CC BY
66
Секция «Промышленная безопасность»
УДК 630.36
Д. Н. Михалев, Р. Р. Ахмедшин Научный руководитель - Е. Н. Окладникова Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ СОВРЕМЕННОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ
Оценивается надежность современной элементной базы отечественных и зарубежных производителей. Рассматриваются различные факторы, влияющие на надежность компонентов и методы, позволяющие защитить компонент от внешнего воздействия. Проведены механические, электрические, термические и вакуумные испытания микросхемы Р!С16¥877. Предложен способ создания высоконадежного устройства.
Практически все современные электронные системы, в том числе системы безопасности (пожарная сигнализация, вентиляционная система и др.), а также системы, применяемые в медицинской практике для поддержания жизнедеятельности пациентов должны обладать повышенной надежностью, так как их отказ может привести не только к экономическим убыткам, но и даже к гибели человека. Практически все такие системы базируются на элементах, имеющих большую степень интеграции. К таким элементам относятся микросхемы микроконтроллеры, микропроцессоры, ПЛИС.
Надежность интегральных схем (ИС) зависит от внешних и внутренних факторов. Влияние внешних факторов наиболее серьезно сказывается на работоспособности ИС, чем внутренних. К внешним факторам относят: механические (вибрация, удар и др.), электрические (электростатический разряд, выход напряжения питания из диапазона допустимых значений, короткое замыкание вывода порта настроенного на выход на шину питания), электромагнитные (сбой либо повреждение ИС от электромагнитного импульса, вызванного разрядом молнии, ударявшей неподалеку, влияние мощного излучения передающего устройства и т. д.), термические (выход температуры окружающей среды за пределы температурного диапазона) и радиационные факторы. К внутренним факторам относят недолговечность некоторых элементов, выполненных на подложке ИС -например ячейки флешь памяти.
На сегодняшний день существуют технологии, позволяющие снизить влияние некоторых факторов. Рассмотрим каждую из них поподробнее. Внешние факторы:
- повышение механической прочности: Использование легких пластиковых корпусов, что снижает силу инерции, действующую на ИС;
- существуют ИС работающие в расширенном диапазоне напряжений питания. Расширен он, как правило, в сторону более низкого напряжения. Для того чтобы ИС можно было подключать к источнику питания с напряжением питания, превышающим максимально допустимое для данной ИС необходимо устанавливать линейный интегральный стабилизатор. На выводах ИС устанавливаются защитные диоды, позволяющие снизить вероятность выхода из строя ИС в результате электростатического пробоя;
- для защиты от электромагнитного воздействия используют специальные корпуса, практически полностью состоящие из металла;
- для предотвращения выхода температуры окружающей среды за пределы разрешенного диапазона используются модули Пельте;
- для защиты от радиации, кроме специальных корпусов, применяется особая технология ИС. Например, с использованием специальных карманов. Наиболее чувствительна к радиации flash память. Поэтому, желательно использовать в условиях высокого радиационного фона ИС не содержащие flash памяти;
Обзор надежности элементов различных производителей
Параметр Контроллер
Atmel Microchip Интеграл Ангстрем Миландр
ATmega16 PIC16F877 IN90S2313DW КР1787ВЕ1 1886ВЕ2У
Температурный диапазон -55... 125 -55.125 -40.85 -60.100 -60.85
Приемка «5» Есть Нет Есть Нет Есть
Число перезаписи флешь памяти 10000 Не менее 1000 Не менее 1000 - Не менее 10000
Тех. процесс - - - КМОП 0,9мкм КМОП 0,6мкм
Диапазон напряжения питания 2,7.5,5В 2,0.5,5В 2,7.6,0В 4,5.5,5В 4,5.5,5В
Наработка на отказ - - - 50000ч -
Гамма процентный срок сохраняемости 10 лет 10 лет 10 лет 10 лет 10 лет
Интенсивность отказов 1/10-6 1/ч 1/10-6 1/ч 1/10-6 1/ч 1/10-6 1/ч 1/10-6 1/ч
Линейные ускорения 500g 500g - 500g
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
- основным показателем надежности flash памяти ИС является число Записей - Стираней. Если нет необходимости изменять содержимое флешь памяти, то этого следует избегать. К тому же в каждом контроллере есть более стойкая EEPROM память.
