1. ТЕОРЕТИЧЕСКО-ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. МЕТОДЫ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ

1.1 Расчетно-логическая схема резервирования системы Теоретическое обоснование:

Для анализа надёжности систем с резервированием используются расчётно-логические схемы. «Расчетно-логической схемой резервирования системы в большинстве случаев является схема, на которой элементы системы имеют параллельно-последовательное соединение» [1, с. 1]. Данные схемы позволяют представить структуру системы с точки зрения надёжности, где последовательное соединение означает, что отказ любого элемента приводит к отказу всей группы, а параллельное соединение указывает на наличие резервных элементов, способных взять на себя функции отказавших.

Практический пример: Для дублированного FM-передатчика (схема 1+1) расчетно-логическая схема будет представлять собой параллельное соединение двух блоков. Первый блок – основной передатчик, второй блок – резервный передатчик. С точки зрения надёжности, система откажет только в том случае, если откажут оба блока одновременно. Если же рассматривать сам передатчик как сложную систему (рисунок 1), то внутри него элементы (В –возбудитель, У – усилитель мощности, БП – блок питания) соединены последовательно – отказ любого из них выводит из строя данный конкретный передатчик.

Рисунок 1 – Параллельное соединение (Схема 1+1 для FM-станции)

9

1.2 Резервирование общее Теоретическое обоснование: Существует два основных подхода к

построению структуры резервирования. «Имеется два вида резервирования – резервирование системы в целом (резервирование общее) и резервирование системы по элементам (резервирование раздельное)» [1, с. 1]. При общем резервировании резервируется вся система целиком. Это означает, что параллельно основному объекту подключается один или несколько идентичных объектов, способных выполнять ту же функцию.

Рисунок 2 – Схема общего резервирования

Практический пример: Система «Дублированный FM-передатчик» является примером общего резервирования. В этом случае «элементом» расчёта надёжности выступает весь передающий комплекс целиком. На антенной вышке установлены два независимых передатчика: основной (П1) и резервный (П2). Если происходит отказ основного передатчика (например, выход из строя возбудителя), то в действие вступает система коммутации, переключающая антенну и цепи питания на резервный передатчик. Таким образом, резервируется вся функция вещания целиком.

К преимуществам такого подхода в данном примере относится простота реализации: не требуется резервировать отдельные модули внутри

10

передатчика, достаточно иметь полный комплект оборудования. Однако, если в основном передатчике откажет только один малый элемент (например, предохранитель), система переключится на целый резервный агрегат, что не всегда рационально с точки зрения ресурса.

1.3 Резервирование раздельное Теоретическое обоснование: Вторым видом является резервирование

системы по элементам (раздельное). В этом случае резервируются отдельные, как правило, наименее надёжные или наиболее ответственные элементы системы. «Резервирование раздельное имеет следующее преимущество–- выигрыш в надёжности при прочих равных условиях выше, чем при общем резервировании. Резервирование системы по элементам особенно выгодно при большом числе и увеличении кратности резервирования».

Рисунок 3 – Схема раздельного резервирования

Практический пример: Если бы в нашем FM-передатчике было реализовано раздельное резервирование, структура выглядела бы иначе. Например, внутри одного корпуса передатчика имелись бы два возбудителя (основной и резервный) и два усилителя мощности, работающие параллельно через сумматоры мощности, как на рисунке 4. При отказе одного усилителя мощности система продолжала бы работать на пониженной мощности или переключалась на резервный усилитель внутри самого устройства, не требуя

11

переключения всего агрегата.

Для радиовещательных станций раздельное резервирование часто применяется в мощных передатчиках, где выходной каскад состоит из нескольких модулей [3]. Если один модуль выходит из строя, остальные продолжают работать, обеспечивая вещание, хоть и с меньшей мощностью. Это обеспечивает более высокую точечную надёжность, так как отказ одного компонента не требует задействования всей резервной машины, но технически такая схема сложнее и дороже в изготовлении из-за необходимости множества точек переключения и контроля.

Рисунок 4 – Схема раздельного резервирования (Схема 1+1 для FM-станции)

1.4 Разновидности резервирования Теоретическое обоснование:

Классификация резервирования многообразна и определяется рядом признаков из таблицы 1 [1, с. 1].

12

Одним из ключевых критериев классификации резервирования является кратность резервирования. «Под кратностью резервирования понимается отношение числа резервных элементов расчета к числу резервируемых – основных» .

Особое место занимает резервирование с целой кратностью, когда один основной элемент резервируется одним или более резервными.

Частным случаем является дублирование – резервирование с кратностью, равной единице.

По способу включения различают постоянное резервирование и резервирование замещением, как на рисунке 5. «Резервирование постоянное – резервирование, при котором резервные элементы участвуют в функционировании объекта наравне с основными». «Резервирование замещением – это такое резервирование, при котором функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного» [1, с. 3].

13

Рисунок 5 – Резервирование: а – постоянное; б – замещением

В зависимости от режима работы резерва различают:

–Нагруженный резерв (горячий) – элемент находится в том же режиме, что и основной;

–Облегченный резерв (тёплый) – элемент находится в менее нагруженном режиме;

–Ненагруженный резерв (холодный) – элемент практически не несет нагрузки.

Практический пример: В системе дублированного FM-передатчика (схема 1+1) предполагаемо реализовано резервирование с целой кратностью, равной единице (дублирование). В зависимости от технических требований, на радиостанции могут применяться разные режимы работы резерва:

–Нагруженный резерв (горячий). Оба передатчика включены и работают в эфир, возможно, через сумматор мощности или каждый на свою антенну. В этом случае оба агрегата расходуют свой ресурс (выходные лампы или транзисторы изнашиваются);

–Облегченный резерв (теплый). Резервный передатчик включен в сеть, его цепи накала или драйверы активны, но выходной каскад «спит» (не излучает в антенну). Это позволяет быстрее переключиться в эфир, экономя ресурс выходных ламп;

–Ненагруженный резерв (холодный). Резервный передатчик полностью обесточен. Переключение занимает больше времени (нужен прогрев), но ресурс оборудования сохраняется максимально.

14