III. Методы конвергенции.

1) Метод упорядоченного поиска.

Цель: решить задачу проектирования с логической достоверностью.

План действий:

- выявить компоненты задачи (задающие переменные, независимые переменные, выходные переменные) и назначить целям решения (целевым функциям) веса в соответствии с их относительной важностью

- выявить зависимости между переменными

- спрогнозировать вероятные значения независимых переменных (факторов окружающей среды и т.п.)

- выявить граничные условия по переменным

- присвоить числовые значения каждому из факторов решения (т.е. проверить ряд вариантов решения) и вычислить значения выходных переменных

- выбрать те решения, при которых достигается наилучшее или хотя бы приемлемое решение для всех целевых функций с учетом их веса.

Применение: метод применим только для задач проектирования, в ходе которых не могут измениться исходные зависимости, основные факторы четко определены, структура системы устойчива

Обучение: для использования метода необходима значительная математическая подготовка проектировщика и знания теории систем

Стоимость и время: метод имеет смысл применять только при использовании ЭВМ на всех этапах обработки информации.

2) Метод переключения стратегий.

Цель: добиться минимального времени разработки проектного решения путем использования достоинств различных проектных методов.

План действий:

- приступить к работе по стратегии, которая по замыслу проектировщиков соответствует задаче

- действуя в соответствии с этой стратегией фиксировать все существенные варианты проектировщиков, которые не укладываются в рамки данной стратегии

- не возобновлять работу по выбранной стратегии, пока не будет уверенности, что каждый из вариантов в достаточной мере исследован

- когда накоплено достаточно промежуточных результатов, проверить сходимость направлений плановой стратегии проектирования и исследованных смежных вариантов

- если эти два направления противоречат друг другу, принять решение об оставлении первоначальной стратегии проектирования или переходе к новой, непротиворечивой, стратегии

- повторять до реализации проекта.

Применение: метод может применяться для решения практически любой задачи проектирования.

Обучение: метод требует умения мыслить на двух уровнях, абстрагируясь от основной проектной стратегии, что требует определенной квалификации проектировщика.

Стоимость и время: метод позволяет существенно сократить затраты на разработку проекта.

Особенности проектирования некоторых подсистем информационной системы Проектирование системы питания ис

Система питания ИС состоит из распределительного уст­ройства, вторичных источников питания, токопроводящих шин, схем защиты и устройств управления для включения и отключения питающих напряжений. Система питания получает энергию от внешнего источника, называемого первичным источником. Эта энергия обеспечивает выработку и подачу требуемых напряжений и токов на вторичные источники питания. Она имеет определенное время восстановления напряжения при скачкообразном изменении нагрузки. Кроме того, в системе питания должна быть предусмот­рена защита от помех первичной сети и подавление помех, генери­руемых аппаратурой ИС.

Для ряда ИС система питания должна обеспечивать бес­перебойную подачу питающих напряжений на устройства от ре­зервированных источников первичного питания со специальным управлением резервированием.

Устройства защиты и управления для включения и отключе­ния питающих напряжений вторичных источников должны соб­людать определенный порядок подключения источников питания при включении и отключении. Одно из важнейших требований, предъявляемых к устройству защиты, — минимальное время сра­батывания защиты, т.е. отключение питания по сигналу защиты и указание места неисправности, а также выдача сигнала нарушения питания в вычислительную машину для исключения потери ин­формации. Кроме того, питание не должно включаться, если нет одного из его номиналов, установленных для работы схем.

Сигналы защиты системы питания предусматриваются не­скольких видов, каждый из которых обеспечивает устранение определенных аварийных ситуаций. В зависимости от условий рабо­ты ИС и особенности ее технических решений определяется состав сигналов защиты.

