И системы фотоэлементов 3. Диск имеет ряд радиальных дорожек, на которых по определенному закону (приме нительно к двоичной, двоично-десятичной системе счис ления или по специальному коду) расположены проз рачные и непрозрачные участки. Каждой дорожке соот ветствует свой фотоэлемент. Если диск повернут так, что между источником света и одним из фотоэлементов на ходится прозрачная часть дорожки, то на выходе фото элемента возникает сигнал, который может быть считан и введен в машину. Комбинация сигналов на всех фо тоэлементах позволяет однозначно определить угол по ворота вала в виде закодированного числа.
Точность действия такого преобразователя определя ется количеством радиальных дорожек, которое соответ ствует количеству разрядов в числе. Например, при 16разрядиом двоичном коде диск делится по окружности на 65536 (216) дискретных частей, при этом максималь ная ошибка в определении угла поворота вала не пре вышает 10 угловых секунд. Ширина считывающей све товой щели должна составлять несколько микрон.
Для преобразования электрического напряжения в двоичный код чаще всего применяется преобразователь на электронно-лучевой трубке, показанный на рис. 59. Принцип действия этого устройства основан на пропор циональности между напряжением, приложенным к от-
Рис. 59. Преобразователь на электронно-лучевой трубке.
167
клонягощим пластинам трубки, и величиной отклонения электронного луча. Преобразуемое напряжение'Подается на пластины 1, а пилообразное напряжение развертки — на пластины 2. Подобно тому как это имело место в ра нее рассмотренном преобразователе, экран трубки 3 разделен на ряд дорожек, состоящих из прозрачных и непрозрачных частей. За экраном расположены фото элементы 4, на выходах которых возникают сигналы, ко гда электронный луч пересекает прозрачные части экра на. Наличие или отсутствие сигнала на выходе какоголибо фотоэлемента в определенные моменты времени характеризует значение соответствующего двоичного разряда числового эквивалента величины входного на пряжения.
Недостаток таких преобразователей заключается в значительном количестве чувствительных фотоэлементов, взаимное расположение которых должно быть точно фиксировано, так как в противном случае надежность работы схемы снижается, а регулировка усложняется.
Для так называемых накопительных преобразовате-
|
|
|
Генератор |
|
|
|
|
|
импульсов |
|
|
|
|
. . . |
I |
Ж |
|
|
|
Числовой над |
|
||
1 |
|
ж |
........................................ |
|
|
Сг7 |
^ |
Реверсивный, счет чин |
Ж*— Спг |
||
|
|
|
|||
Д е ш и ф р а т о р
Устройства
сравнения t Ufa
Преобразуемое
напряжение
Рис. 60. Накопительный преобразователь напряжения с применением счетчика. •
168
лей характерно высокое быстродействие схемы при не прерывном изменении преобразуемой величины—оно мо жет на несколько порядков превосходить быстродейст вие преобразующих устройств, в которых за каждый цикл осуществляется преобразование полного значения непрерывной величины.
Накопительный преобразователь напряжения {рис. 60) состоит из генератора импульсов, реверсивного двоичного счетчика, дешифратора, блока сравнения и двух схем совпадения — Сш и Спг. Число, записанное в счетчике, с помощью дешифратора преобразуется в про порциональное напряжение обратной связи, которое сравнивается с преобразуемым напряжением. Если пос леднее меньше напряжения обратной связи, то откры вается схема совпадения Сщ, пропускающая импульсы на положительный вход счетчика. В первом случае чис ло в счетчике начинает уменьшаться, во втором — уве личиваться. Изменение числа продолжается до тех пор, пока напряжение обратной связи не станет равным пре образуемому (с точностью до единицы младшего разря да) . В момент установления равенства соответствующая, схема совпадения закрывается, счетчик останавливается и величина, зафиксированная в нем, становится равной числовому эквиваленту преобразуемого напряжения.
3 |
2 |
Рис. 61. Накопительный преобразователь поворота с диском:
I — диск с прорезями; 2— фотоэлемент; S — источник света.
Другой вид накопительного преобразователя пред ставлен на рис. 61. Это устройство представляет собой диск с прорезями 1, жестко связанный с ведущим валом; за диском расположен фотоэлемент 2, а перед диском — источник света 3. Световой поток, падающий на фото элементы через отверстия вращающегося диска, перио дически прерывается, и на выходе фотоэлемента возни кают электрические сигналы, количество которых равно числу отверстий, прошедших через зону светового пото ка. Эти сигналы могут быть накоплены в счетчике, осу ществляющем последовательное сложение импульсов.
Для однозначного преобразования угла поворота ве дущего вала важно знать не только количество пересе чений светового потока между фотоэлементом и источни ком света, но и направление вращения в каждый момент времени. Иными словами, в случае реверсивного движе ния вала импульсы, поступающие от фотоэлемента в счетчик, должны складываться не арифметически, а ал гебраически с учетом направления вращения ведущего вала..Для этого в преобразователе используется ревер сивный двоичный счетчик, управляемый от специального датчика направления вращения.
