по+мере+того+как...

  Nanopores

 Нанопоры

  Материалы, содержащие отверстия диаметром от одного нанометра. Разработано устройство, способное записывать последовательности нуклеотидов ДНК по мере того, как биомолекула проходит через тонкую пору в специальной кремниевой мембране. Чем меньше диаметр нанопоры, тем точнее можно управлять положением в ней молекулы. Для этой цели была изготовлена кремний- нитридная мембрана, в которой исследователи пробили электронно- лучевым методом нанопору диаметром около 1-3 нм. Было показано, что ДНК проходит через нанопору с диаметром в 2.5 нм: электрическое поле сжимает молекулу и протягивает ее через узкое отверстие.

 

 Модель ДНК, проходящей через нанопору

  Nanopores

 Нанопоры

  Материалы, содержащие отверстия диаметром от одного нанометра. Разработано устройство, способное записывать последовательности нуклеотидов ДНК по мере того, как биомолекула проходит через тонкую пору в специальной кремниевой мембране. Чем меньше диаметр нанопоры, тем точнее можно управлять положением в ней молекулы. Для этой цели была изготовлена кремний- нитридная мембрана, в которой исследователи пробили электронно- лучевым методом нанопору диаметром около 1-3 нм. Было показано, что ДНК проходит через нанопору с диаметром в 2.5 нм: электрическое поле сжимает молекулу и протягивает ее через узкое отверстие.

 

 Модель ДНК, проходящей через нанопору

 

Госсена законы
1. Утверждение, что предельная полезность любого товара уменьшается по мере того, как этот товар потребляется. 2. Вывод, который сам Г.Госсен сформулировал так: «Лицо максимизирует свою полезность, когда распределяет имеющиеся у него денежные средства между различными благами так, что достигает равного удовлетворения от последней единицы денег, истраченной на каждый из товаров» [1] (Впоследствии это положение воплотилось в известном правиле предельного анализа экономики о равенстве предельной нормы замещения конкурирующих благ и производственных факторов для получения максимального результата (оптимума)). [1] Цит. по книге: М. Блауг, Экономическая мысль в ретроспективе. М. «Дело ЛТД», 1994. Стр.302.
[ http://slovar-lopatnikov.ru/]

Тематики

• экономика

EN

• Gossen laws

 

истощение питательных веществ
В океанах — постепенное уменьшение содержания растворенных нитратов и фосфатов в эвфотической зоне по мере того, как происходит весеннее «цветение» водорослей.
[ http://www.oceanographers.ru/index.php?option=com_glossary&Itemid=238]

Тематики

• океанология

EN

• nutrient depletion

 

отложенная запись
Метод обновления информации, при котором данные первоначально помещаются в кэш-память, а затем переписываются на диск по мере того, как он становится доступным. Позволяет повысить производительность дисковой памяти за счет снижения числа обращений к ней в периоды интенсивной загрузки.
[Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо-русский толковый словарь-справочник. Под редакцией Ю.М. Горностаева. Москва, 2002]

Тематики

• электросвязь, основные понятия

EN

• lazy write

 

потенциальная энергия
Энергия, которой обладает объект благодаря его положению в геопотенциальном поле. Например, потенциальная энергия первоначально расслоенного столба воды увеличивается по мере того, как энергия ветра перемешивает его и выносит более соленую глубинную воду к поверхности.
[ http://www.oceanographers.ru/index.php?option=com_glossary&Itemid=238]

Тематики

• океанология

EN

• potential energy

 

представление Олимпийских медалистов
Компонент церемонии награждения. Имена победителей и наименования НОК звучат в следующем порядке: первым объявляют имя спортсмена, завоевавшего третье место, затем – занявшего второе место, и далее объявляют имя атлета, занявшего первое место, – золотого медалиста и Олимпийского чемпиона. По мере того, как объявляются их имена, спортсмены, занявшие первое, второе и третье места, одетые в официальную или спортивную форму (в строгом соответствии с Олимпийской Хартией) занимают свои места на подиуме, установленном лицом к трибуне официальных лиц. Победитель занимает ступеньку, расположенную немного выше ступени призера, занявшего второе место и находящегося справа, и ступени призера, занявшего третье место и находящегося слева. Ступени пьедестала для призеров, занявших второе и третье места, находятся на одном уровне.
[Департамент лингвистических услуг Оргкомитета «Сочи 2014». Глоссарий терминов]

EN

introduction of the Olympic medalists
Part of the victory ceremony. The winners’ names and NOCs are announced in the following order: the third place finisher is announced first, followed by the second-place holder, leading up to the announcement of the first-place athlete, the gold medalist and Olympic champion. As their names are announced, the competitors who are first, second and third, wearing their official or sports dress (in strict accordance with the Olympic Charter), take their places on a podium facing the official stand, with the winner slightly higher than the second-placed who is on his/her right, and the third-placed who is on his/her left. The second and third-place podiums are of equal height.
[Департамент лингвистических услуг Оргкомитета «Сочи 2014». Глоссарий терминов]

Тематики

• спорт (церемонии и культурные программы)

EN

• introduction of the Olympic medalists

 

технология коммутации
-
[Интент]

Современные технологии коммутации
[ http://www.xnets.ru/plugins/content/content.php?content.84]

Статья подготовлена на основании материалов опубликованных в журналах "LAN", "Сети и системы связи", в книге В.Олифер и Н.Олифер "Новые технологии и оборудование IP-сетей", на сайтах www.citforum.ru и опубликована в журнале "Компьютерные решения" NN4-6 за 2000 год.

• Введение
• Коммутация первого уровня.
• Коммутация второго уровня.
• Коммутация третьего уровня.
• Коммутация четвертого уровня.
• Критерии выбора оборудования, физическая и логическая структура сети
• Качество обслуживания (QoS) и принципы задания приоритетов
• Заключение

Введение

На сегодня практически все организации, имеющие локальные сети, остановили свой выбор на сетях типа Ethernet. Данный выбор оправдан тем, что начало внедрения такой сети сопряжено с низкой стоимостью и простотой реализации, а развитие - с хорошей масштабируемостью и экономичностью.

Бросив взгляд назад - увидим, что развитие активного оборудования сетей шло в соответствии с требованиями к полосе пропускания и надежности. Требования, предъявляемые к большей надежности, привели к отказу от применения в качестве среды передачи коаксиального кабеля и перевода сетей на витую пару. В результате такого перехода отказ работы соединения между одной из рабочих станций и концентратором перестал сказываться на работе других рабочих станций сети. Но увеличения производительности данный переход не принес, так как концентраторы используют разделяемую (на всех пользователей в сегменте) полосу пропускания. По сути, изменилась только физическая топология сети - с общей шины на звезду, а логическая топология по-прежнему осталась - общей шиной.

Дальнейшее развитие сетей шло по нескольким путям:

• увеличение скорости,
• внедрение сегментирования на основе коммутации,
• объединение сетей при помощи маршрутизации.

Увеличение скорости при прежней логической топологии - общая шина, привело к незначительному росту производительности в случае большого числа портов.

Большую эффективность в работе сети принесло сегментирование сетей с использованием технология коммутации пакетов. Коммутация наиболее действенна в следующих вариантах:

Вариант 1, именуемый связью "многие со многими" – это одноранговые сети, когда одновременно существуют потоки данных между парами рабочих станций. При этом предпочтительнее иметь коммутатор, у которого все порты имеют одинаковую скорость, (см. Рисунок 1).

Вариант 2, именуемый связью "один со многими" – это сети клиент-сервер, когда все рабочие станции работают с файлами или базой данных сервера. В данном случае предпочтительнее иметь коммутатор, у которого порты для подключения рабочих станций имеют одинаковую небольшую скорость, а порт, к которому подключается сервер, имеет большую скорость,(см. Рисунок 2).

Когда компании начали связывать разрозненные системы друг с другом, маршрутизация обеспечивала максимально возможную целостность и надежность передачи трафика из одной сети в другую. Но с ростом размера и сложности сети, а также в связи со все более широким применением коммутаторов в локальных сетях, базовые маршрутизаторы (зачастую они получали все данные, посылаемые коммутаторами) стали с трудом справляться со своими задачами.

Проблемы с трафиком, связанные с маршрутизацией, проявляются наиболее остро в средних и крупных компаниях, а также в деятельности операторов Internet, так как они вынуждены иметь дело с большими объемами IP-трафика, причем этот трафик должен передаваться своевременно и эффективно.

С подключением настольных систем непосредственно к коммутаторам на 10/100 Мбит/с между ними и магистралью оказывается все меньше промежуточных устройств. Чем выше скорость подключения настольных систем, тем более скоростной должна быть магистраль. Кроме того, на каждом уровне устройства должны справляться с приходящим трафиком, иначе возникновения заторов не избежать.

Рассмотрению технологий коммутации и посвящена данная статья.

Коммутация первого уровня

Термин "коммутация первого уровня" в современной технической литературе практически не описывается. Для начала дадим определение, с какими характеристиками имеет дело физический или первый уровень модели OSI:

физический уровень определяет электротехнические, механические, процедурные и функциональные характеристики активации, поддержания и дезактивации физического канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют такие характеристики, как уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, физические соединители и другие аналогичные характеристики.

Смысл коммутации на первом уровне модели OSI означает физическое (по названию уровня) соединение. Из примеров коммутации первого уровня можно привести релейные коммутаторы некоторых старых телефонных и селекторных систем. В более новых телефонных системах коммутация первого уровня применяется совместно с различными способами сигнализации вызовов и усиления сигналов. В сетях передачи данных данная технология применяется в полностью оптических коммутаторах.

Коммутация второго уровня

Рассматривая свойства второго уровня модели OSI и его классическое определение, увидим, что данному уровню принадлежит основная доля коммутирующих свойств.

Определение. Канальный уровень (формально называемый информационно-канальным уровнем) обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Канальный уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления о неисправностях, упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации.

На самом деле, определяемая канальным уровнем модели OSI функциональность служит платформой для некоторых из сегодняшних наиболее эффективных технологий. Большое значение функциональности второго уровня подчеркивает тот факт, что производители оборудования продолжают вкладывать значительные средства в разработку устройств с такими функциями.

С технологической точки зрения, коммутатор локальных сетей представляет собой устройство, основное назначение которого - максимальное ускорение передачи данных за счет параллельно существующих потоков между узлами сети. В этом - его главное отличие от других традиционных устройств локальных сетей – концентраторов (Hub), предоставляющих всем потокам данных сети всего один канал передачи данных.

Коммутатор позволяет передавать параллельно несколько потоков данных c максимально возможной для каждого потока скоростью. Эта скорость ограничена физической спецификацией протокола, которую также часто называют "скоростью провода". Это возможно благодаря наличию в коммутаторе большого числа центров обработки и продвижения кадров и шин передачи данных.

Коммутаторы локальных сетей в своем основном варианте, ставшем классическим уже с начала 90-х годов, работают на втором уровне модели OSI, применяя свою высокопроизводительную параллельную архитектуру для продвижения кадров канальных протоколов. Другими словами, ими выполняются алгоритмы работы моста, описанные в стандартах IEEE 802.1D и 802.1H. Также они имеют и много других дополнительных функций, часть которых вошла в новую редакцию стандарта 802.1D-1998, а часть остается пока не стандартизованной.

Коммутаторы ЛВС отличаются большим разнообразием возможностей и, следовательно, цен - стоимость 1 порта колеблется в диапазоне от 50 до 1000 долларов. Одной из причин столь больших различий является то, что они предназначены для решения различных классов задач. Коммутаторы высокого класса должны обеспечивать высокую производительность и плотность портов, а также поддерживать широкий спектр функций управления. Простые и дешевые коммутаторы имеют обычно небольшое число портов и не способны поддерживать функции управления. Одним из основных различий является используемая в коммутаторе архитектура. Поскольку большинство современных коммутаторов работают на основе патентованных контроллеров ASIC, устройство этих микросхем и их интеграция с остальными модулями коммутатора (включая буферы ввода-вывода) играет важнейшую роль. Контроллеры ASIC для коммутаторов ЛВС делятся на 2 класса - большие ASIC, способные обслуживать множество коммутируемых портов (один контроллер на устройство) и небольшие ASIC, обслуживающие по несколько портов и объединяемые в матрицы коммутации.

Существует 3 варианта архитектуры коммутаторов:
 

• переключение (cross-bar) с буферизацией на входе,
• самомаршрутизация (self-route) с разделяемой памятью
• высокоскоростная шина.

