Эксплуатационное обслуживание и расчет надежности импульсного блока питания

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

 

 

Кафедра «Автоматика и системы управления»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 ЭКСПЛУАТАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ  И РАСЧЕТ

НАДЕЖНОСТИ ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ

 

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине «Обслуживание информационных систем»

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент ИС-8010

__________В.А.Мансуров

 

 

Руководитель –

_________А.Б.Кильдибеков

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Омск 2009

Задание

 

Для выбранного устройства требуется описать принцип его работы, порядок проведения и виды процедур его технического обслуживания и условия эксплуатации. Взяв за основу электрическую принципиальную схему одного из функциональных блоков устройства, необходимо составить структурно-логическую схему надёжности и произвести расчёт основных параметров надёжности выбранной части устройства. Курсовой проект должен включать в себя схему электрическую принципиальную рассматриваемого функционального блока устройства и перечень элементов, необходимых для его изготовления.

 

Реферат

 

УДК 621.315.21

 

Курсовой проект содержит 31 страниц, 1 таблицу, 2 рисунка, 4 источника, 2 приложения.

 

Блок питания, принцип действия, обслуживание, надежность, интенсивность отказов, среднее время наработки до отказа, перечень элементов.

 

Целью курсового проекта является углубление знаний по курсу “Обслуживание информационных систем”, в частности, изучение вопросов, связанных с устройством и принципом действия сетевого импульсного блока питания и проведение расчета параметров надежности схемы.

При выполнении курсового проекта были использованы программные пакеты Microsoft Word 2003, Компас 3D V8.

 

Содержание

 

 

 

Введение

 

Информационные системы относятся к классу сложных систем, под которыми понимается совокупность функционально связанных разнородных устройств, предназначенных для выполнения общих функций и решения стоящих перед системой задач. Сложные системы характеризуются большим числом элементов и многообразием связей этих элементов друг с другом и внешней средой.

Эксплуатация сложной системы – это непрерывный процесс, который включает в себя использование системы по назначению и поддержание ее в технически исправном состоянии.

Эксплуатация технических систем складывается из двух составляющих: коммерческой эксплуатации (использование информационных систем по их основному назначению) и технической эксплуатации (поддержание работоспособного состояния информационной системы). К технической эксплуатации относятся плановое, или предупредительное, техническое обслуживание, восстановление работоспособности после отказа, хранение технических средств, подготовку их к работе и т.д.

Надежность функционирования информационной системы тесно связана как с экономическими показателями (чем выше надежность, тем меньше ущерб от отказов, но повышение надежности, в свою очередь, требует дополнительных затрат), так и с целями ее функционирования, и закладывается на этапах ее проектирования и строительства. Информационные системы – эргатические системы, это значит, что человек (оператор) является элементом системы. Таким образом, основная особенность информационной системы состоит в том, что надежность ее функционирования существенно зависит от субъективных факторов. Например, ошибка оператора при ручном вводе информации приводит к отказу или неверному функционированию информационной системы (получена недостоверная информация).

Информационные системы должны осуществлять анализ диагностической информации, ведение учета выработки ресурса важнейшими техническими системами и устройствами, определение времени проведения необходимых регламентных и ремонтных работ, учет повреждений и отказов, а также анализ статистики отказов по всем важнейшим видам устройств. На основе этих данных должны осуществляться планирование и организация материально-технического снабжения. Эти данные также позволят повысить обоснованность основных документов и инструкций, определяющих технологию и нормативы эксплуатационной работы, с более высокой степенью детализации их подготовки и более полным учетом действующих факторов.

 

1 Общие сведения

 

Блок питания является одним из самых ненадежных устройств компьютерной системы. Это жизненно важный компонент персонального компьютера, поскольку без электропитания не сможет работать ни одна компьютерная система. Поэтому для организации четкой и стабильной работы системы необходимо хорошо разбираться в функциях блока питания, иметь представление об ограничениях его возможностей и их причинах, а также о потенциальных проблемах, которые могут возникнуть в ходе эксплуатации, и способах их разрешения.

