Технознание. Защита от "Дурака" ч.3

Исполнение оборудования для ответственных применений очень сильно отличается от бытовых приборов. Но все же основные технические решения едины.

В технике под защитой от дурака понимается защита от перевода оборудования в нештатное состояния. Т.е. весь спектр физических и алгоритмических средств для превращения нештатного воздействия на оборудование в штатное. (Такое техническое волшебство). Наиболее действенным методом защиты оборудования является механическая и программная защита. Программные защиты от нештатной работы на сегодняшний день позволяют уберечь оборудование от краха даже при появлении частичной аппаратной неисправности! (Хотя и сейчас можно встретить адептов только аппаратной защиты.)

Но темой сегодняшней статьи будет механическая защита.

Суровое решение проблемы несанкционированного доступа, которое я ни разу не встречал в своей практике, хотя и имел дело с очень ответственным оборудованием. У нас чаще использовали пломбы.

Если использование механической защиты органов управления от несанкционированного доступа понятно всем, то использование механической защиты при конструировании оборудования неочевидно.

Дело в том, что существуют части оборудования, которые недоступны пользователю совсем и сопрягаются и собираются на заводе обученными рабочими под чутким присмотром технолога, а есть части, которые участвуют в оперативном подключении-отключении. Это может происходить единовременно при пусконаладке оборудования до его утилизации либо при периодической частичной сборке и разборке технических систем в течении всего срока эксплуатации оборудования.

При этом, наряду с надежностью, предъявляются требования по идентичности каждого процесса оперативного подключения. Т.е. правильности процесса сборки при отсутствии технолога. Для этого в приборостроении используют механические решения в виде направляющих и "ключей" для разъемных соединений. Под ключом в разъемном соединении понимается механическая вставка, либо неоднородность в конструкции, не позволяющая неверно произвести сопряжение и подключение разъемного соединения. Иначе говоря, не позволяющая "неправильно воткнуть" разъем.

При этом направляющие часто используются в роли тактильных "подсказчиков" для сборщика систем и аппаратуры. Особенно в труднодоступных местах с плотной компоновкой.(Если что-то туго идет, значит надо остановиться и разобраться - почему?)

Примеры ключей и направляющих при конструировании аппаратуры. Для разъема РМ в правом нижнем углу ключ идет скорее как дополнение к конструктивной асимметрии разъема.(Но военные люди очень сильные и ключ тут будет нелишней защитой).

Механические защиты не ограничиваются только защитами от неправильного подключения, но и позволяют сильно сэкономить при конструировании систем с "горячим подключением".

Под "горячим подключением" понимается коммутация оборудования без его обесточивания.(Как пример - подключение USB флешки к компьютеру). Как я указывал в предыдущих частях этого обзора, важным компонентом проектирования является обнуление межкорпусных токов сопрягаемого оборудования и наличие заземления. Эти мероприятия необходимы для сопряжения оборудования питаемого от разных источников.

Для сопряжения оборудования питаемого от одного источника необходимо обеспечение правильного порядка подключения сигнальных линий и линий питания в системе.

PXI Backplane. Пример разъемного соединения с механическим обеспечением порядка подключения электрических цепей. В красном кружке видны 3 градации длины соединительных штыревых контактов. В таком решении обеспечена возможность "горячего подключения".

Первой в таком случае должна подключаться защитная земля, второй сигнальная земля и питание, третьими - линии передачи данных и прочие сигналы. Этот порядок подключения позволяет выровнять межкорпусные потенциалы подключаемых устройств до сборки сигнальных цепей и исключить попадание "нежных" сигнальных цепей под влияние "случайных" потенциалов подключаемых устройств. И обеспечивает правильное "стекание" статического потенциала при оперативном подключении частей оборудования. Кроме того, этот порядок позволяет исключить эффекты когда сигнальные линии подключаются раньше линий питания оборудования, что может приводить к т.н. эффекту "тиристорного защелкивания" в микросхемах, очень губительного для подключаемого оборудования.

Знакомые всем пользователям носители данных c интерфейсами SD и USB. Выделена область контактных групп. Механическое расположение контактов гарантирует подключение линий питания до сигнальных линий.

Эффект "тиристорного защелкивания" может быть вызван нарушением порядка подключения или воздействием протекающего статического заряда. Сам эффект достоин освещения в отдельной статье отдельного цикла.

Таким образом, для правильного подключения частей оборудования к системе желательно это делать в обесточенном состоянии, но благодаря работе конструкторов мы имеем возможность "горячего подключения" без перерыва в работе оборудования. (В западной литературе эта возможность именуется Hot Swap).

Соблюдение правильной последовательности подключения внешних устройств позволит вашему оборудованию работать долго и счастливо!

Продолжение следует

Технознание. Защита от "Дурака" ч.1 | Записки радиоконструктора | Яндекс Дзен (yandex.ru)

Технознание. Защита от "Дурака" ч.2 | Записки радиоконструктора | Яндекс Дзен (yandex.ru)

Технознание. Защита от "Дурака" ч.4 | Записки радиоконструктора | Яндекс Дзен (yandex.ru)