На рисунке 3 показана блок-схема коммутатора с архитектурой, используемой для поочередного соединения пар портов. В любой момент такой коммутатор может обеспечить организацию только одного соединения (пара портов). При невысоком уровне трафика не требуется хранение данных в памяти перед отправкой в порт назначения - такой вариант называется коммутацией на лету cut-through. Однако, коммутаторы cross-bar требуют буферизации на входе от каждого порта, поскольку в случае использования единственно возможного соединения коммутатор блокируется (рисунок 4). Несмотря на малую стоимость и высокую скорость продвижения на рынок, коммутаторы класса cross-bar слишком примитивны для эффективной трансляции между низкоскоростными интерфейсами Ethernet или token ring и высокоскоростными портами ATM и FDDI.

Коммутаторы с разделяемой памятью имеют общий входной буфер для всех портов, используемый как внутренняя магистраль устройства (backplane). Буферизагия данных перед их рассылкой (store-and-forward - сохранить и переслать) приводит к возникновению задержки. Однако, коммутаторы с разделяемой памятью, как показано на рисунке 5 не требуют организации специальной внутренней магистрали для передачи данных между портами, что обеспечивает им более низкую цену по сравнению с коммутаторами на базе высокоскоростной внутренней шины.

На рисунке 6 показана блок-схема коммутатора с высокоскоростной шиной, связывающей контроллеры ASIC. После того, как данные преобразуются в приемлемый для передачи по шине формат, они помещаются на шину и далее передаются в порт назначения. Поскольку шина может обеспечивать одновременную (паралельную) передачу потока данных от всех портов, такие коммутаторы часто называют "неблокируемыми" (non-blocking) - они не создают пробок на пути передачи данных.

Применение аналогичной параллельной архитектуры для продвижения пакетов сетевых протоколов привело к появлению коммутаторов третьего уровня модели OSI.

Коммутация третьего уровня

В продолжении темы о технологиях коммутации рассмотренных в предыдущем номера повторим, что применение параллельной архитектуры для продвижения пакетов сетевых протоколов привело к появлению коммутаторов третьего уровня. Это позволило существенно, в 10-100 раз повысить скорость маршрутизации по сравнению с традиционными маршрутизаторами, в которых один центральный универсальный процессор выполняет программное обеспечение маршрутизации.

По определению Сетевой уровень (третий) - это комплексный уровень, который обеспечивает возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным "подсетям", которые могут находиться в разных географических пунктах. В данном случае "подсеть" это, по сути, независимый сетевой кабель (иногда называемый сегментом).

Коммутация на третьем уровне - это аппаратная маршрутизация. Традиционные маршрутизаторы реализуют свои функции с помощью программно-управляемых процессоров, что будем называть программной маршрутизацией. Традиционные маршрутизаторы обычно продвигают пакеты со скоростью около 500000 пакетов в секунду. Коммутаторы третьего уровня сегодня работают со скоростью до 50 миллионов пакетов в секунду. Возможно и дальнейшее ее повышение, так как каждый интерфейсный модуль, как и в коммутаторе второго уровня, оснащен собственным процессором продвижения пакетов на основе ASIC. Так что наращивание количества модулей ведет к наращиванию производительности маршрутизации. Использование высокоскоростной технологии больших заказных интегральных схем (ASIC) является главной характеристикой, отличающей коммутаторы третьего уровня от традиционных маршрутизаторов. Коммутаторы 3-го уровня делятся на две категории: пакетные (Packet-by-Packet Layer 3 Switches, PPL3) и сквозные (Cut-Through Layer 3 Switches, CTL3). PPL3 - означает просто быструю маршрутизацию (Рисунок_7). CTL3 – маршрутизацию первого пакета и коммутацию всех остальных (Рисунок 8).

У коммутатора третьего уровня, кроме реализации функций маршрутизации в специализированных интегральных схемах, имеется несколько особенностей, отличающих их от традиционных маршрутизаторов. Эти особенности отражают ориентацию коммутаторов 3-го уровня на работу, в основном, в локальных сетях, а также последствия совмещения в одном устройстве коммутации на 2-м и 3-м уровнях:
 

• поддержка интерфейсов и протоколов, применяемых в локальных сетях,
• усеченные функции маршрутизации,
• обязательная поддержка механизма виртуальных сетей,
• тесная интеграция функций коммутации и маршрутизации, наличие удобных для администратора операций по заданию маршрутизации между виртуальными сетями.

Наиболее "коммутаторная" версия высокоскоростной маршрутизации выглядит следующим образом (рисунок 9). Пусть коммутатор третьего уровня построен так, что в нем имеется информация о соответствии сетевых адресов (например, IP-адресов) адресам физического уровня (например, MAC-адресам) Все эти МАС-адреса обычным образом отображены в коммутационной таблице, независимо от того, принадлежат ли они данной сети или другим сетям.

Первый коммутатор, на который поступает пакет, частично выполняет функции маршрутизатора, а именно, функции фильтрации, обеспечивающие безопасность. Он решает, пропускать или нет данный пакет в другую сеть Если пакет пропускать нужно, то коммутатор по IP-адресу назначения определяет МАС-адрес узла назначения и формирует новый заголовок второго уровня с найденным МАС-адресом. Затем выполняется обычная процедура коммутации по данному МАС-адресу с просмотром адресной таблицы коммутатора. Все последующие коммутаторы, построенные по этому же принципу, обрабатывают данный кадр как обычные коммутаторы второго уровня, не привлекая функций маршрутизации, что значительно ускоряет его обработку. Однако функции маршрутизации не являются для них избыточными, поскольку и на эти коммутаторы могут поступать первичные пакеты (непосредственно от рабочих станций), для которых необходимо выполнять фильтрацию и подстановку МАС-адресов.

Это описание носит схематический характер и не раскрывает способов решения возникающих при этом многочисленных проблем, например, проблемы построения таблицы соответствия IP-адресов и МАС-адресов

Примерами коммутаторов третьего уровня, работающих по этой схеме, являются коммутаторы SmartSwitch компании Cabletron. Компания Cabletron реализовала в них свой протокол ускоренной маршрутизации SecureFast Virtual Network, SFVN.

Для организации непосредственного взаимодействия рабочих станций без промежуточного маршрутизатора необходимо сконфигурировать каждую из них так, чтобы она считала собственный интерфейс маршрутизатором по умолчанию. При такой конфигурации станция пытается самостоятельно отправить любой пакет конечному узлу, даже если этот узел находится в другой сети. Так как в общем случае (см. рисунок 10) станции неизвестен МАС-адрес узла назначения, то она генерирует соответствующий ARP-запрос, который перехватывает коммутатор, поддерживающий протокол SFVN. В сети предполагается наличие сервера SFVN Server, являющегося полноценным маршрутизатором и поддерживающего общую ARP-таблицу всех узлов SFVN-сети. Сервер возвращает коммутатору МАС-адрес узла назначения, а коммутатор, в свою очередь, передает его исходной станции. Одновременно сервер SFVN передает коммутаторам сети инструкции о разрешении прохождения пакета с МАС-адресом узла назначения через границы виртуальных сетей. Затем исходная станция передает пакет в кадре, содержащем МАС-адрес узла назначения. Этот кадр проходит через коммутаторы, не вызывая обращения к их блокам маршрутизации. Отличие протокола SFVN компании Cabletron от - описанной выше общей схемы в том, что для нахождения МАС-адреса по IP-адресу в сети используется выделенный сервер.

Протокол Fast IP компании 3Com является еще одним примером реализации подхода с отображением IP-адреса на МАС-адрес. В этом протоколе основными действующими лицами являются сетевые адаптеры (что не удивительно, так как компания 3Com является признанным лидером в производстве сетевых адаптеров Ethernet) С одной стороны, такой подход требует изменения программного обеспечения драйверов сетевых адаптеров, и это минус Но зато не требуется изменять все остальное сетевое оборудование.

При необходимости передать пакет узлу назначения другой сети, исходный узел в соответствии с технологией Fast IP должен передать запрос по протоколу NHRP (Next Hop Routing Protocol) маршрутизатору сети. Маршрутизатор переправляет этот запрос узлу назначения, как обычный пакет Узел назначения, который также поддерживает Fast IP и NHRP, получив запрос, отвечает кадром, отсылаемым уже не маршрутизатору, а непосредственно узлу-источнику (по его МАС-адресу, содержащемуся в NHRP-запросе). После этого обмен идет на канальном уровне на основе известных МАС-адресов. Таким образом, снова маршрутизировался только первый пакет потока (как на рисунке 9 кратковременный поток), а все остальные коммутировались (как на рисунке 9 долговременный поток).

Еще один тип коммутаторов третьего уровня — это коммутаторы, работающие с протоколами локальных сетей типа Ethernet и FDDI. Эти коммутаторы выполняют функции маршрутизации не так, как классические маршрутизаторы. Они маршрутизируют не отдельные пакеты, а потоки пакетов.

Поток — это последовательность пакетов, имеющих некоторые общие свойства. По меньшей мере, у них должны совпадать адрес отправителя и адрес получателя, и тогда их можно отправлять по одному и тому же маршруту. Если классический способ маршрутизации использовать только для первого пакета потока, а все остальные обрабатывать на основании опыта первого (или нескольких первых) пакетов, то можно значительно ускорить маршрутизацию всего потока.

Рассмотрим этот подход на примере технологии NetFlow компании Cisco, реализованной в ее маршрутизаторах и коммутаторах. Для каждого пакета, поступающего на порт маршрутизатора, вычисляется хэш-функция от IP-адресов источника, назначения, портов UDP или TCP и поля TOS, характеризующего требуемое качество обслуживания. Во всех маршрутизаторах, поддерживающих данную технологию, через которые проходит данный пакет, в кэш-памяти портов запоминается соответствие значения хэш-функции и адресной информации, необходимой для быстрой передачи пакета следующему маршрутизатору. Таким образом, образуется квазивиртуальный канал (см. Рисунок 11), который позволяет быстро передавать по сети маршрутизаторов все последующие пакеты этого потока. При этом ускорение достигается за счет упрощения процедуры обработки пакета маршрутизатором - не просматриваются таблицы маршрутизации, не выполняются ARP-запросы.

Этот прием может использоваться в маршрутизаторах, вообще не поддерживающих коммутацию, а может быть перенесен в коммутаторы. В этом случае такие коммутаторы тоже называют коммутаторами третьего уровня. Примеров маршрутизаторов, использующих данный подход, являются маршрутизаторы Cisco 7500, а коммутаторов третьего уровня — коммутаторы Catalyst 5000 и 5500. Коммутаторы Catalyst выполняют усеченные функции описанной схемы, они не могут обрабатывать первые пакеты потоков и создавать новые записи о хэш-функциях и адресной информации потоков. Они просто получают данную информацию от маршрутизаторов 7500 и обрабатывают пакеты уже распознанных маршрутизаторами потоков.

Выше был рассмотрен способ ускоренной маршрутизации, основанный на концепции потока. Его сущность заключается в создании квазивиртуальных каналов в сетях, которые не поддерживают виртуальные каналы в обычном понимании этого термина, то есть сетях Ethernet, FDDI, Token Ring и т п. Следует отличать этот способ от способа ускоренной работы маршрутизаторов в сетях, поддерживающих технологию виртуальных каналов — АТМ, frame relay, X 25. В таких сетях создание виртуального канала является штатным режимом работы сетевых устройств. Виртуальные каналы создаются между двумя конечными точками, причем для потоков данных, требующих разного качества обслуживания (например, для данных разных приложений) может создаваться отдельный виртуальный канал. Хотя время создания виртуального канала существенно превышает время маршрутизации одного пакета, выигрыш достигается за счет последующей быстрой передачи потока данных по виртуальному каналу. Но в таких сетях возникает другая проблема — неэффективная передача коротких потоков, то есть потоков, состоящих из небольшого количества пакетов (классический пример — пакеты протокола DNS).

Накладные расходы, связанные с созданием виртуального канала, приходящиеся на один пакет, снижаются при передаче объемных потоков данных. Однако они становятся неприемлемо высокими при передаче коротких потоков. Для того чтобы эффективно передавать короткие потоки, предлагается следующий вариант, при передаче нескольких первых пакетов выполняется обычная маршрутизация. Затем, после того как распознается устойчивый поток, для него строится виртуальный канал, и дальнейшая передача данных происходит с высокой скоростью по этому виртуальному каналу. Таким образом, для коротких потоков виртуальный канал вообще не создается, что и повышает эффективность передачи.