Сигналы защиты условно разделены на две группы. Первая группа обеспечивает защиту источников питания от нарушений у потребителя. Вторая группа защищает потребителей от нарушений параметров источников питания, которые могут вызвать выход из строя элементов устройств ИС. К первой группе относятся сигналы, которые появляются в результате:

- превышения тока потребляемого устройством по отноше­нию к допустимому. Обычно предусматривается выдача сигнала при превышении тока на 20-30% относительно допустимого зна­чения;

- превышения температуры источника напряжения против допустимой более чем на 5-10°С.

К сигналам второй группы относятся сигналы, которые связа­ны с:

- повышением напряжения питания элементов, которое вы­рабатывает источник. Увеличение напряжения питания выше пре­дельно допустимого для используемых микросхем приводит либо к их выходу из строя (выгоранию), либо к понижению их надеж­ности;

- понижением напряжения питания источника. Уменьшение напряжения питания также может приводить к выходу элемента из строя, особенно в тех случаях, когда для работы элемента ис­пользуется несколько номиналов питания;

- повышением выше допустимого значения температуры элемента. Оно либо приведет к выходу из строя элемента (выгора­нию), либо к значительному понижению надежности (повышению интенсивности выхода из строя).

Основные принципы построения системы питания.

Сис­тема питания получает и преобразовывает первичную электро­энергию в энергию с параметрами, требуемыми для работы ИС. В качестве первичного источника электроэнергии могут использоваться:

- промышленная сеть трехфазного переменного тока на­пряжением 380 В частотой 50 Гц;

- двухфазная сеть постоянного тока напряжением 27, ПО и 220В;

- сеть переменного тока напряжением 220 В, частотой 427 Гц как двухфазная, так и трехфазная.

Возможны и другие источники первичного питания, однако перечисленные находят более широкое применение в ИС.

Для ИС используются специальные средства, чтобы ис­ключить влияние помех первичной сети, особенно импульсных. Проблема защиты от импульсных помех, которые появляются при релейном подключении и отключении нагрузки и получили назва­ние коммутационных, решается несколькими путями. Широкое распространение (главным образом, для стационарных АСУ) име­ют развязки для постоянной составляющей и коммутационных помех, реализуемые мотор-генераторной установкой, которые также повышают стабильность первичного напряжения. Для под­вижных объектов с ИС используются специальные устройст­ва, развязывающие по постоянной составляющей, и различные фильтры для ослабления коммутационных помех.

Ввиду несоответствия между параметрами напряжения пер­вичной сети и напряжения питания устройств необходимо приме­нение между ними специальных устройств, которые преобразо­вывают высокое переменное или постоянное первичное напряже­ние для питания полупроводниковых схем и микросхем с требуе­мыми характеристиками стабильности и точности. Эти устройства получили название вторичных источников питания (ВИП).

На Рисунке 26 приведены варианты схем системы питания:

а) структурная схема питания с мотор-генераторной развязкой для разных частот переменного тока;

б) та же схема для одинаковых частот первичной сети и сис­темы;

в) система для переменного напряжения с устройством раз­вязки Р по постоянной составляющей со схемой повышения ста­бильности первичного питания и фильтрами защиты Ф от комму­тационных помех по постоянному напряжению;

г) система для постоянного напряжения с устройством развяз­ки Р1 по постоянной составляющей и фильтрами защиты Ф1 от коммутационных помех по постоянному напряжению.

Рисунок 26 – Варианты схем системы питания.

Система питания (Рисунок 27) состоит из двух частей. Первая часть включает распределительное устройство и кабели для пере­дачи энергии. Распределительное устройство принимает первич­ное питание и распределяет его между отдельными частями ИС — приборами. Кроме того, распределительное устройство осуществляет резервирование первичных источников питания и производит управление (при необходимости — бесперебойное) подачей питания на вторую часть системы питания.

Рисунок 27 – Структурная схема системы питания.

В системах питания ВМ получили распространение устройст­ва непрерывного питания, которые выполняют функции фильтра коммутационных помех и стабилизатора первичного напряжения, а также некоторое время поддерживают выходное напряжение при пропадании первичного, что важно при переключении основного питания на резервное.

