Устройство для оперативного контроля тепловых режимов электронной вычислительной машины

 

Изобретение относится к области конструирования электронных вычислительных машин. Изобретение позволяет повысить надежность работы электронной вычислительной машины путем формирования звуковых и зрительно-воспринимаемых сигналов предупреждения о выходе из строя вентилятора и/или нарушения рабочего теплового режима электронной вычислительной машины. Устройство для оперативного контроля тепловых режимов электронной вычислительной машины содержит датчик скорости воздушного потока, соединенный с первым входом первого блока компаратора, второй вход которого соединен с выходом задатчика установки по скорости воздушного потока, датчик температуры, соединенный с первым входом второго блока компаратора, второй вход которого соединен с выходом задатчика уставки по температуре, схему логической обработки сигналов, содержащую два элемента задержки, пять логических элементов И, три логических элемента ИЛИ, пять логических элементов НЕ и коммутатор, блок звуковой сигнализации и блок отображения информации, 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области конструирования электронных вычислительных машин (ЭВМ) и может быть использовано для контроля тепловых режимов внутри корпуса ЭВМ.

Надежность работы ЭВМ зависит от соблюдения жесткого теплового режима работы. Широкий диапазон изменения температуры окружающей среды, высокая плотность компоновки радиоэлектронных компонентов ЭВМ создает для разработчиков проблему обеспечения жесткого теплового режима работы, решение которой связано с использованием радиоэлектронных элементов, рассчитанных на работу в широком температурном диапазоне, применением теплоотводящих и теплопроводящих конструктивных элементов, устройств принудительного охлаждения (вентиляции).

Однако и при учете в конструкции ЭВМ вышеизложенных факторов возможно нарушение нормального теплового режима ЭВМ по причине воздействия климатических факторов, поломки устройства принудительного охлаждения (например, выход из строя вентиляторов) [1, с. 160] Нарушение нормального теплового режима ЭВМ приводит к снижению надежности ее функционирования, увеличению числа сбоев в работе, выходу из строя оборудования.

В связи с этим необходимо использование устройства контроля тепловых режимов внутри ЭВМ с выводом информации на сервисные устройства ЭВМ в удобном для оператора виде, которое дает возможность обнаружить неисправность устройства охлаждения, а также нарушение рабочего теплового режима по другим причинам.

В качестве устройств принудительного охлаждения в ЭВМ получили распространение устройства воздушного охлаждения с использованием вентиляторов [1, с. 158] при выходе из строя которых нарушается поле скоростей потока хладоагента в системе охлаждения ЭВМ. Т.е. неисправность вентилятора можно обнаружить по величине скорости воздушного потока, установив в соответствующем месте корпуса ЭВМ датчик скорости воздушного потока.

Т.о. из вышеизложенного следует, что контроль тепловых режимов ЭВМ целесообразно осуществлять по двум параметрам: температуре воздуха внутри корпуса ЭВМ и скорости воздушного потока. Причем, контроль по скорости воздушного потока позволяет своевременно выявить неисправности устройства охлаждения, что дает возможность оператору ЭВМ принять упреждающие действия по спасению информации в работающей машине до появления сбоев, связанных с нарушением теплового режима.

Для организации работы устройства контроля необходима обработка дополнительной, избыточной по отношению к основной (обрабатываемой ЭВМ в соответствии с поставленной перед ней задачей) информации. В зависимости от способа обработки дополнительной информации различают аппаратный, программный и программно-логический методы контроля, заложенные в основу конструкции системы контроля.

Известно устройство для измерения температуры и скорости потоков [2] Устройство содержит датчик температуры, датчик скорости потока и схему обработки сигналов, содержащую корректирующий усилитель, инвертор, умножитель, интегратор, резисторы, сустрактор и квадратор. Сигнал, пропорциональный измеряемой температуре, формируется на выходе инвертора, а сигнал, пропорциональный скорости потока, формируется на выходе сустрактора.

Устройство может быть использовано для измерения быстроменяющихся в больших динамических температур и скоростей потоков в системах автоматического контроля и управления теплотехническими процессами и позволяет повысить точность измерения за счет улучшения частотной коррекции датчика температуры.