По такой схеме работает ставшая уже классической технология IP Switching компании Ipsilon. Для того чтобы сети коммутаторов АТМ передавали бы пакеты коротких потоков без установления виртуального канала, компания Ipsilon предложила встроить во все коммутаторы АТМ блоки IP-маршрутизации (рисунок 12), строящие обычные таблицы маршрутизации по обычным протоколам RIP и OSPF.

Компания Cisco Systems выдвинула в качестве альтернативы технологии IP Switching свою собственную технологию Tag Switching, но она не стала стандартной. В настоящее время IETF работает над стандартным протоколом обмена метками MPLS (Multi-Protocol Label Switching), который обобщает предложение компаний Ipsilon и Cisco, а также вносит некоторые новые детали и механизмы. Этот протокол ориентирован на поддержку качества обслуживания для виртуальных каналов, образованных метками.

Коммутация четвертого уровня

Свойства четвертого или транспортного уровня модели OSI следующие: транспортный уровень обеспечивает услуги по транспортировке данных. В частности, заботой транспортного уровня является решение таких вопросов, как выполнение надежной транспортировки данных через объединенную сеть. Предоставляя надежные услуги, транспортный уровень обеспечивает механизмы для установки, поддержания и упорядоченного завершения действия виртуальных каналов, систем обнаружения и устранения неисправностей транспортировки и управления информационным потоком (с целью предотвращения переполнения данными из другой системы).

Некоторые производители заявляют, что их системы могут работать на втором, третьем и даже четвертом уровнях. Однако рассмотрение описания стека TCP/IP (рисунок 1), а также структуры пакетов IP и TCP (рисунки 2, 3), показывает, что коммутация четвертого уровня является фикцией, так как все относящиеся к коммутации функции осуществляются на уровне не выше третьего. А именно, термин коммутация четвертого уровня с точки зрения описания стека TCP/IP противоречий не имеет, за исключением того, что при коммутации должны указываться адреса компьютера (маршрутизатора) источника и компьютера (маршрутизатора) получателя. Пакеты TCP имеют поля локальный порт отправителя и локальный порт получателя (рисунок 3), несущие смысл точек входа в приложение (в программу), например Telnet с одной стороны, и точки входа (в данном контексте инкапсуляции) в уровень IP. Кроме того, в стеке TCP/IP именно уровень TCP занимается формированием пакетов из потока данных идущих от приложения. Пакеты IP (рисунок 2) имеют поля адреса компьютера (маршрутизатора) источника и компьютера (маршрутизатора) получателя и следовательно могут наряду с MAC адресами использоваться для коммутации. Тем не менее, название прижилось, к тому же практика показывает, что способность системы анализировать информацию прикладного уровня может оказаться полезной — в частности для управления трафиком. Таким образом, термин "зависимый от приложения" более точно отражает функции так называемых коммутаторов четвертого уровня.

Тематики

• сети вычислительные

EN

• switching technology

\

 

трехфазный ИБП
-
[Интент]

Глава 7. Трехфазные ИБП

... ИБП большой мощности (начиная примерно с 10 кВА) как правило предназначены для подключения к трехфазной электрической сети. Диапазон мощностей 8-25 кВА – переходный. Для такой мощности делают чисто однофазные ИБП, чисто трехфазные ИБП и ИБП с трехфазным входом и однофазным выходом. Все ИБП, начиная примерно с 30 кВА имеют трехфазный вход и трехфазный выход. Трехфазные ИБП имеют и другое преимущество перед однофазными ИБП. Они эффективно разгружают нейтральный провод от гармоник тока и способствуют более безопасной и надежной работе больших компьютерных систем. Эти вопросы рассмотрены в разделе "Особенности трехфазных источников бесперебойного питания" главы 8. Трехфазные ИБП строятся обычно по схеме с двойным преобразованием энергии. Поэтому в этой главе мы будем рассматривать только эту схему, несмотря на то, что имеются трехфазные ИБП, построенные по схеме, похожей на ИБП, взаимодействующий с сетью.

Схема трехфазного ИБП с двойным преобразованием энергии приведена на рисунке 18.

Рис.18. Трехфазный ИБП с двойным преобразованием энергии

Как видно, этот ИБП не имеет почти никаких отличий на уровне блок-схемы, за исключением наличия трех фаз. Для того, чтобы увидеть отличия от однофазного ИБП с двойным преобразованием, нам придется (почти впервые в этой книге) несколько подробнее рассмотреть элементы ИБП. Мы будем проводить это рассмотрение, ориентируясь на традиционную технологию. В некоторых случаях будут отмечаться схемные особенности, позволяющие улучшить характеристики.

Выпрямитель

Слева на рис 18. – входная электрическая сеть. Она включает пять проводов: три фазных, нейтраль и землю. Между сетью и ИБП – предохранители (плавкие или автоматические). Они позволяют защитить сеть от аварии ИБП. Выпрямитель в этой схеме – регулируемый тиристорный. Управляющая им схема изменяет время (долю периода синусоиды), в течение которого тиристоры открыты, т.е. выпрямляют сетевое напряжение. Чем большая мощность нужна для работы ИБП, тем дольше открыты тиристоры. Если батарея ИБП заряжена, на выходе выпрямителя поддерживается стабилизированное напряжение постоянного тока, независимо от нвеличины напряжения в сети и мощности нагрузки. Если батарея требует зарядки, то выпрямитель регулирует напряжение так, чтобы в батарею тек ток заданной величины.

Такой выпрямитель называется шести-импульсным, потому, что за полный цикл трехфазной электрической сети он выпрямляет 6 полупериодов сингусоиды (по два в каждой из фаз). Поэтому в цепи постоянного тока возникает 6 импульсов тока (и напряжения) за каждый цикл трехфазной сети. Кроме того, во входной электрической сети также возникают 6 импульсов тока, которые могут вызвать гармонические искажения сетевого напряжения. Конденсатор в цепи постоянного тока служит для уменьшения пульсаций напряжения на аккумуляторах. Это нужно для полной зарядки батареи без протекания через аккумуляторы вредных импульсных токов. Иногда к конденсатору добавляется еще и дроссель, образующий совместно с конденсатором L-C фильтр.

Коммутационный дроссель ДР уменьшает импульсные токи, возникающие при открытии тиристоров и служит для уменьшения искажений, вносимых выпрямителем в электрическую сеть. Для еще большего снижения искажений, вносимых в сеть, особенно для ИБП большой мощности (более 80-150 кВА) часто применяют 12-импульсные выпрямители. Т.е. за каждый цикл трехфазной сети на входе и выходе выпрямителя возникают 12 импульсов тока. За счет удвоения числа импульсов тока, удается примерно вдвое уменьшить их амплитуду. Это полезно и для аккумуляторов и для электрической сети.

Двенадцати-импульсный выпрямитель фактически состоит из двух 6-импульсных выпрямителей. На вход второго выпрямителя (он изображен ниже на рис. 18) подается трехфазное напряжение, прошедшее через трансформатор, сдвигающий фазу на 30 градусов.

В настоящее время применяются также и другие схемы выпрямителей трехфазных ИБП. Например схема с пассивным (диодным) выпрямителем и преобразователем напряжения постоянного тока, применение которого позволяет приблизить потребляемый ток к синусоидальному.

Наиболее современным считается транзисторный выпрямитель, регулируемый высокочастотной схемой широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Применение такого выпрямителя позволяет сделать ток потребления ИБП синусоидальным и совершенно отказаться от 12-импульсных выпрямителей с трансформатором.

Батарея

Для формирования батареи трехфазных ИБП (как и в однофазных ИБП) применяются герметичные свинцовые аккумуляторы. Обычно это самые распространенные модели аккумуляторов с расчетным сроком службы 5 лет. Иногда используются и более дорогие аккумуляторы с большими сроками службы. В некоторых трехфазных ИБП пользователю предлагается фиксированный набор батарей или батарейных шкафов, рассчитанных на различное время работы на автономном режиме. Покупая ИБП других фирм, пользователь может более или менее свободно выбирать батарею своего ИБП (включая ее емкость, тип и количество элементов). В некоторых случаях батарея устанавливается в корпус ИБП, но в большинстве случаев, особенно при большой мощности ИБП, она устанавливается в отдельном корпусе, а иногда и в отдельном помещении.

Инвертор

Как и в ИБП малой мощности, в трехфазных ИБП применяются транзисторные инверторы, управляемые схемой широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Некоторые ИБП с трехфазным выходом имеют два инвертора. Их выходы подключены к трансформаторам, сдвигающим фазу выходных напряжений. Даже в случае применения относительно низкочастоной ШИМ, такая схема совместно с применением фильтра переменного тока, построенного на трансформаторе и конденсаторах, позволяет обеспечить очень малый коэффициент гармонических искажений на выходе ИБП (до 3% на линейной нагрузке). Применение двух инверторов увеличивает надежность ИБП, поскольку даже при выходе из строя силовых транзисторов одного из инверторов, другой инвертор обеспечит работу нагрузки, пусть даже при большем коэффициенте гармонических искажений.

В последнее время, по мере развития технологии силовых полупроводников, начали применяться более высокочастотные транзисторы. Частота ШИМ может составлять 4 и более кГц. Это позволяет уменьшить гармонические искажения выходного напряжения и отказаться от применения второго инвертора. В хороших ИБП существуют несколько уровней защиты инвертора от перегрузки. При небольших перегрузках инвертор может уменьшать выходное напряжение (пытаясь снизить ток, проходящий через силовые полупроводники). Если перегрузка очень велика (например нагрузка составляет более 125% номинальной), ИБП начинает отсчет времени работы в условиях перегрузки и через некоторое время (зависящее от степени перегрузки – от долей секунды до минут) переключается на работу через статический байпас. В случае большой перегрузки или короткого замыкания, переключение на статический байпас происходит сразу.

Некоторые современные высококлассные ИБП (с высокочакстотной ШИМ) имеют две цепи регулирования выходного напряжения. Первая из них осуществляет регулирование среднеквадратичного (действующего) значения напряжения, независимо для каждой из фаз. Вторая цепь измеряет мгновенные значения выходного напряжения и сравнивает их с хранящейся в памяти блока управления ИБП идеальной синусоидой. Если мгновенное значение напряжения отклонилось от соотвествующего "идеального" значения, то вырабатывается корректирующий импульс и форма синусоиды выходного напряжения исправляется. Наличие второй цепи обратной связи позволяет обеспечить малые искажения формы выходного напряжения даже при нелинейных нагрузках.

Статический байпас

Блок статического байпаса состоит из двух трехфазных (при трехфазном выходе) тиристорных переключателей: статического выключателя инвертора (на схеме – СВИ) и статического выключателя байпаса (СВБ). При нормальной работе ИБП (от сети или от батареи) статический выключатель инвертора замкнут, а статический выключатель байпаса разомкнут. Во время значительных перегрузок или выхода из строя инвертора замкнут статический переключатель байпаса, переключатель инвертора разомкнут. В момент переключения оба статических переключателя на очень короткое время замкнуты. Это позволяет обеспечить безразрывное питание нагрузки.

Каждая модель ИБП имеет свою логику управления и, соответственно, свой набор условий срабатывания статических переключателей. При покупке ИБП бывает полезно узнать эту логику и понять, насколько она соответствует вашей технологии работы. В частности хорошие ИБП сконструированы так, чтобы даже если байпас недоступен (т.е. отсутствует синхронизация инвертора и байпаса – см. главу 6) в любом случае постараться обеспечить электроснабжение нагрузки, пусть даже за счет уменьшения напряжения на выходе инвертора.

Статический байпас ИБП с трехфазным входом и однофазным выходом имеет особенность. Нагрузка, распределенная на входе ИБП по трем фазным проводам, на выходе имеет только два провода: один фазный и нейтральный. Статический байпас тоже конечно однофазный, и синхронизация напряжения инвертора производится относительно одной из фаз трехфазной сети (любой, по выбору пользователя). Вся цепь, подводящая напряжение к входу статического байпаса должна выдерживать втрое больший ток, чем входной кабель выпрямителя ИБП. В ряде случаев это может вызвать трудности с проводкой.

