Влияние помех на работоспособность МПУСУ

МПУСУ предназначены для работы в жестких условиях эксплуатации, которым относятся:

1) наличие пыли и твердых предметов;

2) наличие влаги, капель;

3) электромагнитные излучения;

4) наличие агрессивных сред;

5) вибрация и удары;

6) наличие взрывоопасных зон;

7) сбои по электропитанию;

8) расширенный диапазон температур.

Для обеспечения работы в жестких условиях электронные устройства промышленного компьютера размещают в специализированном металлическом электронном корпусе, который называют шасси. Однако применение шасси не гарантирует полного исключения влияние вредных факторов на функционирование электронной части МПУСУ.

Необходимо выделить три фактора, которым не может противостоять шасси:

1. Электромагнитными излучениями (ЭМИ). ЭМИ естественного (например, разряды молний) или искусственного (например, сварка) происхождения наводят в кабельных соединениях паразитные импульсы большой амплитуды, которые по проводам проникают вовнутрь шасси в электронную часть и могут полностью нарушить ее работоспособность (привести к сбоям и отказам).

2. Сбои по системе электропитания. В системе электропитания возможны помехи различного рода и происхождения, включая пропадания питания.

3. В электронной части МПУСУ имеются аналоговые контура, чувствительные к различным родам помех, включая помехи, наводимые цифровыми устройствами в процессе их переключений.

ЭМИ влияют на работоспособность входных каскадов измерительного контура и контура управления, а также порта ЛВС. Для борьбы с данными помехами во входных и выходных каскадах применяют гальваническую развязку с оптической или трансформаторной связью. Для защиты от короткого замыкания и перегрузок по току, которые могут возникнуть под воздействием ЭМИ используют самовосстанавливающие предохранители.

Для защиты входных и выходных цепей от превышения уровней напряжений применяют диодные ограничители на базе диодов Шотки.

Сбои по электропитанию влияют на функционирование источника вторичного электропитания (ИВЭП) электронного оборудования вычислительного устройства МПУСУ. Шасси промышленного компьютера снабжается отказоустойчивым ИВЭП с диапазоном входных напряжений от 110 до 260В переменного тока. Однако, этого недостаточно для обеспечения непрерывной работы вычислительного устройства МПУСУ. Для защиты МПУСУ от сбоев по электропитания применяют источники бесперебойного питания (ИБП).

ИВЭП шасси относятся к импульсным источникам питания, которые используют инверторы на высоких частотах. Достоинства импульсного источника питания известны, в первую очередь, это высокий КИД и малые массогабаритные параметры. Недостатком импульсного источника питания является «шумный» контур питания и земли, наводимый внутренним генератором, и данные шумы не всегда удается отфильтровать в ИВЭП.

Подключение аналоговых контуров к ИВЭП напрямую приводит к снижению точностных характеристик измерения и искажению уровня сигнала управления.

Вычислительный контур реализован на цифровых устройствах, которые в процессе переключений наводят помехи в линиях питания и заземления. Для борьбы с данными помехами используют шунтирующие емкости, которые устанавливают в непосредственной близости от ножки заземления интегральной схемы. Однако шунтирующие емкости только минимизируют уровни помех и полностью их подавить не могут. Как следствие, прямое подключение сигнальных линий, шин питания и заземления между цифровыми и аналоговыми устройствами приводит к снижению точностных характеристик последних, а в некоторых случаях возможны ситуации нарушения функционирования аналоговых устройств.