Глава первая. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ

1.1. Электромагнитная совместимость ЦТС с внешней средой

Одна из основных задач, стоящих перед разработчиками и эксплуатирующим персоналом ЦТС, — обеспечение работоспособности аппаратуры в заданных условиях внешней среды. Иными словами, технические средства должны быть совместимы с внешней средой, являющейся источником нежелательных воздействий на ЦТС. К ним можно отнести климатические (изменения температуры и влажности), механические (вибрации и удары) и электромагнитные воздействия. Обеспечение совместимости ЦТС с внешней средой по какому-либо конкретному виду воздействия практически реализуется с помощью технических требований (ТТ), которые вносятся в техническое зал ние (ТЗ) на разработку изделия, а впоследствии — в ернические условия (ТУ) на изготовление. При этом разработчик проектирует и испытывает изделие таким образом, чтобы заведомо гарантировалась его работоспособность в совокупности условий, оговоренных в ТТ. Эксплуатирующий персонал со своей стороны должен обеспечить для работы изделия условия, предусмотренные в ТУ. Чтобы избежать неоправданного разнообразия требований по одному и тому же виду воздействия внешней среды, ТТ обычно задают, исходя из стандартизованных норм. Так, например, информационная совместимость обеспечивается выполнением требований ряда стандартов, регламентирующих цифровые коды для ввода и вывода информации. Широко применяются стандартные сопряжения (интерфейсы) при объединении отдельных ЦТС в комплексы. Разработаны совместимые системы команд и унифицированные

алгоритмические языки, обеспечивающие программную совместимость различных по исполнению ЭВМ.

Совместимость в отношении климатических и механических воздействий внешней среды обеспечивается выполнением требований ряда стандартов, регламентирующих группы жесткости этих воздействий [2].

Обеспечение электромагнитной совместимости ЦТС с внешней средой регламентировано гораздо хуже. Так, имеющиеся в стандартах [2] требования по качеству электроснабжения ЭВМ регламентируют только допустимые отклонения от номинального напряжения и номинальной частоты в сети первичного питания, что, безусловно, недостаточно для обеспечения совместимости ЭВМ с сетью питания. Требования на необходимую защиту от внешних электромагнитных помех и вовсе отсутствуют, а на допускаемое излучение ограничиваются регламентированием радиопомех, создаваемых аппаратурой ЭВМ [3], что опять-таки недостаточно для обеспечения совместной работы ЦТС в составе комплексов. Такое положение часто приводит к ненадежному функционированию ЦТС во время эксплуатации в неблагоприятной электромагнитной обстановке и, как следствие, к экономическому ущербу, состоящему из расходов на восстановление вышедшей из строя аппаратуры, восстановление и перезапуск поврежденных программ, из потерь от простоя аппаратуры и порчи продукта (для управляющих ЭВМ). По данным Министерства торговли США [4] этот ущерб для пользователей крупных ЭВМ только из-за различного рода нарушений электроснабжения может достигать 100—150 тыс. долларов в год.

ЭВМ, спроектированные без учета необходимости обеспечения ЭМС, работают нестабильно даже в благоприятных условиях эксплуатации и сбиваются при включении или выключении отдельных внешних устройств, других ЭВМ, осциллографа, паяльника и даже освещения.

Таким образом, обеспечение электромагнитной совместимости ЦТС с внешней средой — это объективная необходимость.

Понятие электромагнитной совместимости (ЭМС) до недавнего времени относили только к свойствам радиоэлектронных средств (РЭС). Считали, что ЭМС — это свойства РЭС выполнять свои функции при действии непреднамеренных помех от радиоэлектронных и электротехнических средств и не создавать таких помех другим РЭС [5]. В данном смысле ЭМС РЭС имеет давние традиции и практически

оформилась в самостоятельную научную дисциплину.

Проблемой ЭМС РЭС занимается ряд международных организаций, в том числе Международная электротехническая комиссия (МЭК), Международный союз электросвязи (МСЭ), Международный специальный комитет по радиопомехам (CISPR) и др. Ими разрабатываются и внедряются нормы по обеспечению и рекомендации по улучшению ЭМС РЭС. Соответствующая работа ведется и в Советском Союзе. Разработаны и введены в действие общесоюзные нормы на допустимые уровни радиопомех от электрических устройств, на помехозащищенность радиоприемников и телевизоров и др.

Но, как уже упоминалось выше, проблема обеспечения ЭМС с внешней средой актуальна не только для РЭС, но и для ЦТС, поскольку безотказность и достоверность работы ЦТС не должны существенно зависеть от вреднего влияния нежелательных внешних электромагнитных воздействий, а сами ЦТС не должны создавать радиопомех, превышающих установленные нормы, и помех работе других ЦТС.

К сожалению, богатый опыт, накопленный в области ЭМС РЭС, полезен при обеспечении ЭМС ЦТС только в той мере, в какой это касается вопросов нормирования и измерения радиопомех, создаваемых ЦТС, и восприимчивости ЦТС к узкополосным помехам. При обеспечении ЭМС ЦТС по другим видам внешних помех арсенал этих средств (норм, измерительной аппаратуры, рекомендаций) практически малополезен. Причина состоит в том, что проблема обеспечения ЭМС ЦТС имеет ряд специфических отличий. Так, информационные (полезные) сигналы в аппаратуре ЦТС являются не радиосигналами, а представляют собой уровни напряжения или тока и видеоимпульсы. Длительность полезных сигналов в современных ЦТС снизилась до десятков, единиц и даже долей наносекунд. Наличие запоминающих схем приводит к тому, что сбой в работе ЦТС может быть вызван очень кратковременной одиночной импульсной помехой. Еще одна особенность заключается в том, что даже «полезное» с точки зрения ЭМС РЭС электромагнитное излучение (например, работа радиовещательных и телевизионных станций, радиолокаторов в отведенных им диапазонах частот и т. п.) может стать нежелательным воздействием для ЦТС. Между тем очевидно, что эти «полезные» излучения не могут быть каким-либо приемлемым образом ограничены.

Существующие многочисленные информационные способы борьбы с помехами [6] также недостаточно эффективны при обеспечении ЭМС ЦТС, поскольку в них в качестве основного объекта рассматривается канал связи, подверженный влиянию помех. Этого достаточно для оценки помехозащищенности каналов связи технических средств передачи информации (например, в системах сбора информации, телемеханики, телеметрии и т. д.). Между тем в устройствах обработки помехи воздействуют одновременно на множество линий связи и на большую часть, а то и на всю информацию, содержащуюся в устройстве. В таких условиях более эффективны схемные и конструктивные способы борьбы с помехами.

Каковы же основные задачи, подлежащие разрешению при обеспечении ЭМС ЦТС? Это определение перечня наиболее опасных видов внешних помех, выбор совокупности параметров, характеризующих эти внешние помехи, и восприимчивость к ним ЦТС; выбор или разработка приборов для измерения помех и восприимчивости; проведение статистических исследований электромагнитной обстановки на типовых объектах, где вероятна установка ЦТС; разработка стандартных норм на допускаемую восприимчивость ЦТС по каждому виду внешних помех и на допускаемое излучение помех аппаратурой ЦТС; разработка эффективных и экономичных способов обеспечения ЭМС ЦТС в соответствии с требованиями норм.

Конечно, трудно ожидать, что столь обширная программа будет завершена в полном объеме уже в ближайшее время. Проблема обеспечения ЭМС РЭС существует несколько десятков лет, тем не менее и она еще далека от завершения.

Вообще говоря, обе эти проблемы можно рассматривать как частные случаи гораздо более общей проблемы обеспечения ЭМС любых электротехнических средств.