Сервисный байпас

Трехфазные ИБП имеют большую мощность и обычно устанавливаются в местах действительно критичных к электропитанию. Поэтому в случае выхода из строя какого-либо элемента ИБП или необходимости проведения регламентных работ (например замены батареи), в большинстве случае нельзя просто выключить ИБП или поставить на его место другой. Нужно в любой ситуации обеспечить электропитание нагрузки. Для этих ситуаций у всех трехфазных ИБП имеется сервисный байпас. Он представляет собой ручной переключатель (иногда как-то заблокированный, чтобы его нельзя было включить по ошибке), позволяющий переключить нагрузку на питание непосредственно от сети. У большинства ИБП для переключения на сервисный байпас существует специальная процедура (определенная последовательность действий), которая позволяет обеспечит непрерывность питания при переключениях.

Режимы работы трехфазного ИБП с двойным преобразованием

Трехфазный ИБП может работать на четырех режимах работы.

• При нормальной работе нагрузка питается по цепи выпрямитель-инвертор стабилизированным напряжением, отфильтрованным от импульсов и шумов за счет двойного преобразования энергии.
• Работа от батареи. На это режим ИБП переходит в случае, если напряжение на выходе ИБП становится таким маленьким, что выпрямитель оказывается не в состоянии питать инвертор требуемым током, или выпрямитель не может питать инвертор по другой причине, например из-за поломки. Продолжительность работы ИБП от батареи зависит от емкости и заряда батареи, а также от нагрузки ИБП.
• Когда какой-нибудь инвертор выходит из строя или испытывает перегрузку, ИБП безразрывно переходит на режим работы через статический байпас. Нагрузка питается просто от сети через вход статического байпаса, который может совпадать или не совпадать со входом выпрямителя ИБП.
• Если требуется обслуживание ИБП, например для замены батареи, то ИБП переключают на сервисный байпас. Нагрузка питается от сети, а все цепи ИБП, кроме входного выключателя сервисного байпаса и выходных выключателей отделены от сети и от нагрузки. Режим работы на сервисном байпасе не является обязательным для небольших однофазных ИБП с двойным преобразованием. Трехфазный ИБП без сервисного байпаса немыслим.

Надежность

Трехфазные ИБП обычно предназначаются для непрерывной круглосуточной работы. Работа нагрузки должна обеспечиваться практически при любых сбоях питания. Поэтому к надежности трехфазных ИБП предъявляются очень высокие требования. Вот некоторые приемы, с помощью которых производители трехфазных ИБП могут увеличивать надежность своей продукции. Применение разделительных трансформаторов на входе и/или выходе ИБП увеличивает устойчивость ИБП к скачкам напряжения и нагрузки. Входной дроссель не только обеспечивает "мягкий запуск", но и защищает ИБП (и, в конечном счете, нагрузку) от очень быстрых изменений (скачков) напряжения.

Обычно фирма выпускает целый ряд ИБП разной мощности. В двух или трех "соседних по мощности" ИБП этого ряда часто используются одни и те же полупроводники. Если это так, то менее мощный из этих двух или трех ИБП имеет запас по предельному току, и поэтому несколько более надежен. Некоторые трехфазные ИБП имеют повышенную надежность за счет резервирования каких-либо своих цепей. Так, например, могут резервироваться: схема управления (микропроцессор + платы "жесткой логики"), цепи управления силовыми полупроводниками и сами силовые полупроводники. Батарея, как часть ИБП тоже вносит свой вклад в надежность прибора. Если у ИБП имеется возможность гибкого выбора батареи, то можно выбрать более надежный вариант (батарея более известного производителя, с меньшим числом соединений).

Преобразователи частоты

Частота напряжения переменного тока в электрических сетях разных стран не обязательно одинакова. В большинстве стран (в том числе и в России) распространена частота 50 Гц. В некоторых странах (например в США) частота переменного напряжения равна 60 Гц. Если вы купили оборудование, рассчитанное на работу в американской электрической сети (110 В, 60 Гц), то вы должны каким-то образом приспособить к нему нашу электрическую сеть. Преобразование напряжения не является проблемой, для этого есть трансформаторы. Если оборудование оснащено импульсным блоком питания, то оно не чувствительно к частоте и его можно использовать в сети с частотой 50 Гц. Если же в состав оборудования входят синхронные электродвигатели или иное чувствительное к частоте оборудование, вам нужен преобразователь частоты. ИБП с двойным преобразованием энергии представляет собой почти готовый преобразователь частоты.

В самом деле, ведь выпрямитель этого ИБП может в принципе работать на одной частоте, а инвертор выдавать на своем выходе другую. Есть только одно принципиальное ограничение: невозможность синхронизации инвертора с линией статического байпаса из-за разных частот на входе и выходе. Это делает преобразователь частоты несколько менее надежным, чем сам по себе ИБП с двойным преобразованием. Другая особенность: преобразователь частоты должен иметь мощность, соответствующую максимальному возможному току нагрузки, включая все стартовые и аварийные забросы, ведь у преобразователя частоты нет статического байпаса, на который система могла бы переключиться при перегрузке.

Для изготовления преобразователя частоты из трехфазного ИБП нужно разорвать цепь синхронизации, убрать статический байпас (или, вернее, не заказывать его при поставке) и настроить инвертор ИБП на работу на частоте 60 Гц. Для большинства трехфазных ИБП это не представляет проблемы, и преобразователь частоты может быть заказан просто при поставке.

ИБП с горячим резервированием

В некоторых случаях надежности даже самых лучших ИБП недостаточно. Так бывает, когда сбои питания просто недопустимы из-за необратимых последствий или очень больших потерь. Обычно в таких случаях в технике применяют дублирование или многократное резервирование блоков, от которых зависит надежность системы. Есть такая возможность и для трехфазных источников бесперебойного питания. Даже если в конструкцию ИБП стандартно не заложено резервирование узлов, большинство трехфазных ИБП допускают резервирование на более высоком уровне. Резервируется целиком ИБП. Простейшим случаем резервирования ИБП является использование двух обычных серийных ИБП в схеме, в которой один ИБП подключен к входу байпаса другого ИБП.

Рис. 19а. Последовательное соединение двух трехфазных ИБП

На рисунке 19а приведена схема двух последовательно соединенным трехфазных ИБП. Для упрощения на рисунке приведена, так называемая, однолинейная схема, на которой трем проводам трехфазной системы переменного тока соответствует одна линия. Однолинейные схемы часто применяются в случаях, когда особенности трехфазной сети не накладывают отпечаток на свойства рассматриваемого прибора. Оба ИБП постоянно работают. Основной ИБП питает нагрузку, а вспомогательный ИБП работает на холостом ходу. В случае выхода из строя основного ИБП, нагрузка питается не от статического байпаса, как в обычном ИБП, а от вспомогательного ИБП. Только при выходе из строя второго ИБП, нагрузка переключается на работу от статического байпаса.

Система из двух последовательно соединенных ИБП может работать на шести основных режимах.

А. Нормальная работа. Выпрямители 1 и 2 питают инверторы 1 и 2 и, при необходимости заряжают батареи 1 и 2. Инвертор 1 подключен к нагрузке (статический выключатель инвертора 1 замкнут) и питает ее стабилизированным и защищенным от сбоев напряжением. Инвертор 2 работает на холостом ходу и готов "подхватить" нагрузку, если инвертор 1 выйдет из строя. Оба статических выключателя байпаса разомкнуты.

Для обычного ИБП с двойным преобразованием на режиме работы от сети допустим (при сохранении гарантированного питания) только один сбой в системе. Этим сбоем может быть либо выход из строя элемента ИБП (например инвертора) или сбой электрической сети.

Для двух последовательно соединенных ИБП с на этом режиме работы допустимы два сбоя в системе: выход из строя какого-либо элемента основного ИБП и сбой электрической сети. Даже при последовательном или одновременном возникновении двух сбоев питание нагрузки будет продолжаться от источника гарантированного питания.

Б. Работа от батареи 1. Выпрямитель 1 не может питать инвертор и батарею. Чаще всего это происходит из-за отключения напряжения в электрической сети, но причиной может быть и выход из строя выпрямителя. Состояние инвертора 2 в этом случае зависит от работы выпрямителя 2. Если выпрямитель 2 работает (например он подключен к другой электрической сети или он исправен, в отличие от выпрямителя 1), то инвертор 2 также может работать, но работать на холостом ходу, т.к. он "не знает", что с первым ИБП системы что-то случилось. После исчерпания заряда батареи 1, инвертор 1 отключится и система постарается найти другой источник электроснабжения нагрузки. Им, вероятно, окажется инвертор2. Тогда система перейдет к другому режиму работы.

Если в основном ИБП возникает еще одна неисправность, или батарея 1 полностью разряжается, то система переключается на работу от вспомогательного ИБП.

Таким образом даже при двух сбоях: неисправности основного ИБП и сбое сети нагрузка продолжает питаться от источника гарантированного питания.

В. Работа от инвертора 2. В этом случае инвертор 1 не работает (из-за выхода из строя или полного разряда батареи1). СВИ1 разомкнут, СВБ1 замкнут, СВИ2 замкнут и инвертор 2 питает нагрузку. Выпрямитель 2, если в сети есть напряжение, а сам выпрямитель исправен, питает инвертор и батарею.

На этом режиме работы допустим один сбой в системе: сбой электрической сети. При возникновении второго сбоя в системе (выходе из строя какого-либо элемента вспомогательного ИБП) электропитание нагрузки не прерывается, но нагрузка питается уже не от источника гарантированного питания, а через статический байпас, т.е. попросту от сети.

Г. Работа от батареи 2. Наиболее часто такая ситуация может возникнуть после отключения напряжения в сети и полного разряда батареи 1. Можно придумать и более экзотическую последовательность событий. Но в любом случае, инвертор 2 питает нагругку, питаясь, в свою очередь, от батареи. Инвертор 1 в этом случае отключен. Выпрямитель 1, скорее всего, тоже не работает (хотя он может работать, если он исправен и в сети есть напряжение).

После разряда батареи 2 система переключится на работу от статического байпаса (если в сети есть нормальное напряжение) или обесточит нагрузку.

Д. Работа через статический байпас. В случае выхода из строя обоих инверторов, статические переключатели СВИ1 и СВИ2 размыкаются, а статические переключатели СВБ1 и СВБ2 замыкаются. Нагрузка начинает питаться от электрической сети.

Переход системы к работе через статический байпас происходит при перегрузке системы, полном разряде всех батарей или в случае выхода из строя двух инверторов.

На этом режиме работы выпрямители, если они исправны, подзаряжают батареи. Инверторы не работают. Нагрузка питается через статический байпас.

Переключение системы на работу через статический байпас происходит без прерывания питания нагрузки: при необходимости переключения сначала замыкается тиристорный переключатель статического байпаса, и только затем размыкается тиристорный переключатель на выходе того инвертора, от которого нагрузка питалась перед переключением.

Е. Ручной (сервисный) байпас. Если ИБП вышел из строя, а ответственную нагрузку нельзя обесточить, то оба ИБП системы с соблюдением специальной процедуры (которая обеспечивает безразрыное переключение) переключают на ручной байпас. после этого можно производить ремонт ИБП.

Преимуществом рассмотренной системы с последовательным соединением двух ИБП является простота. Не нужны никакие дополнительные элементы, каждый из ИБП работает в своем штатном режиме. С точки зрения надежности, эта схема совсем не плоха:- в ней нет никакой лишней, (связанной с резервированием) электроники, соответственно и меньше узлов, которые могут выйти из строя.

Однако у такого соединения ИБП есть и недостатки. Вот некоторые из них.
 

1. Покупая такую систему, вы покупаете второй байпас (на нашей схеме – он первый – СВБ1), который, вообще говоря, не нужен – ведь все необходимые переключения могут быть произведены и без него.
2. Весь второй ИБП выполняет только одну функцию – резервирование. Он потребляет электроэнергию, работая на холостом ходу и вообще не делает ничего полезного (разумеется за исключением того времени, когда первый ИБП отказывается питать нагрузку). Некоторые производители предлагают "готовые" системы ИБП с горячим резервированием. Это значит, что вы покупаете систему, специально (еще на заводе) испытанную в режиме с горячим резервированием. Схема такой системы приведена на рис. 19б.

Рис.19б. Трехфазный ИБП с горячим резервированием

Принципиальных отличий от схемы с последовательным соединением ИБП немного.

1. У второго ИБП отсутствует байпас.
2. Для синхронизации между инвертором 2 и байпасом появляется специальный информационный кабель между ИБП (на рисунке не показан). Поэтому такой ИБП с горячим резервированием может работать на тех же шести режимах работы, что и система с последовательным подключением двух ИБП. Преимущество "готового" ИБП с резервированием, пожалуй только одно – он испытан на заводе-производителе в той же комплектации, в которой будет эксплуатироваться.