Однако данное устройство невозможно применять для контроля теплового режима ЭВМ без его доработки, т.к. в нем отсутствует логическая обработка сигналов и отсутствуют технические средства для формирования сигнала, отражающего превышению температуры воздуха внутри ЭВМ верхнего уровня рабочего диапазона температур.

Известно устройство контроля тепловых режимов [3] применяемое в накопителе на магнитных дисках ЭВМ IBM 3380, содержащее датчик температуры и соответствующий преобразователь, датчик воздушного потока и соответствующий преобразователь, схему логической обработки сигналов, выполненную из регистра данных, мультиплексора данных и схемы буферного формирователя шины, а также схему контроля электропитания и моторов накопителя на магнитных дисках.

Данное устройство при нарушении нормального теплового режима накопителя на магнитных дисках отключает напряжение питания накопителя на магнитных дисках.

Таким образом, известное устройство контроля тепловых режимов применяется непосредственно в устройстве ЭВМ-накопителе на магнитных дисках и конструктивно встроено в ЭВМ.

Недостатком данного устройства контроля тепловых режимов является сбой вычислительных процессов в ЭВМ и потеря рабочей информации в случае нарушения рабочего теплового режима ЭВМ.

Известен микропроцессорный блок контроля температуры и скорости воздуха [4, рис. 2] предназначенный для контроля теплового режима ЭВМ и содержащий многофункциональные термисторные датчики, соединенные с преобразователем температуры и скорости, выход которого соединен с последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем, микропроцессорным вычислителем, цифровыми индикаторами, а также клавиатуру, соединенную со вторым входом микропроцессорного вычислителя, второй выход которого соединен со вторыми входами преобразователя температуры и скорости в напряжение и аналого-цифрового преобразователя. Для обеспечения функционирования блока контроля необходимо программное обеспечение микропроцессорного вычислителя.

Т.о. используется программно-логический метод контроля теплового режима, что накладывает на него жесткие временные ограничения. Кроме этого, при нарушении рабочего теплового режима ЭВМ возможен сбой в реализации программного обеспечения блока контроля температуры и скорости, что является недостатком известного блока.

Наиболее близким аналогом заявляемого устройства является цифровая система контроля тепловых режимов высокопроизводительных ЭВМ [5, рис. 4] содержащая датчики температуры и скорости воздушного потока, соединенные через блок аналоговых коммутаторов соответственно с преобразователями температуры и скорости воздушного потока, выходы которых соединены с аналого-цифровым преобразователем (АЦП), соединенным с автономным адаптером обслуживания тепловых режимов, выполненным на базе микропроцессорного вычислительного устройства, которое соединено с видеотерминалом обслуживания и с центральным адаптером обслуживания ЭВМ, соединенным с центральным пультом обслуживания и управления, содержащим блок отображения информации с дисплеем. Для обмена между функциональными элементами системы данными, адресной информацией и сигналами управления предназначены соответственно шина данных, шина адреса и шина управления. Общеизвестным для ЭВМ способом формируется сигнал "Сброс" по включению напряжения питания.

Система позволяет обнаруживать неисправности системы охлаждения и предупреждать о них заранее при нарушении теплового режима, формируя для этого сигналы предупреждения на дисплее центрального пульта обслуживания и управления.

Для этого сигналы датчиков температуры и скорости потока, преобразованные в цифровую форму, поступают в автономный адаптер обслуживания тепловых режимов, где обрабатываются по заданной программе, хранящейся в памяти ЭВМ, и в случае неисправности в системе охлаждения или нарушения теплового режима формируется сигнал прерывания и сигналы, информирующие о причине неисправности, которые поступают в центральный адаптер обслуживания ЭВМ, соединенный с центральным пультом обслуживания и управления. При этом на дисплее блока отображения информации появляется сообщение о нарушении теплового режима и характере неисправности. Т.е. используется программно-логический метод контроля теплового режима.