Вторая часть системы питания включает ВИП, устройства, защиты (УЗ) и устройство управления питанием прибора (УУПП).

Количество устройств питания в большинстве случаев определяет­ся количеством приборов или групп приборов в системе питания. Устройство питания практически выполняет все функции, связан­ные с обеспечением питания элементов, управлением подачей пи­тания и защитой. Система питания должна обеспечивать управле­ние и подачу напряжения в различных режимах работы ИС. При работе системы питания можно выделить три режима: Профилактический режим работы собственно системы пита­ния. Он нужен для проверки работы всех частей системы питания и проводится по соответствующим документам эксплуатации сис­темы.

Режим обеспечения профилактической работы ИС является штатным режимом ее работы. В этом режиме обычно предусматриваются возможности местного и централизованного управления включением и выключением устройств питания от­дельных частей ИС.

При местном управлении включение и отключение каждого устройства питания производится автономно и независимо от дру­гих устройств. Это дает возможность проводить профилактиче­ские работы с частями ИС параллельно и независимо от дру­гих частей.

Централизованное управление предусматривает одновремен­ное включение всех устройств питания с одного места, а также выполнение операций, связанных с переключением при резерви­ровании как устройств питания, так и частей ИС в соответст­вии с подаваемыми сигналами из устройства управления резерви­рованием. Для перехода на централизованное управление систе­мой питания необходимо, чтобы все устройства питания были пе­реключены операторами с местных цепей на централизованную цепь управления. При этом отключаются цепи местного управле­ния питания.

В основном (штатном) режиме работы ИС система пи­тания всегда находится в состоянии централизованного управле­ния. В этом режиме для включения и отключения ИС требу­ется нажатие соответственно на кнопку «Включение» и «Отклю­чение».

Определим требования к отдельным частям системы питания. Эти требования связаны как с характеристиками первичного пита­ния, так и с требованиями элементов и схем устройств к источни­кам вторичного питания. Главной частью устройства питания яв­ляется ВИП, который преобразует подаваемое первичное напря­жение в напряжение, требуемое для питания элементов схем, т.е. выдает постоянное напряжение требуемой стабильности, величи­ны и мощности.

Характеристики первичного питания определяются ГОСТом. Первичное напряжение обычно имеет стабильность ± 10% и до­пускает кратковременные отклонения до 25%. Вторичное напря­жение требуется с суммарной стабильностью 2-3% от номиналь­ного значения при изменении как первичного напряжения, так и нагрузки от 0,2 - 0,3 до 1. ВИП, кроме выработки напряжения тре­буемой величины, стабильности и мощности, должен иметь такую нагрузочную характеристику, чтобы при коротком замыкании на выходных клеммах он не выходил из строя, а только происходило значительное снижение выходного напряжения.

Важное значение при импульсной нагрузке на ВИП имеет его динамическая характеристика, которая определяет время реакции ВИПа на изменение нагрузки.

Принципы построения ВИПа, кроме рассмотренных выше ха­рактеристик, оцениваются коэффициентом полезного действия (КПД):

КПД ВИПа в значительной мере зависит от требуемой стабильности выходного напряжения, мощности и времени реакции. КПД оказывает большое влияние на тепловой режим работы ВИПа в аппаратуре. Чем ниже КПД, тем больше надо отводить тепла от ВИПа. КПД у отдельных ВИПов достигает более 90%, однако в среднем оценивается в 80 - 90%.

Необходимо отметить, что все ВИПы должны иметь развязан­ные от корпуса выходные клеммы, которые допускали бы, в зави­симости от подключения нулевой шины (земли), получать как по­ложительное, так и отрицательное значение номинала напряжения питания. Кроме того, желательно предусматривать возможность организации напряжения, состоящего из нескольких номиналов напряжения питания нескольких ВИПов.

Необходимо обращать особое внимание на подключение к каждому ВИПу устройств защиты для обеспечения их надежной работы. Выходы устройств защиты подключаются к устройству управления, в котором реализуется определенная логика реакции на эти сигналы.