Для расмотренных схем с резервированием иногда применяют одно важное упрощение системы. Ведь можно отказаться от резервирования аккумуляторной батареи, сохранив резервирование всей силовой электроники. В этом случае оба ИБП будут работать от одной батареи (оба выпрямителя будут ее заряжать, а оба инвертора питаться от нее в случае сбоя электрической сети). Применение схемы с общей бетареей позволяет сэкономить значительную сумму – стоимость батареи.

Недостатков у схемы с общей батареей много:

1. Не все ИБП могут работать с общей батареей.
2. Батарея, как и другие элементы ИБП обладает конечной надежностью. Выход из строя одного аккумулятора или потеря контакта в одном соединении могут сделать всю системы ИБП с горячим резервирование бесполезной.
3. В случае выхода из строя одного выпрямителя, общая батарея может быть выведена из строя. Этот последний недостаток, на мой взгляд, является решающим для общей рекомендации – не применять схемы с общей батареей.

Параллельная работа нескольких ИБП

Как вы могли заметить, в случае горячего резервирования, ИБП резервируется не целиком. Байпас остается общим для обоих ИБП. Существует другая возможность резервирования на уровне ИБП – параллельная работа нескольких ИБП. Входы и выходы нескольких ИБП подключаются к общим входным и выходным шинам. Каждый ИБП сохраняет все свои элементы (иногда кроме сервисного байпаса). Поэтому выход из строя статического байпаса для такой системы просто мелкая неприятность.

На рисунке 20 приведена схема параллельной работы нескольких ИБП.

Рис.20. Параллельная работа ИБП

На рисунке приведена схема параллельной системы с раздельными сервисными байпасами. Схема система с общим байпасом вполне ясна и без чертежа. Ее особенностью является то, что для переключения системы в целом на сервисный байпас нужно управлять одним переключателем вместо нескольких. На рисунке предполагается, что между ИБП 1 и ИБП N Могут располагаться другие ИБП. Разные производителю (и для разных моделей) устанавливают свои максимальные количества параллеьно работающих ИБП. Насколько мне известно, эта величина изменяется от 2 до 8. Все ИБП параллельной системы работают на общую нагрузку. Суммарная мощность параллельной системы равна произведению мощности одного ИБП на количество ИБП в системе. Таким образом параллельная работа нескольких ИБП может применяться (и в основном применяется) не столько для увеличения надежности системы бесперебойного питания, но для увеличения ее мощности.

Рассмотрим режимы работы параллельной системы

Нормальная работа (работа от сети). Надежность

Когда в сети есть напряжение, достаточное для нормальной работы, выпрямители всех ИБП преобразуют переменное напряжение сети в постоянное, заряжая батареи и питая инверторы.

Инверторы, в свою очередь, преобразуют постоянное напряжение в переменное и питают нагрузку. Специальная управляющая электроника параллельной системы следит за равномерным распределением нагрузки между ИБП. В некоторых ИБП распределение нагрузки между ИБП производится без использования специальной параллельной электроники. Такие приборы выпускаются "готовыми к параллельной работе", и для использования их в параллельной системе достаточно установить плату синхронизации. Есть и ИБП, работающие параллельго без специальной электроники. В таком случае количество параллельно работающих ИБП – не более двух. В рассматриваемом режиме работы в системе допустимо несколько сбоев. Их количество зависит от числа ИБП в системе и действующей нагрузки.

Пусть в системе 3 ИБП мощностью по 100 кВА, а нагрузка равна 90 кВА. При таком соотношении числа ИБП и их мощностей в системе допустимы следующие сбои.

Сбой питания (исчезновение напряжения в сети)

Выход из строя любого из инверторов, скажем для определенности, инвертора 1. Нагрузка распределяется между двумя другими ИБП. Если в сети есть напряжение, все выпрямители системы работают.

Выход из строя инвертора 2. Нагрузка питается от инвертора 3, поскольку мощность, потребляемая нагрузкой меньше мощности одного ИБП. Если в сети есть напряжение, все выпрямители системы продолжают работать.

Выход из строя инвертора 3. Система переключается на работу через статический байпас. Нагрузка питается напрямую от сети. При наличии в сети нормального напряжения, все выпрямители работают и продолжают заряжать батареи. При любом последующем сбое (поломке статического байпаса или сбое сети) питание нагрузки прекращается. Для того, чтобы параллельная система допускала большое число сбоев, система должна быть сильно недогружена и должна включать большое число ИБП. Например, если нагрузка в приведенном выше примере будет составлять 250 кВА, то система допускает только один сбой: сбой сети или поломку инвертора. В отношении количества допустимых сбоев такая система эквивалентна одиночному ИБП. Это, кстати, не значит, что надежность такой параллельной системы будет такая же, как у одиночного ИБП. Она будет ниже, поскольку параллельная система намного сложнее одиночного ИБП и (при почти предельной нагрузке) не имеет дополнительного резервирования, компенсирующего эту сложность.

Вопрос надежности параллельной системы ИБП не может быть решен однозначно. Надежность зависит от большого числа параметров: количества ИБП в системе (причем увеличение количества ИБП до бесконечности снижает надежность – система становится слишком сложной и сложно управляемой – впрочем максимальное количество параллельно работающих модулей для известных мне ИБП не превышает 8), нагрузки системы (т.е. соотношения номинальной суммарной мощности системы и действующей нагрузки), примененной схемы параллельной работы (т.е. есть ли в системе специальная электроника для обеспечения распределения нагрузки по ИБП), технологии работы предприятия. Таким образом, если единственной целью является увеличение надежности системы, то следует серьезно рассмотреть возможность использование ИБП с горячим резервированием – его надежность не зависит от обстоятельств и в силу относительной простоты схемы практически всегда выше надежности параллельной системы.

Недогруженная система из нескольких параллельно работающих ИБП, которая способна реализвать описанную выше логику управления, часто также называется параллельной системой с резервированием.

Работа с частичной нагрузкой

Если нагрузка параллельной системы такова, что с ней может справиться меньшее, чем есть в системе количество ИБП, то инверторы "лишних" ИБП могут быть отключены. В некоторых ИБП такая логика управления подразумевается по умолчанию, а другие модели вообще лишены возможности работы в таком режиме. Инверторы, оставшиеся включенными, питают нагрузку. Коэффициент полезного действия системы при этом несколько возрастает. Обычно в этом режиме работы предусматривается некоторая избыточность, т.е. количестов работающих инверторов больше, чем необходимо для питания нагрузки. Тем самым обеспечивается резервирование. Все выпрямители системы продолжают работать, включая выпрямители тех ИБП, инверторы которых отключены.

Работа от батареи

В случае исчезновения напряжения в электрической сети, параллельная система переходит на работу от батареи. Все выпрямители системы не работают, инверторы питают нагрузку, получая энергию от батареи. В этом режиме работы (естественно) отсутствует напряжение в электрической сети, которое при нормальной работе было для ИБП не только источником энергии, но и источником сигнала синхронизации выходного напряжения. Поэтому функцию синхронизации берет на себя специальная параллельная электроника или выходная цепь ИБП, специально ориентированная на поддержание выходной частоты и фазы в соответствии с частотой и фазой выходного напряжения параллельно работающего ИБП.

Выход из строя выпрямителя

Это режим, при котором вышли из строя один или несколько выпрямителей. ИБП, выпрямители которых вышли из строя, продолжают питать нагрузку, расходуя заряд своей батареи. Они выдает сигнал "неисправность выпрямителя". Остальные ИБП продолжают работать нормально. После того, как заряд разряжающихся батарей будет полностью исчерпан, все зависит от соотношения мощности нагрузки и суммарной мощности ИБП с исправными выпрямителями. Если нагрузка не превышает перегрузочной способности этих ИБП, то питание нагрузки продолжится (если у системы остался значительный запас мощности, то в этом режиме работы допустимо еще несколько сбоев системы). В случае, если нагрузка ИБП превышает перегрузочную способность оставшихся ИБП, то система переходит к режиму работы через статический байпас.

Выход из строя инвертора

Если оставшиеся в работоспособном состоянии инверторы могут питать нагрузку, то нагрузка продолжает работать, питаясь от них. Если мощности работоспособных инверторов недостаточно, система переходит в режим работы от статического байпаса. Выпрямители всех ИБП могут заряжать батареи, или ИБП с неисправными инверторами могут быть полностью отключены для выполнения ремонта.

Работа от статического байпаса

Если суммарной мощности всех исправных инверторов параллельной системы не достаточно для поддержания работы нагрузки, система переходит к работе через статический байпас. Статические переключатели всех инверторов разомкнуты (исправные инверторы могут продолжать работать). Если нагрузка уменьшается, например в результате отключения части оборудования, параллельная система автоматически переключается на нормальный режим работы.

В случае одиночного ИБП с двойным преобразованием работа через статический байпас является практически последней возможностью поддержания работы нагрузки. В самом деле, ведь достаточно выхода из строя статического переключателя, и нагрузка будет обесточена. При работе параллельной системы через статический байпас допустимо некоторое количество сбоев системы. Статический байпас способен выдерживать намного больший ток, чем инвертор. Поэтому даже в случае выхода из строя одного или нескольких статических переключателей, нагрузка возможно не будет обесточена, если суммарный допустимый ток оставшихся работоспособными статических переключателей окажется достаточен для работы. Конкретное количество допустимых сбоев системы в этом режиме работы зависит от числа ИБП в системе, допустимого тока статического переключателя и величины нагрузки.

Сервисный байпас

Если нужно провести с параллельной системой ремонтные или регламентные работы, то система может быть отключена от нагрузки с помощью ручного переключателя сервисного байпаса. Нагрузка питается от сети, все элементы параллельной системы ИБП, кроме батарей, обесточены. Как и в случае системы с горячим резервированием, возможен вариант одного общего внешнего сервисного байпаса или нескольких сервисных байпасов, встроенных в отдельные ИБП. В последнем случае при использовании сервисного байпаса нужно иметь в виду соотношение номинального тока сервисного байпаса и действующей мощности нагрузки. Другими словами, нужно включить столько сервисных байпасов, чтобы нагрузка не превышала их суммарный номинальных ток.
[ http://www.ask-r.ru/info/library/ups_without_secret_7.htm]

Тематики

• источники и системы электропитания

EN

• three-phase UPS

• Благодаря этому факту усиленно напрашивается, что... - This fact strongly suggests that...

• В свете всех этих фактов становится естественным (вычислить и т. п.)... - In view of all these facts it becomes natural to...

• В связи с тем фактом, что..., очевидно, что это невозможно. - This is obviously impossible in light of the fact that...

• В этом параграфе мы устанавливаем основные факты относительно... - In this section we establish the basic facts about...

• Важность этого факта станет понятна после того, как мы обсудим... - The importance of this fact will become clear when we discuss...

• Внимание читателя привлекается к тому факту, что... - The reader's attention is drawn to the fact that...

• Вряд ли необходимо еще подчеркивать тот факт, что... - It is hardly necessary to stress the fact that...

• Данная теория также объясняет тот факт, что... - This theory also explains the fact that...

• Данное утверждение интуитивно очевидно, если исходить из факта, что... - The proposition is intuitively obvious from the fact that...

• Данный подход должен быть изменен так, чтобы он учитывал факт, что... - The approach must be modified to accommodate the fact that...

• Добавьте к этому тот факт, что... - Add to this the fact that...

• Его принципиальная важность заключается в том факте, что... - Its principal importance lies ultimately in the fact that...

• Задача усложняется тем фактом, что... - The problem is complicated by the fact that...

• Замечательным фактом является то, что... - It is a remarkable fact that...

• Замечательным фактом является, что... - It is a remarkable fact that...

• Здесь принимается во внимание тот факт, что... - This takes account of the fact that...

• Зная этот набор фактов, мы понимаем, что... - With this framework before us, we realize that...

• Из этого факта, совместно с (1), вытекает, что... - This fact, taken together with (1), implies that...

• Интересным и полезным фактом является то, что... - The interesting and useful fact is that...

• Исключительным фактом является то, что... - It is an extraordinary fact that...

• Мы используем этот факт в дальнейшем. - We shall make use of this fact later.

• Мы можем использовать преимущество, предоставляемое этим фактом, чтобы... - We can take advantage of this fact to...

• Мы можем объяснить этот факт тем, что... - We can explain this fact by...