Необходимо отметить, что в известной системе используются такие датчики температуры и скорости потока, как термисторы. Этим обусловлена необходимость использования соответствующих преобразователей температуры и скорости потока. Однако в настоящее время существует ряд датчиков температуры и скорости потока, содержащих чувствительный элемент и соответствующий преобразователь внутри единого корпуса датчика, что позволяет отказаться от рассмотрения вопросов, связанных с преобразователями при конструировании системы контроля тепловых режимов. При выборе датчиков с цифровыми выходными сигналами возможно отказаться от АЦП как отдельного блока системы.

Недостатком известной схемы является следующее: в высокопроизводительных ЭВМ увеличивается интенсивность загрузки блоков и магистралей ЭВМ для решения основной задачи. Отвлечение их на обработку сигнала прерывания и выходных сигналов автономного адаптера обслуживания тепловых режимов снижает реальную производительность ЭВМ, увеличивает вероятность сбоев в решении задач реального времени, а также нарушает появление на дисплее отображения информации о вычислительных процессах из-за необходимости выдачи сигналов предупреждения о нарушении теплового режима в общий поток выходных сообщений. То есть снижается надежность работы ЭВМ.

Известная система выполнена конструктивно сложно, с аппаратной избыточностью, что приводит к снижению надежности работы ЭВМ.

Задачей изобретения является создание устройства оперативного контроля тепловых режимов ЭВМ, основанного на аппаратном методе обработки информации и позволяющего повысить надежность работы ЭВМ. Т.е. сократить число сбоев в работе ЭВМ, уменьшить вероятность потерь обрабатываемой ЭВМ информации, принять вовремя меры по сохранению работоспособности радиоэлектронных компонентов ЭВМ.

Решение поставленной задачи осуществляется путем использования оригинальной логической обработки сигналов от датчиков температуры и скорости потока аппаратными средствами, минимально взаимосвязанными с основными блоками и магистралями ЭВМ, формирования в случае нарушения теплового режима звуковых и оптических сигналов в удобной для оператора форме.

Формирование соответствующих сигналов предупреждения происходит в случае пpевышения сигналом от датчика температуры верхней границы рабочего диапазона температур, в случае уменьшения сигнала от датчика скорости воздушного потока ниже нижней границы рабочего диапазона скоростей воздушного потока, создаваемого вентилятором системы принудительного охлаждения ЭВМ, а также в случае превышения сигналом от датчика температуры верхней границы рабочего диапазона температур совместно с уменьшением сигнала от датчика скорости воздушного потока ниже нижней границы рабочего диапазона скоростей воздушного потока, создаваемого вентилятором системы принудительного охлаждения ЭВМ. Звуковые сигналы предупреждения, формируемые для первого, второго и третьего случаев отличаются друг от друга параметрами (например, по частоте и длительности), позволяющими отличить их на слух оператору ЭВМ. Аналогично и оптические сигналы формируются в виде зрительно воспринимаемых сообщений, характеризующих соответствующий случай, например, "Перегрев", "Неисправен вентилятор", "Перегрев. Неисправен вентилятор".

Отличительными особенностями заявляемого решения являются формирование результатов контроля по результатам сравнения температуры и скорости воздушного потока с граничными значениями (уставками), оригинальная по сравнению с наиболее близким аналогом, чисто аппаратная логическая обработка сигналов температуры и скорости воздушного потока, превысивших граничные значения, использование кроме зрительного воспринимаемого сигнала предупреждения оператора ЭВМ, звуковой сигнализации. Все это позволяет повысить надежность работы ЭВМ.

На чертеже представлена функциональная схема устройства оперативного контроля тепловых режимов ЭВМ, где: 1 формирователь сигнала "Сброс"; 2 блок звуковой сигнализации; 3 блок отображения информации; 4 датчик скорости воздушного потока; 5 задатчик уставки по скорости воздушного потока; 6 первый блок компаратора; 7 датчик температуры; 8 задатчик уставки по температуре; 9 второй блок компаратора; 10 первый логический элемент НЕ; 11 первый логический элемент И; 12 первый логический элемент ИЛИ; 13 первый элемент задержки; 14, 15 второй и третий логические элементы И; 16 второй логический элемент НЕ; 17 второй логический элемент ИЛИ; 18 четвертый логический элемент И; 19 четвертый логический элемент НЕ; 20 пятый логический элемент И; 21 третий логический элемент ИЛИ; 22 - второй элемент задержки; 23, 24 пятый и третий логические элементы НЕ; 25 - коммутатор; 26 второй преобразователь параллельного сигнала в последовательный; 27 формирователь сигнала управления электроакустическим преобразователем; 28 электроакустический преобразователь; 29 первый преобразователь параллельного сигнала в последовательный; 30 дисплей.

