Файл: Судовые системы автоматического контроля (системный подход к проектированию)..pdf

ные затраты идут не на комплектацию, а на технологию. Поэтому введение избыточных элементов в ИМС позволит сократить не только число внешних узлов, но и номенклатуру модулей и повысить их повторяемость в системе.

связей между двумя модулями (обведены пунктиром).

и счетчика необходимо два канала. Если же элемент замыкания

оставить в модуле счетчика, то для управления им понадобится лишь один канал.

188

Проиллюстрируем теперь возможности введения местного микро­ программного управления. Рассмотрим схему параллельного сум­ матора (рис. 5.6). При отсутствии в модуле местного управления требуется три канала управления. Если же ввести местное микро­ программное управление, то достаточно одного канала. Таким

образом, разумное увеличение избыточности дает хороший эффект,

и универсальность модуля повышается. Минимизация числа связей

между модулями может быть обеспечена перемещением каскадов

с большим коэффициентом разветвления из модуля, где они служат выходом, в модуль, где они будут служить входами, или максими-

Суима

зацией повторяемости логических функций в одном модуле, по­ скольку в регулярной логической схеме меньше связей по сравнению с нерегулярной.

Модуль можно считать функционально и конструктивно закон­ ченным тогда, когда будет учтена возможность проводить контроль его работоспособности независимо от местоположения в системе. Выбор системы модулей может быть сделан не ранее, чем выбор метода введения избыточности при контроле. Все эти меры связаны с определенными затратами (технологическими, структурными или временными). Для определения состояния модуля (исправен, не­ исправен) достаточно дополнительно иметь две, а иногда одну лиш­ нюю связь. Но введение такой связи имеет смысл лишь при обслу­ живании приборов в процессе эксплуатации. В противном случае

необходимо вводить кодирование с коррекцией ошибок, и принятие

решения определять методом взаимных уступок с ограничениями.

Решение о выборе схемы модуля обычно принимается после анализа всех возможных вариантов его применения в САКДля этого необ­

ходимо выделить узлы, в которые он входит, число вхождений с различными схемами включения, рассчитать варианты избыточ­

ности и т. п.

189

Для пояснения процедуры выбора микроструктуры рассмотрим пример. Анализ различных схем приборов АСКР показал, что наи­ большее применение находит четырехразрядный регистр, имеющий несколько вариантов построения (три из них приведены на рис. 5.7—• 5.9). В принципе можно использовать не все эти варианты. Дело в том, что регистр по схеме рис. 5.7 может выполнять функции

регистров по схеме рис. 5.8 и 5.9, но часть логических элементов

при этом не будет использоваться. Кроме того, стоимость регистров

возрастает с увеличением их сложности, т. е. возрастают и капи­

тальные затраты. То же можно сказать относительно замены ре­ гистра по схеме рис. 5.9 регистром по схеме рис. 5.8. С другой сто­

роны, уменьшение числа вариантов схем регистров снижает затраты

на производство, повышая степень унификации приборов и устройств контроля.

Для того чтобы оценить эффект от снижения числа схем реги­

стров, рассмотрим использование только регистра по схеме 5.7,

использование регистров по схемам рис. 5.7 и 5.9, а также исполь­

зование первоначального варианта с тремя схемами регистров.

Пусть для последнего варианта известны относительные частоты

вхождения в приборы и устройства регистров разных схем (напри­

мер, 0,27, 0,23 и 0,5 соответственно для схем рис. 5.7, 5.8 и 5.9).

Произведем оценку качества вариантов по удельным затратам

корпусов ИМС, стоимости разъемов и затратам энергии, которую

будем считать пропорциональной числу логических элементов. Стоимость разъемов будем считать пропорциональной числу кон­

тактов. На начальном этапе не будем учитывать значимость каждого

из этих показателей, сведем все данные в табл. 5.2. Принятие реше-

ния зависит, как известно, от относительных значимостей (весов)

каждого из показателей. С увеличением сложности САК соотноше­

ние между стоимостью разъемов, затратами энергии и числом кор­

пусов практически не меняется. В то же время, относительная

стоимость технологических процессов снижается с ростом произ­

водства, хотя относительный вес технологических затрат остается

190

“ 1

191

довольно большим. Воспользуемся формулой комплексного пока­ зателя эффективности

Я= £ Я (+ , I—1

Я (П) = 0,600-0,06 + 0,904.0,13 + 0,746.0,38 + 0,8-0,43 = 0,777;

Я (П1) = 0,600-0,06 + 0,837-0,13 + 0,716.0,38 + 1,0-0,43 = 0,847.

Результаты показывают, что третий вариант невыгоден, а пер­

вый и второй практически равноценны. Для их разделения надо

воспользоваться дополнительным критерием, в качестве которого

можно принять стоимость ЗИП, влияющую на общую стоимость

системы и ее эксплуатации. Средняя стоимость ЗИП в первом ва­ рианте 104,85, во втором — 99,84 условных единиц. После такого

анализа окончательно выбирается второй вариант.