• Мы привлекаем внимание к факту, что... - We call attention to the fact that...

• Мы примем этот важный факт без доказательства. - We shall accept this important fact without proof.

• На некоторое время мы пренебрегаем тем фактом, что... - We neglect, for the time being, the fact that...

• На этом этапе мы хотим привлечь внимание к тому факту, что... - At this point, we wish to call attention to the fact that...

• На этом этапе необходимо указать очень важный факт. - At this stage a very important fact must be pointed out.

• Наиболее важным является тот факт, что... - Most important is the fact that...

• Нам всем (хорошо) известен тот факт, что... - We are all familiar with the fact that...

• Некоторые из этих проблем возникают из того факта, что... - Some of the problems arise from the fact that...

• Немедленным следствием предыдущего результата является тот факт, что... - An immediate corollary of the above result is the fact that...

• Необходимо заметить, что в той же мере важным является тот факт, что... - But equally important, one should notice, is the fact that...

• Неожиданным фактом является то, что... - An unexpected fact is that...

• Однако имеет смысл использовать факт, что... - But the sensible thing is to use the fact that...

• Однако при вычислении величины W мы должны принять во внимание тот факт, что... - In computing W, however, we must take into account the fact that...

• Очевидно, что этот ответ обязан быть следствием факта, что... - The answer must obviously be sought in the fact that...

• Подтверждение такой точки зрения вытекает из того факта, что... - Confirmation of this view is found in the fact that...

• Позднее нам будут необходимы несколько фактов относительно... - Later on we shall need certain facts about...

• Полезно помнить следующий факт:... - A useful result to remember is that...

• Поразительным фактом является то, что... - A striking fact is that...

• Предыдущие примеры иллюстрируют общий факт, что... - The preceding examples illustrate the general fact that...

• Причиной этого является факт, что... - The reason for this lies in the fact that...

• Простейшим объяснением всех этих фактов является... - The simplest explanation for these facts is...

• Рассмотрим некоторые важные факты относительно... - Let us review some important facts regarding...

• Следует уделить внимание тому факту, что... - Attention should be paid to the fact that...

• Таким образом, мы возвращаемся к факту, что... - We thus recover the fact that...

• Твердо установленным фактом является, что... - It is a well-established result that...

• Тот факт, что..., ничего не говорит о... - The fact that... says nothing about...

• Тривиальным фактом здесь является... - It is a trivial observation that...

• Тщательное сравнение затрудняется тем фактом, что... - Careful comparison is somewhat hampered by the fact that...

• Учитывая эти факты, мы можем... - Taking these facts into account, we can...

• Фактом чрезвычайной важности является то, что... - This is a fact of tremendous importance to...

• Фундаментальным фактом является то, что каждый... - It is a fundamental fact that every...

• Чтобы сделать это, мы используем тот факт, что... - То do this, we make use of the fact that...

• Чтобы учесть данный факт, Максвелл предположил, что... - То account for this fact, Maxwell supposed that...

• Экспериментально обнаружено, что... - It is found, as an experimental fact, that...

• Эти важные факты можно подытожить следующим образом. - The relevant facts may be summarized as follows.

• Эти факты могут быть объяснены, если... - These facts can be explained if...

• Эти факты позволяют нам... - These facts allow us to...

• Это выливается в не что иное как простое переформулирование факта, что... - This amounts to no more than a restatement of the fact that...

• Это иллюстрирует тот факт, что... - This illustrates the fact that...

• Это могло бы показаться довольно неопределенным в свете того факта, что... - This may seem rather pointless in light of the fact that...

• Это могло бы показаться парадоксальным в свете факта, что... - This may appear to be paradoxical in view of the fact that...

• Это необходимое следствие того факта, что... - This is a necessary consequence of the fact that...

• Это очевидным образом вытекает из того факта, что... - This is clearly borne out by the fact that...

• Это предположение игнорирует тот факт, что... - The assumption ignores the fact that...

• Это происходит вследствие того факта, что... - This arises from the fact that...

• Это просто другой способ выражения того факта, что... - This is just another way of expressing the fact that...

• Это просто последствие того факта, что... - This is simply a consequence of the fact that...

• Это связано с тем фактом, что... - This is connected with the fact that...

• Это следует из нашего обсуждения соотношения (4), а также из того факта, что... - This follows from our discussion of (4) and the fact that...

• Это совершенно очевидно следует из того факта, что... - This is at once obvious from the fact that...

• Это соответствует тому факту, что... - This corresponds to the fact that...

• Это справедливо, несмотря на тот факт, что... - This is so despite the fact that...

• Этот пример иллюстрирует основной факт, что... - This example illustrates the general fact that...

• Этот результат более или менее ожидаем, если исходить из факта, что... - This result is more or less to be expected from the fact that...

• Этот результат было необходимо ожидать, исходя из факта, что... - This result was to be expected from the fact that...

• Этот результат согласуется с тем фактом, что... - This result is in agreement with the fact that...

• Этот факт был отмечен без доказательства в главе 4. - This fact was noted without proof in Chapter 4.

• Является интересным тот факт, что... - It is an interesting fact that...

 

полевая шина
-
[Интент]

полевая магистраль по зарубежной терминологии
Имеет много терминов-синонимов и обозначает специализированные последовательные магистрали малых локальных сетей (МЛС), ориентированны на сопряжение с ЭВМ рассредоточенных цифровых датчиков и исполнительных органов. Магистрали рассчитаны на применение в машиностроении, химической промышленности, в системах автоматизации зданий, крупных установках, бытовых электронных системах, системах автомобильного оборудования, малых контрольно-измерительных и управляющих системах на основе встраиваемых микроЭВМ и т. п. Основными магистралями являются Bitbus, MIL STD-1553В. В настоящее время рабочими группами IEC (65С и SP-50) стандартизируются два основных типа МЛС: высокоскоростные и низкоскоростные, ориентированные на датчики.
[Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо-русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993]

ЧТО ТАКОЕ FIELDВUS?
Так пишется оригинальный термин, который в русском переводе звучит как «промышленная сеть». Fieldbus — это не какой-то определенный протокол передачи данных и не тип сетевой архитектуры, этот термин не принадлежит ни одной отдельно взятой компании и обозначает скорее сферу применения, чем какую-либо конкретную сетевую технологию.
Давайте попробуем сформулировать лишь некоторые основные требования, которые можно предъявить к «идеальной» промышленной сети.
1. Производительность.
2. Предсказуемость времени доставки информации.
3. Помехоустойчивость.
4. Доступность и простота организации физического канала передачи данных.
5. Максимальный сервис для приложений верхнего уровня.
6. Минимальная стоимость устройств аппаратной реализации, особенно на уровне контроллеров.
7. Возможность получения «распределенного интеллекта», путем предоставления максимального доступа к каналу нескольким ведущим узлам.
8.Управляемость и самовосстановление в случае возникновения нештатных ситуаций.

[Сергей Гусев. Краткий экскурс в историю промышленных сетей]

---

Международный стандарт IEC 61158 “Fieldbus for use in Industrial Control Systems” («Промышленная управляющая сеть для применения в промышленных системах управления») определяет восемь независимых и несовместимых коммуникационных технологий, из которых FOUNDATION Fieldbus H1 и PROFIBUS PA стали в значительной степени преобладающими в различных отраслях промышленности.
Эти промышленные сети соответствуют требованиям стандарта IEC 61158 2, который устанавливает физический уровень так называемых промышленных сетей H1.
Основными требованиями к промышленным сетям H1 являются:
● передача данных и питание устройств нижнего уровня по одной витой паре;
● гибкость при проектировании различных топологий сети;
● совместимость всех полевых приборов;
● взрывобезопасность при установкево взрывоопасных зонах;
● распределение одной инфраструктуры на многочисленные сегменты.

[Виктор Жданкин. Концепция FieldConnex® для промышленных сетей FOUNDATION Fieldbus H1 и PROFIBUS_PA: повышение производительности и снижение затрат. СТА 2/2009]

---

Термин полевая шина является дословным переводом английского термина fieldbus.
Термин промышленная сеть является более точным переводом и в настоящее время именно он используется в профессиональной технической литературе.

Промышленная сеть — сеть передачи данных, связывающая различные датчики, исполнительные механизмы, промышленные контроллеры и используемая в промышленной автоматизации. Термин употребляется преимущественно в автоматизированной системе управления технологическими процессами (АСУТП).

Устройства используют сеть для:

• передачи данных, между датчиками, контроллерами и исполнительными механизмами;
• диагностики и удалённого конфигурирования датчиков и исполнительных механизмов;
• калибрования датчиков;
• питания датчиков и исполнительных механизмов;
• связи между датчиками, исполнительными механизмами, ПЛК и АСУ ТП верхнего уровня.

В промышленных сетях для передачи данных применяют:

• электрические линии;
• волоконно-оптические линии;
• беспроводную связь (радиомодемы и Wi-Fi).

Промышленные сети могут взаимодействовать с обычными компьютерными сетями, в частности использовать глобальную сеть Internet.

[ Википедия]

---

Главной функцией полевой шины является обеспечение сетевого взаимодействия между контроллерами и удаленной периферией (например, узлами ввода/вывода). Помимо этого, к полевой шине могут подключаться различные контрольно-измерительные приборы ( Field Devices), снабженные соответствующими сетевыми интерфейсами. Такие устройства часто называют интеллектуальными ( Intelligent Field Devices), так как они поддерживают высокоуровневые протоколы сетевого обмена.

Пример полевой шины представлен на рисунке 1.

Рис. 1. Полевая шина.

Как уже было отмечено, существует множество стандартов полевых шин, наиболее распространенные из которых приведены ниже:

1. Profibus DP
2. Profibus PA
3. Foundation Fieldbus
4. Modbus RTU
5. HART
6. DeviceNet

Несмотря на нюансы реализации каждого из стандартов (скорость передачи данных, формат кадра, физическая среда), у них есть одна общая черта – используемый алгоритм сетевого обмена данными, основанный на классическом принципе Master-Slave или его небольших модификациях.
Современные полевые шины удовлетворяют строгим техническим требованиям, благодаря чему становится возможной их эксплуатация в тяжелых промышленных условиях. К этим требованиям относятся:

1. Детерминированность. Под этим подразумевается, что передача сообщения из одного узла сети в другой занимает строго фиксированный отрезок времени. Офисные сети, построенные по технологии Ethernet, - это отличный пример недетерминированной сети. Сам алгоритм доступа к разделяемой среде по методу CSMA/CD не определяет время, за которое кадр из одного узла сети будет передан другому, и, строго говоря, нет никаких гарантий, что кадр вообще дойдет до адресата. Для промышленных сетей это недопустимо. Время передачи сообщения должно быть ограничено и в общем случае, с учетом количества узлов, скорости передачи данных и длины сообщений, может быть заранее рассчитано.
2. Поддержка больших расстояний. Это существенное требование, ведь расстояние между объектами управления может порой достигать нескольких километров. Применяемый протокол должен быть ориентирован на использование в сетях большой протяженности.
3. Защита от электромагнитных наводок. Длинные линии в особенности подвержены пагубному влиянию электромагнитных помех, излучаемых различными электрическими агрегатами. Сильные помехи в линии могут исказить передаваемые данные до неузнаваемости. Для защиты от таких помех применяют специальные экранированные кабели, а также оптоволокно, которое, в силу световой природы информационного сигнала, вообще нечувствительно к электромагнитным наводкам. Кроме этого, в промышленных сетях должны использоваться специальные методы цифрового кодирования данных, препятствующие их искажению в процессе передачи или, по крайней мере, позволяющие эффективно детектировать искаженные данные принимающим узлом.
4. Упрочненная механическая конструкция кабелей и соединителей. Здесь тоже нет ничего удивительного, если представить, в каких условиях зачастую приходиться прокладывать коммуникационные линии. Кабели и соединители должны быть прочными, долговечными и приспособленными для использования в самых тяжелых окружающих условиях (в том числе агрессивных атмосферах).

По типу физической среды полевые шины делятся на два типа:

1. Полевые шины, построенные на базе оптоволоконного кабеля.
   Преимущества использования оптоволокна очевидны: возможность построения протяженных коммуникационных линий (протяженностью до 10 км и более); большая полоса пропускания; иммунитет к электромагнитным помехам; возможность прокладки во взрывоопасных зонах.
   Недостатки: относительно высокая стоимость кабеля; сложность физического подключения и соединения кабелей. Эти работы должны выполняться квалифицированными специалистами.
2. Полевые шины, построенные на базе медного кабеля.
   Как правило, это двухпроводной кабель типа “витая пара” со специальной изоляцией и экранированием. Преимущества: удобоваримая цена; легкость прокладки и выполнения физических соединений. Недостатки: подвержен влиянию электромагнитных наводок; ограниченная протяженность кабельных линий; меньшая по сравнению с оптоволокном полоса пропускания.