Устройство работает следующим образом.

Т. к. заявляемое устройство является частью конструкции ЭВМ, то оно использует напряжение питания ЭВМ и другие сигналы, формируемые в общеизвестных блоках ЭВМ.

При включении ЭВМ в формирователе сигналов "Сброс" 1 при установлении уровня напряжения питания формируется сигнал "Сброс", уровень которого соответствует уровню логической единицы, а длительность выбрана таковой, что не нарушает работу логических элементов ЭВМ.

При включении питания состояние устройства в части схемы логических элементов не определено, поэтому сигнал "Сброс" принудительно устанавливает на входах блока звуковой сигнализации 2 и блока отображения информации 3 сигналы соответствующие нулю. И, таким образом, в этот период в устройстве не формируется ни звуковых, ни зрительно-воспринимаемых сигналов для оператора.

Т.к. при включении тепловой режим ЭВМ соответствует рабочему диапазону и вентилятор исправен (т.е. вентилятор включается и работает и поэтому скорость воздушного потока в корпусе ЭВМ не падает ниже нижней рабочей границы), то сигнал с датчика скорости воздушного потока 4 имеет уровень не ниже уровня установки, установленного в задатчике уставки по скорости воздушного потока 5, и сигнал на выходе первого блока компаратора 6 в результате сравнения сигнала с датчика 4 с сигналом уставки соответствует уровню логического нуля. А сигнал с датчика температуры 7 имеет уровень ниже уровня (верхней границы рабочего диапазона температур ЭВМ), установленного в задатчике уставки по температуре 8, и сигнал на выходе второго блока компаратора 9 как результат сравнения сигнала с датчика 7 с сигналом уставки по температуре соответствует уровню логического нуля.

Логический нуль с выхода первого блока компаратора 6 через первый логический элемент НЕ 10 в виде логической единицы поступает на первый вход первого логического элемента И 11, на второй вход которого через первый логический элемент ИЛИ 12 и первый элемент задержки 13 поступает задержанный сигнал "Сброс", устанавливая тем самым элемент 11 в состояние логической единицы.

В то же время логический нуль с выхода первого блока компаратора устанавливает второй логический элемент И 14 и третий логический элемент И 15 в состояние логического нуля.

Сигнал с выхода первого элемента задержки 13 поступает на второй логический элемент НЕ 16 и устанавливает его в состояние логического нуля, которое поступает на первый вход второго логического элемента ИЛИ 17 и на вторые входы блоков 2 и 3. Таким образом, ни звуковой сигнал, ни зрительно-воспринимаемый сигнал не формируются.

Сигнал с выхода второго логического элемента НЕ 16 в это же время устанавливает четвертый логический элемент И 18 в состояние логического нуля.

Логический нуль с выхода второго блока компаратора 9 устанавливает четвертый логический элемент НЕ 19 в состояние логической единицы, которая поступает на соответствующие входы второго 14, третьего 15 и пятого 20 логических элементов И.

Сигнал "Сброс" устанавливает третий логический элемент ИЛИ 21 в состояние логической единицы, которая через второй элемент задержки 22 поступает на вход пятого элемента НЕ 23, устанавливая его в состояние логического нуля, который поступает на первые входы блоков 2 и 3 и на второй вход второго логического элемента ИЛИ 17, на выходе которого, таким образом, формируется логический нуль, который преобразуется третьим элементом НЕ 24 в сигнал логической единицы, которая поступает на вход управления коммутатора 25, разрешая тем самым прохождение сигналов с шины данных на третий вход блока отображения информации 3.

Сигнал логической единицы с выхода второго элемента задержки 22 поступает на соответствующие входы третьего 15, четвертого 18 и пятого 20 логических элементов И.