§ 5.4

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА СУДОВЫХ САК

Современная элементная база САК представляет довольно слож­

ный комплекс, в который входят электромеханические устройства и реле, источники питания, электронные элементы, индикаторы различного назначения и т. п. Требуется большой объем работы по классификации, разделению областей применения и согласова­ нию параметров всех элементов. Высокие требования к надежности

и живучести судовых САК ограничивают номенклатуру элементной

базы. Важную роль играют также вопросы помехоустойчивости и

быстродействия.

Для того чтобы проиллюстрировать сложность проблемы выбора элементной базы и необходимость системного подхода, вернемся к перечню приборов, который приведен в § 5.2. При этом будем учитывать функции, выполняемые устройствами.

Наиболее многочисленна группа дискретных логических эле­

ментов. Они применяются в коммутаторах для формирования адресов

каналов, дешифрации адресов в унимодальный код. Аналого-цифро­ вые преобразователи почти полностью построены на дискретных

логических элементах. То же можно сказать и о цифровых компара­

торах, преобразователях кодов, программных устройствах, управ­

ляющих частях и таймерах. Усилители сигналов различных типов

и коммутирующие элементы входят в состав аналого-цифровых

преобразователей, цифровых компараторов, аналоговых блоков

192

допускового контроля и т. д. (это высокочувствительные дифферен­ циальные усилители, собранные по схеме сравнения двух сигналов, так называемые нуль-органы). Особое место занимают устройства

памяти, которые представляют собой самостоятельные единицы элементной базы. Наконец, электромеханические элементы состав­ ляют основу печатающих устройств, самописцев, пультов управле­

ния операторов.

Все элементы можно разделить на пять групп:

—логические;

—усилительные (сигналов, мощности, дифференциальные, па­

мяти);

—коммутационные (реле, полупроводниковые, шаговые иска­

тели);

—индикационные;

—электромеханические (печатающие, самописцы, клавишный ввод

пультов).

Элементная база САК как система представлена на рис. 5.10.

Автоматизация контроля в основном обеспечивается применением

логических элементов и устройств памяти. Усилительные элементы служат для согласования логических с коммутационными, индика­ ционными, электромеханическими по уровню сигналов и мощности,

коммутационные осуществляют процедуру обслуживания и распре­

деления сигналов, электромеханические — ввод и вывод информа­ ции в САК, индикационные предназначены для представления инфор­

мации оператору.

Приведем параметры перечисленных выше типов элементов.

Л о г и ч е с к и е . Интегральные микросхемы (ИМС) и инте­

гральные схемы средней сложности. Тактовое быстродействие

порядка 2ч-10 мГц, потребляемая мощность на элементарную логическую операцию составляет 1—20 мВт, сложность — 15—

120диодов.

Ус и л и т е л ь н ы е . Интегральные усилители сигналов, уси­ лители постоянного тока, расширители. Усилители мощности гиб­

быстродействие 500 кГц. Удельный физический объем до 0,3 см3

на бит.

Постоянные запоминающие устройства микропрограмм имеют

объем до 16 384 восемнадцатиразрядных слов. Эффективное быстро­

действие до 500 кГц. Объем до 0,1 см3/бит.

К о м м у т а ц и о н н ы е . Реле с ртутными контактами (со­

противление замкнутого контакта до 0,001 Ом). Реле с герметич­

ными контактами (время подключения до 1 мс). Полупроводниковые

коммутаторы (перепад сопротивления до 10 кОм, эффективность

быстродействия до 500 кГц).

И н д и к а ц и о н н ы е . Люминесцентные (цифровые индика­

торы и мнемоиндикаторы). Проекционные цифровые индикаторы.

Характроны и телевизионные устройства с графическим выводом.

§ 5 .5

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА КОМПОНОВКИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СУДОВОЙ САК НА БАЗЕ АГРЕГАТИРОВАННЫХ СРЕДСТВ*

Как уже отмечалось в § 1.1, автоматизация проектных работ связана с решением целого ряда сложных проблем. Использование

агрегатированных средств для построения САК в значительной

степени облегчает их решение. В частности, уже в настоящее время

можно предложить машинные методы монтажно-коммутационного проектирования, включающего в себя процесс компоновки конструк­ тивно-функциональных узлов (КФУ) и трассировки соединений между

контактами КФУ.

САК состоит из КФУ различных уровней — от модуля (низший уровень) до стойки или шкафа. Для размещения КФУ низшего

уровня в узлах более высокого уровня необходимо определить

размеры монтажного пространства и его конфигурацию. Конструктивную топологию монтажного пространства, т. е.

мерных эвклидовых пространствах. Вектор А отражает совокупность

изменяющихся параметров конструктивной топологии, а вектор В

учитывает конструктивно-технологические требования, и значения его составляющих не меняются. Требуемая конструктивная тополо­ гия должна удовлетворять условию

где Е — область допустимых значений вектора А. Конструктивную

топологию, удовлетворяющую (5.5.1), будем считать оптимальной.

* Параграф написан при участии Ю. П. Васильева.

194