Проведен обзор надежности элементов отечественного и импортного производства нескольких фирм-производителей: Atmel, Microchip, Интеграл, Ангстрем, Миландр, таблица.
Для повышения надежности какого-либо устройства, рекомендуется использовать поэлементное резервирование, причем для создания резервных модулей выбирать ИС с различными типами защиты. Не секрет, что подавляющее большинство систем изготавливается с применением микроконтроллеров. Резервирующие контроллеры можно соединить между собой по интерфейсу RS-485 устойчивому к сильным электромагнитным помехам. Вывести из строя такое устройство будет весьма сложно. Например, под действием высокой механической перегрузки, могут оторваться тяжелые метал-
лические ИС, защищенные от электромагнитного излучения, но контроллер в пластиковом корпусе останется в работоспособном состоянии.
Также был протестирован микроконтроллер Р1С16Р877, на влияние тепловых, механических внешних воздействий. Проводились испытания работы контроллера в условиях глубокого вакуума. Испытания были успешно пройдены.
Таким образом, проведенный анализ позволяет утверждать, что на сегодняшний день существуют хорошо защищенные ИС, но защита распространяется не на все внешние факторы. Вследствие чего для повышения надежности устройства рекомендуется изготавливать резервные блоки с использованием различной элементной базы.
© Михалев Д. Н., Ахмедшин Р. Р., Окладникова Е. Н., 2010
УДК 536.46
А. С. Мухин1, А. С. Агаян2, А. В. Нефедова3 Научный руководитель - М. Е. Баранов1 1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск 2МОУ СОШ № 145, Красноярск 3МОУ НОШ № 28, Иркутская область, п. Чунский
ВТОРИЧНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДЫ ПОСЛЕ ОЧИСТКИ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Рассмотрена технология применения воды после очистки ее от нефтепродуктов.
В настоящее время в нашей стране на многих предприятиях воду, использовавшуюся в технических целях, сливают как отходы предприятия. Эта вода хоть и является экологически чистой, но для дальнейшего использования в приготовлении пищи и для питья непригодна. После очистки от нефтепродуктов эта вода содержит вещества, негативно влияющие на биологические организмы. Чтобы не загрязнять окружающую среду и не терять экономическую выгоду эта вода может использоваться для общих целей в гражданской сфере.
Наиболее популярная технология сегодня - так называемые двойные системы. Рядом с обычной водопроводной сетью питьевого назначения организуется вторая выделенная сеть доставка воды, прошедшей очистку. Такую воду можно использовать в следующих целях:
- бытовая техническая вода для санузлов в случаях, не предусматривающих прямой контакт с человеком (т. е. в основном, для слива унитазов);
- мойка улиц, тротуаров, пешеходных переходов и т. п.;
- мойка автотранспортных средств;
- система отопления (контуры питания отопительных котлов);
- охлаждения (охлаждающие башни, конденсаторы, теплообменники) и т. д.
Эта вода после очистки от нефтепродуктов будет скапливаться в накопительных цистернах, после чего по трубопроводам будет распределяться для использования.
Основные преимущества - полная автономность системы водоснабжения при абсолютной невозможности перекрестного загрязнения питьевой и технической воды, отсутствие химических реагентов и вредных субпродуктов, существенная энергетическая эффективность (для питания электронасоса используется источник постоянного тока напряжением 12 Вт), возможность использования солнечной энергии, полностью автоматический цикл очистки. В промышленности часто требуются большие объёмы воды например в металлургии, машиностроении, красильных цехах. Очищенные воды можно использовать в качестве приготовление пара в котлах, теплообмен в системах отопления, пароконденсации, охлаждения жидких и твердых тел, промывка от