В соответствии с вышеизложенным видно, что схема разработана таким образом, что при тепловом режиме ЭВМ, соответствующем рабочему диапазону, и после окончания сигнала "Сброс" (т.е. установки его в нуль), за счет подбора постоянных времени элементов задержки 13 и 22 и формирования сигналов логического нуля на выходах первого и второго блока компараторов 6 и 9, обеспечивается наличие логической единицы на выходе логического элемента И 11, что сохраняет логическую единицу на выходе логического элемента ИЛИ 12, а также обеспечивается состояние логической единицы логического элемента И 20.

Таким образом, в рабочем тепловом режиме на выходе логического элемента 21 устанавливается логическая единица, которая в виде логического нуля поступает на входы блока звуковой сигнализации 2 и блока отображения 3, соответствующие входам сигнала "Перегрев", характеризующему превышение температурой в корпусе ЭВМ верхней границы рабочего диапазона. В блоке 2 в этом режиме звуковой сигнал не формируется. На вторые входы блоков 2 и 3, соответствующие входам "Неисправен вентилятор" поступает сигнал логического нуля с выхода второго логического элемента НЕ 16 и зрительно-воспринимаемый сигнал "Неисправен вентилятор" не формируется, а в это время на третий вход блока 3 может поступать через коммутатор 25 сигнал с шины данных ЭВМ для отображения информации о решении основной задачи (вычислительных процессах) в ЭВМ.

Теперь рассмотрим ситуацию, когда вентилятор, установленный в корпусе ЭВМ, вышел из строя. В этом случае скорость воздушного потока упадет ниже допустимого уровня, а температура внутри корпуса ЭВМ будет некоторый период времени сохраняться в пределах рабочего диапазона. В этой ситуации устройство работает следующим образом.

Сигнал с датчика воздушного потока 4 меньше по уровню сигнала уставки с задатчика уставки по скорости воздушного потока 5 и в результате их сравнения на выходе первого блока компаратора 6 образуется сигнал логической единицы, который устанавливает элементы 14, 15 в состояние логической единицы, а элемент 10 в состояние логического нуля. Сигнал с выхода элемента 10 устанавливает элемент 11 в состояние логического нуля, который устанавливает элемент 12 в состояние логического нуля, т.к. на втором его входе в это время тоже логический нуль. Кроме этого, сигнал с элемента 10 устанавливает элемент 20 в состояние логического нуля. Логический нуль с выхода элемента 12 проходит через элемент 13 и инвертируется элементом 16 и в виде сигнала логической единицы поступает на вторые входы ("Неисправен вентилятор") блока 2 и блока 3, а также проходит через элемент 17, инвертируется элементом 24 и в виде логического нуля поступает на вход управления коммутатора 25, запрещая тем самым прохождение сигналов с шины данных ЭВМ в блок 3. Состояние других логических элементов устройства не изменяется.

Таким образом, в данной ситуации в блоке 2 формируется звуковой сигнал предупреждения оператора с параметрами (например, частотой), соответствующими неисправности вентилятора. В блок 3 прекращается поступление сигналов с шины данных ЭВМ и формируется зрительно-воспринимаемый сигнал предупреждения о неисправности вентилятора, например, в виде надписи "Неисправен вентилятор".

Через некоторое время после выхода из строя вентилятора, температура в корпусе ЭВМ превысит верхнюю допустимую границу рабочего диапазона.

В этом случае устройство работает следующим образом.

В результате сравнения сигнала с датчика температуры 7 с сигналом задатчика 8, на выходе блока компаратора 9 образуется сигнал логической единицы, который инвертируется элементом 19 и устанавливает элемент 15 в состояние логического нуля, который проходит через элементы 21, 22 и инвертируется элементом 23 и в виде логической единицы поступает на первые входы ("Перегрев") блоков 2 и 3. Состояние других логических элементов не изменяется. И на вторых входах блоков 2 и 3 сохраняется сигнал логической единицы. В этом случае блок 2 формирует звуковой сигнал предупреждения оператора с параметрами (например, частотой), соответствующими ситуации перегрева по причине неисправности вентилятора.

Блок 3 формирует зрительно-воспринимаемый сигнал предупреждения о перегреве ЭВМ по причине неисправности вентилятора, например, в виде надписи "Перегрев. Неисправен вентилятор".