 

1.1 Назначение  и принцип работы блока питания

 

Главное назначение блока питания – преобразование электрической энергии, поступающей из сети переменного тока, в энергию, пригодную для питания узлов компьютера. Блок питания преобразует сетевое переменное напряжение 220В, 50 Гц (120В, 60 Гц) в постоянные напряжения +5 и +12В. Как правило, для питания цифровых схем (системной платы, плат адаптеров и дисковых накопителей) используется напряжение +3,3 или +5В, а для двигателей (дисководов и различных вентиляторов) – +12В. Компьютер работает надежно только в том случае, если значения напряжения в этих цепях не выходят за установленные пределы.

Блок питания вырабатывает не только положительные напряжения +5 и +12В, но и отрицательные -5 и -12В. Поскольку на практике выясняется, что для питания всех компонентов системы (электронных схем и двигателей) достаточно +5 и +12В, возникает вопрос, для чего же используются отрицательные напряжения питания? Ответ прост: в большинстве современных компьютеров они не используются. Хотя напряжения -5 и -12В подаются на системную плату через разъемы питания, для ее работы нужен только 5-вольтовый источник питания. Питание -5 В поступает на контакт B5 шины ISA, а на самой системной плате оно не используется. Это напряжение предназначалось для питания аналоговых схем в старых контроллерах накопителей на гибких дисках, поэтому оно и подведено к шине. В современных контроллерах напряжение -5 В не используется; оно сохраняется лишь как часть стандарта шины ISA.

Напряжения +12 и -12В на системной плате также не используются, а соответствующие цепи подключены к контактам B 9 и B 7 шины ISA. К ним могут подсоединяться схемы любых плат адаптеров, но чаще всего подключаются передатчики и приемники последовательных портов. Если последовательные порты смонтированы на самой системной плате, то для их питания могут использоваться напряжения -12 и +12В.

В большинстве схем современных последовательных портов указанные напряжения не используются. Для их питания достаточно напряжения +5В (или даже 3,3 В). Если в компьютере установлены именно такие порты, значит, сигнал +12В от блока питания не подается.

Напряжение +12В предназначено в основном для питания двигателей дисковых накопителей. Источник питания по этой цепи должен обеспечивать большой выходной ток, особенно в компьютерах с множеством отсеков для дисководов. Напряжение 12В подается также на вентиляторы, которые, как правило, работают постоянно. Обычно двигатель вентилятора потребляет от 100 до 250мА, но в новых компьютерах это значение ниже 100мА. В большинстве компьютеров вентиляторы работают от источника +12В, но в портативных моделях для них используется напряжение +5В (или даже 3,3В).

Блок питания не только вырабатывает необходимое для работы узлов компьютера напряжение, но и приостанавливает функционирование системы до тех пор, пока величина этого напряжения не достигнет значения, достаточного для нормальной работы. Иными словами, блок питания не позволит компьютеру работать при “нештатном” уровне напряжения питания. В каждом блоке питания перед получением разрешения на запуск системы выполняется внутренняя проверка и тестирование выходного напряжения. После этого на системную плату посылается специальный сигнал Power Good (питание в норме). Если такой сигнал не поступил, компьютер работать не будет. Напряжение сети может оказаться слишком высоким (или низким) для нормальной работы блока питания, и он может перегреться. В любом случае сигнал Power Good исчезнет, что приведет либо к перезапуску, либо к полному отключению системы. Если компьютер не подает признаков жизни при включении, но вентиляторы и двигатели накопителей работают, то, возможно, отсутствует сигнал Power Good.

Столь радикальный способ защиты был предусмотрен фирмой IBM, исходя из тех соображений, что при перегрузке или перегреве блока питания его выходные напряжения могут выйти за допустимые пределы и работать на таком компьютере будет невозможно.

В компьютерах с более новыми форм-факторами системной платы (типа ATX, micro-ATX и NLX) предусмотрен другой специальный сигнал. Этот сигнал, называемый PS_ON, может использоваться программой для отключения источника питания (и, таким образом, всего компьютера). Сигнал PS_ON используется операционной системой (например, Windows), которая поддерживает расширенное управление питанием (Advanced Power Management – APM). При выборе команды “Завершение работы” из главного меню, Windows автоматически отключает источник питания компьютера. Система, не обладающая этой особенностью, только отображает сообщение о том, что можно выключить компьютер.