Итак, перейдем к рассмотрению методов обеспечения отказоустойчивости коммуникационных сетей, применяемых на полевом уровне. При проектировании и реализации этот аспект становится ключевым, так как в большой степени определяет характеристики надежности всей системы управления в целом.

На рисунке 2 изображена базовая архитектура полевой шины – одиночная (нерезервированная). Шина связывает контроллер С1 и четыре узла ввода/вывода IO1-IO4. Очевидно, что такая архитектура наименее отказоустойчива, так как обрыв шины, в зависимости от его локализации, ведет к потере коммуникации с одним, несколькими или всеми узлами шины. В нашем случае в результате обрыва теряется связь с двумя узлами.

Рис. 2. Нерезервированная шина.

Здесь важное значение имеет термин “единичная точка отказа” (SPOF, single point of failure). Под этим понимается место в системе, отказ компонента или обрыв связи в котором приводит к нарушению работы всей системы. На рисунке 2 единичная точка отказа обозначена красным крестиком.

На рисунке 3 показана конфигурация в виде дублированной полевой шины, связывающей резервированный контроллер с узлами ввода/вывода. Каждый узел ввода/вывода снабжен двумя интерфейсными модулями. Если не считать сами модули ввода/вывода, которые резервируются редко, в данной конфигурации единичной точки отказа нет.

Рис. 3. Резервированная шина.

Вообще, при построении отказоустойчивых АСУ ТП стараются, чтобы единичный отказ в любом компоненте (линии связи) не влиял на работу всей системы. В этом плане конфигурация в виде дублированной полевой шины является наиболее распространенным техническим решением.

На рисунке 4 показана конфигурация в виде оптоволоконного кольца. Контроллер и узлы ввода/вывода подключены к кольцу с помощью резервированных медных сегментов. Для состыковки медных сегментов сети с оптоволоконными применяются специальные конверторы среды передачи данных “медь<->оптоволокно” (OLM, Optical Link Module). Для каждого из стандартных протоколов можно выбрать соответствующий OLM.

Рис. 4. Одинарное оптоволоконное кольцо.

Как и дублированная шина, оптоволоконное кольцо устойчиво к возникновению одного обрыва в любом его месте. Система такой обрыв вообще не заметит, и переключение на резервные интерфейсные и коммуникационные модули не произойдет. Более того, обрыв одного из двух медных сегментов, соединяющих узел с оптоволоконным кольцом, не приведет к потере связи с этим узлом. Однако второй обрыв кольца может привести к неработоспособности системы. В общем случае два обрыва кольца в диаметрально противоположных точках ведут к потере коммуникации с половиной подключенных узлов.

На рисунке 5 изображена конфигурация с двойным оптическим кольцом. В случае если в результате образования двух точек обрыва первичное кольцо выходит из строя, система переключается на вторичное кольцо. Очевидно, что такая архитектура сети является наиболее отказоустойчивой. На рисунке 5 пошагово изображен процесс деградации сети. Обратите внимание, сколько отказов система может перенести до того, как выйдет из строя.

Рис. 5. Резервированное оптоволоконное кольцо.

[ http://kazanets.narod.ru/NT_PART1.htm]

Тематики

• автоматизированные системы

Синонимы

• промышленная сеть
• промышленная управляющая сеть

EN

• field bus
• fieldbus

 

НКУ с устройствами ограничения воздействия внутренней дуги
-
[Интент]

Параллельные тексты EN-RU

Assemblies equipped with devices limiting internal arc effects (active protection)

A design philosophy which is completely different from that just considered consists in guaranteeing the resistance to internal arcing by installing devices limiting the arc.

The approaches in that direction can be of two different types:
• limiting the destructive effects of the arc, once it has occured, by means of arc detectors
• limiting the destructive effects of the arc, once it has occured, by means of overpressure detectors.

The first possibility consists in installing in the assembly arc detectors which sense the light flux associated with the electric arc phenomenon.

Once the arc has been detected, these devices send an opening signal to the incoming circuit-breaker, thus guaranteeing tripping times of the order of 1-2 ms, therefore shorter than those proper of the circuit-breaker.

The operating logic of an arc detector is the following: the occurrence of an arc inside the switchboard is detected by the arc detector because an intense light radiation is associated with this phenomenon.

The arcing control system detects the event and sends a tripping signal to the circuit-breaker.

All the above with trip times of a few milliseconds and supplanting the tripping of the CB overcurrent relay which, for example, could be delayed due to current selectivity questions.

Figure 1 shows the possible positions where this device can be installed inside a switchboard.

The ideal solution is that which provides the installation of at least one detector for each column, with the consequent reduction to a minimum of the length of the optical fibers carrying the signal.

In order to prevent from an unwanted tripping caused by light sources indepent of the arc (lamps, solar radiation etc.), an additional current sensor is often positioned at the incoming of the main circuit-breaker.

Only in the event of an arc, both the incoming sensor which detects an “anomalous” current due to the arc fault as well as the sensor detecting the light radiation as sociated with the arc enable the system to intervene and allow the consequent opening of the circuit-breaker.

The second possibility consists in installing overpressure sensors inside the switchboard.

As previously described, the overpressure wave is one of the other effects occurring inside an assembly in case of arcing.

As a consequence it is possible to install some pressure sensors which are able to signal the pressure peak associated with the arc ignition with a delay of about 10-15 ms.

The signal operates on the supply circuit-breaker without waiting for the trip times of the selectivity protections to elapse, which are necessarily longer.

Such a system does not need any electronic processing device, since it acts directly on the tripping coil of the supply circuit-breaker.

Obviously it is essential that the device is set at fixed trip thresholds.

When an established internal overpressure is reached, the arc detector intervenes.

However, it is not easy to define in advance the value of overpressure generated by an arc fault inside a switchboard.

[ABB]

НКУ с устройствами ограничения воздействия внутренней дуги (активная защита)

Для решения этой задачи используются совершенно другие, отличающиеся от ранее рассмотренных, принципы, заключающиеся в том, что противодействие внутренней дуге обеспечивается применением устройств, ограничивающих саму дугу.

Существует два типа решения проблемы в этом направлении:
• ограничение разрушающего воздействия дуги после того, как ее обнаружат специальные устройства
• ограничение разрушающего воздействия дуги после того, как специальные устройства обнаружат возникновение избыточного давления.

В первом случае в НКУ устанавливают устройства обнаружения дуги, реагирующие на световой поток, сопровождающий явление электрической дуги.

При обнаружении дуги данные устройства посылают сигнал управления на размыкание вводного автоматического выключателя. Гарантируемое время реакции составляет 1-2 мс, что меньше времени срабатывания автоматического выключателя.

Логика работы устройства обнаружения дуги следующая: Дуга, возникшая внутри НКУ, обнаруживается датчиком, реагирующим на интенсивное световое излучение, которым сопровождается горение дуги.

Обнаружив дугу, система управления посылает сигнал автоматическому выключателю.

Время срабатывания датчика и системы управления составляет несколько миллисекунд, что меньше времени срабатывания автоматического выключателя, осуществляющего защиту от сверхтока, который обычно для обеспечения требуемой селективности срабатывает с задержкой.

На рис. 1 показаны места возможной установки устройства защиты внутри НКУ.

Идеальным решением является установка, по крайней мере, одного устройства защиты в каждый шкаф многошкафного НКУ.

Это позволит до минимума сократить длину оптоволоконных кабелей передачи сигнала.

Для предотвращения ложного срабатывания от других источников света (т. е. не от дуги), например, таких как лампы, солнечное излучение и т. п., дополнительно в главной цепи вводного автоматического выключателя устанавливают датчик тока.

Только при наличии двух событий, а именно: срабатывания датчика света и обнаружения аномального увеличения тока, система управления считает, что возникла электрическая дуга и подает команду на отключение вводного автоматического выключателя.

Второе решение заключается в установке внутри НКУ датчика избыточного давления.

Как было описано ранее, одним из характерных проявлений электрической дуги, возникшей внутри НКУ, является ударная волна.

Это означает, что можно установить несколько датчиков давления, задачей которых является обнаружение импульса давления (с задержкой 10…15 мс), обусловленного зажиганием дуги.

Сигнал от датчиков давления поступает на вводной автоматический выключатель, который срабатывает без задержки на обеспечение селективности.

Такая система не нуждается в электронном устройстве обработки информации, поскольку воздействует непосредственно на независимый расцепитель автоматического выключателя.

Вполне понятно, что такое устройство имеет фиксированный порог срабатывания.

Датчик-реле дуги сработает, как только будет достигнуто заданное значение избыточного давления.

Следует иметь в виду, что не так легко заранее определить значение избыточного давления, которое будет создано при зажигании дуги внутри НКУ.

[Перевод Интент]

Тематики

• НКУ (шкафы, пульты,...)

EN

• assembly equipped with devices limiting internal arc effects

 

богатство
благосостояние
Стоимость активов, принадлежащих лицу или группе лиц. Экономическая наука началась с изучения природы богатства (например, труд Адама Смита “Богатство народов”) и того, как оно меняется в течение данного периода. Кейнсианская теория стремилась сделать основной упор на доход (income), рассматривая его как главный объект исследования в макроэкономике; однако сейчас считается, что доход всего лишь оказывает влияние на поведение индивидов, поскольку влияет на их благосостояние.
[ http://www.vocable.ru/dictionary/533/symbol/97]

богатство
Все, что имеет рыночную оценку и может быть продано за деньги или обменено на иные блага. (Это, разумеется, далеко не единственное определение столь общего понятия, но принятое довольно широко в экономической литературе). Б. может быть представлено в вещественной форме и в форме бумажных активов, а также личных способностей человека (если их оказывается возможным продать на рынке труда). Последнее называется неосязаемым (правильнее – нематериальным) богатством, человеческим капиталом. Б. обладает той особенностью, что оно способно приносить доход, то есть нарастать богатством же. Следует отличать само Б., которое в экономико-математических моделях отражается показателями запаса, «резервуара», и прирост богатства, фиксируемый показателями «потоков». Сущность богатства, законов его производства и распределения экономисты сделали предметом своих исследований еще со времен Адама Смита. Этот предмет исследований, по словам Дж.С.Милля, “во все века неизбежно оказывался в центре практических интересов человечества и иногда даже неоправданно поглощал все внимание”. [1] Представление о природе Б. исторически изменялось, в значительной мере в связи с изменениями общественного устройства и структуры самого Б.. Например, в докапиталистических формациях главным Б-м считалась земля и все, что с ней связано. В дальнейшем в центр внимания вышел капитал - в форме производственных фондов, денежных накоплений и т.п. В настоящее же время, в постиндустриальных обществах, наблюдается опережающий рост значения интеллектуального потенциала как важнейшего элемента богатства. Соответственно, на первый план выходит “человеческий капитал”, как форма Б. индивидуума. В современной экономической литературе существуют серьезные расхождения во мнениях о природе и происхождении богатства. Эти расхождения часто проявляются в дискуссиях, связанных с оценкой национального богатства, но касаются и смысла богатства как такового. Например, речь идет о том, следует ли включать в состав национального богатства природные ресурсы страны. Упрощенное толкование теории трудовой теории Маркса приводит к утверждению об исключительно трудовой природе богатства и соответственно - к предложениям об оценке Б. по затраченному на его создание труду, а не по его полезности. При всем значении труда, как источника существенной части Б., такая позиция ведет к искаженному представлению о природе последнего. Лишь в качестве примера: получается, что месторождение, на поиск которого затрачено больше труда, “стоит” дороже, чем случайно найденное, но куда более ценное и крупное, — а таких случаев, как известно, сколько угодно. Еще в классической политической экономии XIX века Б. совершенно четко подразделялось на три категории: Б. индивидуума, Б. общественной группы и, наконец, богатство народа, точнее – нации, объединенной самостоятельной государственностью. В настоящее время эта точка зрения стала общепринятой. См. также Вещественный капитал, Национальное богатство, Человеческий капитал. [1] Милль Дж.С. Основы политической экономии, т.1, М.:. 1980, с.81
[ http://slovar-lopatnikov.ru/]