Возможна также ситуация, когда вентилятор работает, а температура превышает верхний допустимый уровень по какой-то другой причине. В этом случае на выходе второго блока компаратора 9 образуется сигнал логической единицы и в соответствии с вышеизложенным сигнал логической единицы появляется на первых входах блоков 2 и 3, на вторых входах которых образуется сигнал логического нуля, т.к. сигнал логического нуля имеется на выходе первого блока компаратора 6. Блок 2 формирует звуковой сигнал предупреждения с параметрами (например, частотой), соответствующими ситуации перегрева ЭВМ. Блок 3 формирует зрительно-воспринимаемый сигнал предупреждения о перегреве ЭВМ, например, в виде надписи "Перегрев".

Таким образом, выходные сигналы блоков 2 и 3 могут в зависимости от входных сигналов формироваться, например, в соответствии с таблицей 1.

Устройство может быть выполнено на широко используемых в приборостроении элементах. Оно устанавливается в корпусе ЭВМ и использует для своей работы широко известные блоки ЭВМ и ее периферийных устройств.

Устройство повышает надежность работы ЭВМ, уменьшает вероятность потери информации, дает возможность предотвратить выход из строя элементов ЭВМ, при этом оно отличается простотой аппаратурной реализации.

Формула изобретения

1. Устройство для оперативного контроля тепловых режимов электронной вычислительной машины, содержащее датчик температуры, датчик скорости воздушного потока, блок отображения информации и формирователь сигнала "Сброс", отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные первый блок компаратора, первый логический элемент НЕ, первый логический элемент И, первый логический элемент ИЛИ, первый элемент задержки, второй логический элемент НЕ, второй логический элемент ИЛИ, третий логический элемент НЕ, коммутатор, второй вход которого соединен с шиной данных электронной вычислительной машины, последовательно соединенные второй блок компаратора, четвертый логический элемент НЕ, второй логический элемент И, третий логический элемент ИЛИ, второй элемент задержки, пятый логический элемент НЕ и блок звуковой сигнализации, а также третий, четвертый и пятый логические элементы И, задатчик сигнала уставки по температуре и задатчик сигнала уставки по скорости воздушного потока, при этом выход датчика скорости воздушного потока соединен с первым входом первого блока компаратора, второй вход которого соединен с выходом задатчика сигнала уставки по скорости воздушного потока, а выход первого блока компаратора соединен с вторым входом второго логического элемента И и первым входом третьего логического элемента И, второй вход которого соединен с выходом четвертого логического элемента НЕ и первым входом пятого логического элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого логического элемента НЕ и первым входом четвертого логического элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго логического элемента НЕ, а третий вход соединен с выходом второго элемента задержки, третьим входом пятого логического элемента И и с третьим входом третьего логического элемента И, выход которого соединен с вторым входом третьего логического элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом четвертого логического элемента И, четвертой вход соединен с выходом пятого логического элемента И, пятый вход соединен с выходом формирователя сигнала "Сброс" и вторым входом первого логического элемента ИЛИ, выход первого элемента задержки соединен с вторым входом первого логического элемента И и третьим входом второго логического элемента И, выход пятого логического элемента НЕ соединен с вторым входом второго логического элемента ИЛИ и первым входом блока отображения информации, второй вход которого соединен с выходом второго логического элемента НЕ и вторым входом блока звуковой сигнализации, а третий вход соединен с выходом коммутатора, выход датчика температуры соединен с первым входом второго блока компаратора, второй вход которого соединен с выходом задатчика уставки по температуре.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок отображения информации выполнен в виде последовательно соединенных первого преобразователя параллельного сигнала в последовательный и дисплея, причем первый, второй и третий входы преобразователя параллельного сигнала в последовательный соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока отображения информации.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок звуковой сигнализации выполнен в виде последовательно соединенных второго преобразователя параллельного сигнала в последовательный, формирователя сигнала управления электроакустическим преобразователем и электроакустического преобразователя, причем первый и второй входы преобразователя параллельного сигнала в последовательный соединены с первым и вторым входами блока звуковой сигнализации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2