 

 

1.2 Конструктивные размеры блоков питания

 

Габариты блока питания и расположение его элементов характеризуются конструктивными размерами, или форм-факторами. Узлы одинаковых размеров взаимозаменяемы. Проектируя компьютер, разработчики либо выбирают стандартные размеры, либо “изобретают велосипед”. В первом случае владелец компьютера всегда сможет подобрать блок питания для своей системы. При разработке оригинальной конструкции блок питания получится уникальным, т.е. пригодным только для конкретной модели (в лучшем случае – для серии моделей) какой-либо фирмы-производителя, и при необходимости его можно будет приобрести только в этой компании.

Технически блок питания в персональном компьютере представляет собой источник постоянного напряжения, преобразующий переменное напряжение в постоянное. Используемый в ПК источник питания, в отличие от других типов источников, высокоэффективен, генерирует минимальное количество теплоты, имеет небольшой размер и низкую цену.

Практически все новые блоки питания несовместимы с прежними моделями. Например, в блоках питания для систем ATX используются абсолютно новые сигналы PS_ON.

Размер блока питания определяется конструкцией корпуса. Промышленными стандартами можно считать представленные ниже модели корпусов и блоков питания.

1 Устаревшие:

– PC/XT;

– AT/Desktop;

– AT/Tower;

– Baby-AT.

2 Современные:

– LPX;

– ATX;

– SFX.

Существует множество модификаций блоков питания каждого типа, которые различаются выходными мощностями. В настоящее время практически во всех новых компьютерах используется форм-фактор ATX (или же SFX). Ниже представлено соответствие между форм-факторами системных плат и блоков питания.

Baby-AT – LPX;

LPX – LPX;

ATX – ATX;

Micro-ATX – ATX;

NLX – ATX.

 

 

 

1.3 Стандарт ATX

 

Новейшим стандартом на рынке PC-совместимых компьютеров стал ATX, который определил новую конструкцию системной платы и блока питания. В его основе лежит стандарт LPX (Slimline), но существует ряд особенностей, которые следует отметить. В настоящее время используется спецификация ATX версии 2.01.

Главная особенность состоит в том, что вентилятор теперь расположен на стенке корпуса блока питания, которая обращена внутрь компьютера, и поток воздуха прогоняется вдоль системной платы, поступая извне. Такое решение в корне отличается от традиционного, когда вентилятор располагается на тыльной стенке корпуса блока питания и воздух выдувается наружу. Поток воздуха в блоке ATX направляется на компоненты платы, которые выделяют больше всего тепла (процессор, модули памяти и платы расширения).

Другим преимуществом обратного направления воздуха является уменьшение загрязнения внутренних узлов компьютера. В корпусе создается избыточное давление, и воздух выходит через щели в корпусе, в отличие от систем другой конструкции. Например, если поднести горящую сигарету к лицевой панели дисковода в обычной системе, то дым будет затягиваться через щель в панели дисковода и вредить головкам! В АТХ-системах дым будет отгоняться от устройства, поскольку внутрь воздух попадает только через одно входное отверстие на тыльной стороне блока питания. В системе, работающей в условиях повышенной запыленности, на воздухозаборнике можно установить фильтр, который предотвратит попадание в систему частиц пыли.

Стандарт ATX был разработан фирмой Intel в 1995 году, но популярность завоевал через год, после выпуска персональных компьютеров с процессором Pentium и Pentium Pro. После появления на рынке процессоров Pentium II (1997 год) и Pentium III (1999 год) этот тип корпуса стал использоваться повсеместно, заменив Baby-AT.

Конструкция ATX (рисунок 1.1) выполняет такие же функции, как Baby-AT и Slimline, а также позволяет решить две серьезные проблемы, возникающие при их использовании. Каждый из традиционных блоков питания персональных компьютеров, применяющихся в PC, имеет два разъема, которые вставляются в системную плату. Проблема такова: если вы перепутаете разъемы, то сожжете системную плату! Большинство производителей качественных систем выпускают разъемы системной платы и блока питания с ключами, чтобы их нельзя было перепутать, но почти все дешевые системы не имеют ключей ни на системной плате, ни в блоке питания.

 

Рисунок 1.1 – Внешний вид блока питания форм-фактора ATX