцип работы состоит в двойном преобразовании (double conversion) рода тока. Сначала входное переменное напряжение преобразуется в постоянное, затем обратно в переменное напряжение с помощью обратного преобразователя (инвертора). ИБП двойного преобразования имеют невысокий КПД (от 80 до 94 %), из-за чего отличаются повышенным тепловыделением и уровнем шума. В отличие от двух предыдущих схем способны корректировать не только напряжение, но
ичастоту.
Многие ИБП оснащаются модулем, который способен передать компьютеру информацию о своем состоянии (например, уровень заряда батарей, параметры электрического тока на выходе) и о состоянии питания на входе (напряжение, частоту), при этом поставляющееся ПО, проанализировав ситуацию, позволяет безопасно выключить компьютер, завершив работу всех программ.
232
Приложение 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ОТКАЗО- И СБОЕУСТОЙЧИВОГО ЦИФРОВОГО УСТРОЙСТВА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ С МАЖОРИТИРОВАНИЕМ ВЫХОДНЫХ СИГНАЛОВ
П2.1. Краткие сведения об Electronics Workbench
Программа Electronics Workbench («Верстак») фирмы Interactive image technologies (Канада) позволяет моделиро-
вать аналоговые, цифровые и цифроаналоговые схемы большой степени сложности. Имеющиеся в программе библиотеки включают в себя большой набор широко распространенных электронных компонентов.
Компоненты схемы «перетаскиваются» мышкой из соответствующих библиотек на наборное поле.
Необходимо знать условные графические обозначения элементов по стандарту США:
– логический элемент И (AND) = AB;
– логический элемент И-НЕ (NAND) = AB;
– логический элемент ИЛИ (OR) = A B;
– логический элемент ИЛИ-НЕ (NOR) = A B;
– логический элемент НЕ (NOT) = A;
– логический элемент Исключающее ИЛИ
(ХOR) = A B
(сложение по модулю 2);
– логический элемент Исключающее ИЛИ–НЕ
(NXOR) = A B = A ↔ B
(эквиваленция).
233
Для соединения компонентов проводниками нужно подвести указатель мыши к выводу компонента. При этом на выводе компонента появится большая черная точка. Нажав левую кнопку мыши, переместите ее указатель к выводу компонента, с которым нужно соединиться, и отпустите кнопку мыши. Выводы компонентов соединятся проводником. Так обеспечивается своего рода «пайка» схемы
П2.2. Проведение эксперимента
Задание. Выполните мажоритирование выходов трех ИМС 8-канальных мультиплексоров 74151.
Предполагается, что имеются три канала с интенсивностями отказов λк по соответствующему варианту. Выходы каждого канала – 8 бит: a, b, c, d, e, f, g, передаются тремя мультиплексорами по троированной линии связи. Мультиплексоры переключаются счетчиками. В приемнике информации данные мажоритируются (рис. П2.2.1).
Рис. П2.2.1. ССН исследуемой системы
Входы данных мультиплексоров 74151 a, b, c, d, e, f, g моделируются соответствующими ключами и с целью упрощения не троируются – на все мультиплексоры идут сигналы с одних и тех же ключей (рис. П2.2.2).
234
235
Рис. П2.2.2. Мультиплексор
236
Рис. П2.2.3. Счетчик, переключающий мультиплексор
Здесь входы данных обозначены D0–D7, адресные входы – А, В, С. Выходы данных – W, Y, разрешение – G′.
Переключение мультиплексоров выполнять счетчиком 74293 (рис. П2.2.3). Счетчик тоже не троируется с целью упрощения. R01, R02 – входы обнуления неинверсные, их надо «занулить». CKA и CKB – входы синхронизации (счетные). Для работы счетчика необходимо подключить вход CKA к синхронизации С (на рис. П2.2.3 обозначен клавишей
SPACE), а выход QA – ко входу CKB. QA, QB, QC, QD – вы-
ходы данных. Они подключаются к адресным входам мультиплексора.
Мажоритарная схема на двухвходовых элементах И, ИЛИ может быть выполнена так, как на рис. П2.2.4.
Рис. П2.2.4. Мажоритар на логических элементах
Здесь a, b, с – информация с трех каналов. Не путать со входами данных мультиплексоров 74151 a, b, c, d, e, f, g!
Мажоритар на элементах И-НЕ показан на рис. П2.2.5.
237
Рис. П2.2.5. Мажоритар на элементах И-НЕ
Задание П2.2.1. Построить отказо- и сбоеустойчивое цифровое устройство передачи данных с одним мажоритаром.
Выполнить моделирование сбоев (отказов) в одном из каналов и проверить работу мажоритаров.
Моделирование отказа входов или выходов осуществляется путем удаления связи, разрыва, например ключом (ложный 0) либо «навязыванием» 1 (ложная 1), подключением на шину «+». Кроме того, возможен обрыв шин питания. Моделирование сбоя осуществляется путем инверсии сигнала.
Выполнить моделирование сбоев (отказов) в двух каналах и проверить работу мажоритаров. Выполнить моделирование сбоев (отказов) мажоритара.
Представить схему и результаты моделирования (таблицы истинности) преподавателю.
Выполнить и оформить в тетради расчеты вероятности безотказной и бессбойной работы по заданию П2.2.1.
238
Рис. П2.2.6. Отказо- и сбоеустойчивое цифровое устройство передачи данных с двумя мажоритарами
Сравнить вероятности безотказной и бессбойной работы с вариантом двух мажоритаров (рис. П2.2.6).
Задание П2.2.2. Построить отказо- и сбоеустойчивое цифровое устройство передачи данных с тремя мажоритарами.
Устройство с тремя мажоритарами представлено на рис. П2.2.7.
Рис. П2.2.7. Отказо- и сбоеустойчивое цифровое устройство передачи данных с тремя мажоритарами
239
Построить мажоритары на базе мультиплексоров 74151 путем настройки входов данных на заданную функцию. Дело в том, что мультиплексор – это универсальный логический модуль. Для восьми входов реализуется функция:
f(abc) = d0abc d1abc d2abc d3abc
d4abc d5abc d6abc d7abc.
Настраивая входы d0 , d1, d2 , d3, d4 , d5 , d6 , d7 константами 0,1 в соответствии с таблицей истинности требуемой функции, можно реализовать любую функцию трех переменных.
Входы данных можно при необходимости настраивать и переменными.
Выполнить моделирование сбоев (отказов) в одном из каналов и проверить работу мажоритаров.
Выполнить моделирование сбоев (отказов) в двух каналах и проверить работу мажоритаров.
Выполнить моделирование сбоев (отказов) мажоритаров.
Представить схему и результаты моделирования (таблицы истинности) преподавателю.
Выполнить и оформить в тетради расчеты вероятности безотказной и бессбойной работы по заданию П2.2.2.
Задание П2.2.3. Построить мажоритар на базе мультиплексоров с формированием сигнала ошибки, номера ошибки.
Мажоритар на базе мультиплексоров с формированием сигнала ошибки, номера ошибки представлен на рис. П2.2.8.
Представить схему и результаты моделирования (таблицы истинности) преподавателю.
240