Тематики

• финансы
• экономика

Синонимы

• благосостояние

EN

• wealth

 

ядерный ущерб
[i) Смерть или телесное повреждение; ii) потеря имущества или ущерб имуществу; и следующее по каждому подпункту в пределах, устанавливаемых законом компетентного суда: iii) экономические потери, возникающие в результате потерь или ущерба, упомянутых в подпункте i) или ii), постольку, поскольку они не охватываются этими подпунктами, если их несет лицо, имеющее право на предъявление иска в отношении таких потерь или ущерба; iv) затраты на меры по восстановлению окружающей среды, состояние которой ухудшилось, за исключением незначительного ухудшения, если такие меры фактически были приняты или должны быть приняты и постольку, поскольку это не охватывается подпунктом ii); v) потеря доходов, получаемых от экономического интереса в любом применении или использовании окружающей среды, в результате значительного ухудшения состояния этой окружающей среды и постольку, поскольку это не охвачено подпунктом ii); vi) затраты на превентивные меры и стоимость дальнейших потерь или ущерба, причиненных такими мерами; vii) любые другие экономические потери помимо любых потерь, вызванных ухудшением состояния окружающей среды, если это допускается общим законом о гражданской ответственности компетентного суда, в случае подпунктов i)-v) и vii) выше, в той мере, в какой потери или ущерб возникают в силу или являются результатом ионизирующего излучения, испускаемого любым источником излучения внутри ядерной установки или испускаемого ядерным топливом или радиоактивными продуктами, или отходами на ядерной установке или ядерного материала, поступающего с ядерной установки, произведенного в ней или отправленного на нее, независимо от того, возникают ли они в силу радиоактивных свойств такого вещества или комбинации радиоактивных свойств с токсическими, взрывными или другими опасными свойствами такого вещества.] (Из [25].) В данном контексте превентивные меры {preventive measures} определяются как любые обоснованные меры, принимаемые любым лицом после того, как произошел ядерный инцидент, с целью предотвращения или сведения к минимуму ущерба, упомянутого в подпунктах i)-v) или в подпункте vii), при условии получения любого утверждения компетентными органами, требуемого в соответствии с законом государства, в котором принимаются меры.
[Глоссарий МАГАТЭ по вопросам безопасности]

Тематики

• МАГАТЭ

EN

• nuclear damage

1. Also: НА ВЫСОТЕ ПОЛОЖЕНИЯ (subj: human or collect) (to be, feel that one is etc) performing in the best, most fitting manner in a given situation, demonstrating the daring, courage etc required under particular circumstances: Хбыл (оказался) на высоте (положения) = X rose (measured up) to the occasion

Neg X был (оказался) не на высоте - X fell short of expectations (of the mark).

2. (subj: human, collect, abstr, or concr) (to be, feel that one is etc) able to satisfy the highest demands, excellent in quality

X на высоте = X is first-rate (topnotch)

( usu. with negated predic or in questions) X был не на высоте - X did not measure up

• НА ВЫСОТЕ быть, оказаться, чувствовать себя и т. п.; НА ДОЛЖНОЙ ВЫСОТЕ

[PrepP; these forms only; subj-compl with copula]

=====

1. Also: НА ВЫСОТЕ ПОЛОЖЕНИЯ [subj: human or collect]

⇒ (to be, feel that one is etc) performing in the best, most fitting manner in a given situation, demonstrating the daring, courage etc required under particular circumstances:

- Х был (оказался) на высоте (положения) ≈ X rose (measured up) to the occasion;

- X was equal to the occasion (to the task);

- X rose to (met) the challenge;

- [in limited contexts] X lived up to person expectations;

- X was at his best;

     ♦...По слухам, которые распространяли чегемцы... Маяна в первую же брачную ночь сломала своему почтенному мужу два ребра... Но опять же, если верить чегемским слухам, старик оказался на высоте, потому что, будучи человеком со сломанными рёбрами, он, по крайней мере, успел зачать ещё двух детей, если первого ребёнка, как предполагали чегемцы, он успел зачать до того, как треснули его рёбра (Искандер 4)....According to rumors that the Chegemians spread...on their wedding night May ana broke two of her venerable husband's ribs.... What is more, if we are to believe Chegem rumors, the old man rose to the occasion, because, even as a man with broken ribs, at least he succeeded in begetting two more children, if, as the Chegemians hypothesized, he had succeeded in begetting the first child before his ribs got cracked (4a).

     ♦...Он [Кирилл] оказался на высоте - сдержал свое обещание... (Лимонов 1).... Не [Kirill] lived up to my expectations and kept his promise... (1a).

2. [subj: human, collect, abstr, or concr]

⇒ (to be, feel that one is etc) able to satisfy the highest demands, excellent in quality:

- X на высоте≈ X is first-rate < topnotch>;

- [in limited contexts] person X is at his best;

|| [usu. with negated predic or in questions] X был не на высоте≈ X did not measure up;

- X was not up to the mark <to snuff, to scratch, to par, to it>.

     ♦ "Ваши разговоры были записаны, когда вы звонили в [американское] посольство. Наша техника на высоте и позволила разоблачить ваши преступные замыслы..." (Копелев 1). "Your conversations were recorded when you called the [American] embassy. Our technology is first-rate and has allowed us to expose your criminal plans..." (1a).

     ♦ [Нина:] Отец у тебя отличный, Алька. Судьба ему определилась невесёлая... Не спорь с ним сегодня. Ни слова... [Альберт (помотал головой):] Я и не собирался ехать, а он подумал... [Нина:] Ладно, ладно, Жук, мы должны быть на высоте (Розов 4). [N.:] You have a splendid father, Al. It's just that life hasn't treated him too well....Don't argue with him today. Not one word... [A. (shaking his head):] I never even thought of going, and he thought... [N.:] Yes, I know what you mean, old man, but we've got to be at our best now (4a).

     ♦ "Как работают заводы, какие у вас впечатления от личности Фосса, на высоте ли, по-вашему, химики?" - быстро спрашивал он [Эйхман] (Гроссман 2). "How are the factories getting on? What are your impressions of Voss? Do you think the chemists are up to it?" he [Eichmann] asked rapidly (2a).

• НА ВЫСОТЕ быть, оказаться, чувствовать себя и т. п.; НА ДОЛЖНОЙ ВЫСОТЕ

[PrepP; these forms only; subj-compl with copula]

=====

1. Also: НА ВЫСОТЕ ПОЛОЖЕНИЯ [subj: human or collect]

⇒ (to be, feel that one is etc) performing in the best, most fitting manner in a given situation, demonstrating the daring, courage etc required under particular circumstances:

- Х был (оказался) на высоте (положения) ≈ X rose (measured up) to the occasion;

- X was equal to the occasion (to the task);

- X rose to (met) the challenge;

- [in limited contexts] X lived up to person expectations;

- X was at his best;

     ♦...По слухам, которые распространяли чегемцы... Маяна в первую же брачную ночь сломала своему почтенному мужу два ребра... Но опять же, если верить чегемским слухам, старик оказался на высоте, потому что, будучи человеком со сломанными рёбрами, он, по крайней мере, успел зачать ещё двух детей, если первого ребёнка, как предполагали чегемцы, он успел зачать до того, как треснули его рёбра (Искандер 4)....According to rumors that the Chegemians spread...on their wedding night May ana broke two of her venerable husband's ribs.... What is more, if we are to believe Chegem rumors, the old man rose to the occasion, because, even as a man with broken ribs, at least he succeeded in begetting two more children, if, as the Chegemians hypothesized, he had succeeded in begetting the first child before his ribs got cracked (4a).

     ♦...Он [Кирилл] оказался на высоте - сдержал свое обещание... (Лимонов 1).... Не [Kirill] lived up to my expectations and kept his promise... (1a).

2. [subj: human, collect, abstr, or concr]

⇒ (to be, feel that one is etc) able to satisfy the highest demands, excellent in quality:

- X на высоте≈ X is first-rate < topnotch>;

- [in limited contexts] person X is at his best;

|| [usu. with negated predic or in questions] X был не на высоте≈ X did not measure up;

- X was not up to the mark <to snuff, to scratch, to par, to it>.

     ♦ "Ваши разговоры были записаны, когда вы звонили в [американское] посольство. Наша техника на высоте и позволила разоблачить ваши преступные замыслы..." (Копелев 1). "Your conversations were recorded when you called the [American] embassy. Our technology is first-rate and has allowed us to expose your criminal plans..." (1a).

     ♦ [Нина:] Отец у тебя отличный, Алька. Судьба ему определилась невесёлая... Не спорь с ним сегодня. Ни слова... [Альберт (помотал головой):] Я и не собирался ехать, а он подумал... [Нина:] Ладно, ладно, Жук, мы должны быть на высоте (Розов 4). [N.:] You have a splendid father, Al. It's just that life hasn't treated him too well....Don't argue with him today. Not one word... [A. (shaking his head):] I never even thought of going, and he thought... [N.:] Yes, I know what you mean, old man, but we've got to be at our best now (4a).

     ♦ "Как работают заводы, какие у вас впечатления от личности Фосса, на высоте ли, по-вашему, химики?" - быстро спрашивал он [Эйхман] (Гроссман 2). "How are the factories getting on? What are your impressions of Voss? Do you think the chemists are up to it?" he [Eichmann] asked rapidly (2a).

• НА ВЫСОТЕ быть, оказаться, чувствовать себя и т. п.; НА ДОЛЖНОЙ ВЫСОТЕ

[PrepP; these forms only; subj-compl with copula]

=====

1. Also: НА ВЫСОТЕ ПОЛОЖЕНИЯ [subj: human or collect]

⇒ (to be, feel that one is etc) performing in the best, most fitting manner in a given situation, demonstrating the daring, courage etc required under particular circumstances:

- Х был (оказался) на высоте (положения) ≈ X rose (measured up) to the occasion;

- X was equal to the occasion (to the task);

- X rose to (met) the challenge;

- [in limited contexts] X lived up to person expectations;

- X was at his best;

     ♦...По слухам, которые распространяли чегемцы... Маяна в первую же брачную ночь сломала своему почтенному мужу два ребра... Но опять же, если верить чегемским слухам, старик оказался на высоте, потому что, будучи человеком со сломанными рёбрами, он, по крайней мере, успел зачать ещё двух детей, если первого ребёнка, как предполагали чегемцы, он успел зачать до того, как треснули его рёбра (Искандер 4)....According to rumors that the Chegemians spread...on their wedding night May ana broke two of her venerable husband's ribs.... What is more, if we are to believe Chegem rumors, the old man rose to the occasion, because, even as a man with broken ribs, at least he succeeded in begetting two more children, if, as the Chegemians hypothesized, he had succeeded in begetting the first child before his ribs got cracked (4a).

     ♦...Он [Кирилл] оказался на высоте - сдержал свое обещание... (Лимонов 1).... Не [Kirill] lived up to my expectations and kept his promise... (1a).

2. [subj: human, collect, abstr, or concr]

⇒ (to be, feel that one is etc) able to satisfy the highest demands, excellent in quality:

- X на высоте≈ X is first-rate < topnotch>;

- [in limited contexts] person X is at his best;

|| [usu. with negated predic or in questions] X был не на высоте≈ X did not measure up;

- X was not up to the mark <to snuff, to scratch, to par, to it>.

     ♦ "Ваши разговоры были записаны, когда вы звонили в [американское] посольство. Наша техника на высоте и позволила разоблачить ваши преступные замыслы..." (Копелев 1). "Your conversations were recorded when you called the [American] embassy. Our technology is first-rate and has allowed us to expose your criminal plans..." (1a).

     ♦ [Нина:] Отец у тебя отличный, Алька. Судьба ему определилась невесёлая... Не спорь с ним сегодня. Ни слова... [Альберт (помотал головой):] Я и не собирался ехать, а он подумал... [Нина:] Ладно, ладно, Жук, мы должны быть на высоте (Розов 4). [N.:] You have a splendid father, Al. It's just that life hasn't treated him too well....Don't argue with him today. Not one word... [A. (shaking his head):] I never even thought of going, and he thought... [N.:] Yes, I know what you mean, old man, but we've got to be at our best now (4a).

     ♦ "Как работают заводы, какие у вас впечатления от личности Фосса, на высоте ли, по-вашему, химики?" - быстро спрашивал он [Эйхман] (Гроссман 2). "How are the factories getting on? What are your impressions of Voss? Do you think the chemists are up to it?" he [Eichmann] asked rapidly (2a).