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ЦИФРОВЫХ МАШИН
При эксплуатации ЗЦМ важно обеспечить макси мальное использование возможностей машины при наи меньших затратах, т. е. добиться наибольшей эффектив ности ее применения. Современная электронная вычис лительная техника дает возможность успешно решать подавляющее большинство научно-технических задач, а также задач экономического анализа и планирования производства. Однако при выборе типа машины всегда следует решить вопрос о рентабельности использования тех или иных вычислительных средств.
Данные о фактическом' использовании электронных цифровых машин показывают, что эксплуатационные расходы (на протяжении всего срока службы) во много раз превосходят стоимость изготовления машины, они значительно выше стоимости эксплуатации любого дру гого радиоэлектронного оборудования. Объясняется это тем, что кроме обычных для этого вида аппаратуры за трат в расходы по эксплуатации ЭЦМ входит высокая стоимость программирования задач и содержания обслу живающего персонала высокой квалификации.
Высокая производительность ЗЦМ, большие потери при ее простоях и значительные затраты на эксплуата цию — все это факторы, требующие решения проблемы достижения максимальной эффективности использова ния машины. В связи с увеличением парка ЭЦМ эта проблема приобретает еще большее экономическое зна чение.
Эффективность использования ЭЦМ может быть зна чительно повышена путем увеличения ее надежности и применения таких методов контроля за ее работой, кото
171
рые позволили бы без существенных затрат машинного времени и дополнительного оборудования получать до стоверные результаты. Таким образом, проблема в изве стной степени решается путем уменьшения .непроизводи тельных потерь машинного времени на отладку про грамм, контроль машины, профилактическое обслужива ние, а также на обнаружение и ликвидацию неисправно стей, возникающих в процессе .эксплуатации машины.
Обеспечение надежности
Применение в ЭЦМ большого количества элементов, обладающих ограниченным сроком службы, совместная работа нескольких машин, использование ЭЦМ в систе
мах автоматического |
управления, а также хранение и |
обработка огромных |
объемов информации — все это |
делает проблему надежности ЭЦМ не менее важной, чем такие специфические для вычислительной техники во просы, как разработка структуры, логики.и принципов построения машин.
У п р а в л я ю щ и е м а ш и н ы требуют обеспечения надежности работы, во много раз превышающей надеж ность современных цифровых вычислительных машин. Неисправности и сбои, возникающие в управляющих машинах, могут привести к неправильной работе целых систем, что в некоторых случаях совершенно недопусти мо. Особенно это относится к машинам, входящим в ком плексы, которые должны обладать высокой степенью го товности и безусловной работоспособностью.
Эксплуатационная надежность характеризуется ве роятностью того, что машина в период работы сможет правильно и бесперебойно выполнять свои функции.
Существующие методы повышения надежности и контроля за правильностью работы машины позволяют создавать машины, отвечающие высоким требованиям эксплуатационной надежности.
К основным факторам, определяющим надежность эксплуатации, относятся электрическая и механическая надежность самой машины, вспомогательного оборудова ния и запасных частей, удобство эксплуатации, квалифи кация оператора и обслуживающего персонала.
■172
Простота и удобство эксплуатации машины зависят от конструктивного выполнения ее устройств, системы контроля за их работой (включающей в себя аппарат ный контроль, контрольные задачи, решаемые при рабо те, испытательные программы), а также от наличия вспомогательной аппаратуры, позволяющей быстро об наруживать и устранять возникшие в схемах неисправ
ности. |
высокой надежности машин |
осущест |
Обеспечение |
||
вляется в основном двумя путями: |
|
|
повышением |
их т е х н и ч е с к о й надежности, т. е. |
|
соответствующим выбором деталей и элементов, |
а также |
|
режимов их работы, отработкой максимально надежных и долговечных схем, использованием профилактического
контроля и др.; повышением с т р у к т у р н о й надежности, т. е. со
зданием такой структуры и логики работы машин и раз работкой таких методов вычислений, которые обеспечи вали бы правильность получаемых результатов даже при наличии в машине отдельных сбоев и ошибок.
При эксплуатации ЭЦМ различают два основных ви да ее неисправностей: вызванные отказом ее элементов, т. е возникшие в результате невозвратимого изменения параметров или выхода из строя электронной лампы, полупроводникового триода, сопротивления, конденсато ра и т п., и неисправности, проявляющиеся в виде крат ковременных сбоев в работе из-за ненадежных контак тов, всплесков питающих напряжений, выработки сла бых сигналов и других подобных причин.
Частота проявления отказав обусловлена сроком службы, режимом работы и количеством элементов в схемах машины. Для уменьшения числа неисправностей такого рода обычно стремятся использовать схемы с воз можно меньшим количеством элементов, обладающих к тому же длительным сроком службы и работающих в облегченных режимах.
Особенно большие неприятности при эксплуатации машин доставляют кратковременные сбои, так как опре делить причину и место их возникновения обычно бы вает. очень трудно. Вероятность появления сбоев может быть уменьшена' путем тщательного выполнения монта жа схем и уменьшения количества контактных соедине ний (это достигается использованием печатных схем), а
173
также применением жестких допусков на основные па раметры деталей и питание схем от стабилизированных источников. ч
Методы повышения технической надежности ЭЦМ в настоящее время достаточно хорошо разработаны и широко применяются на всех этапах проектирования, изготовления и эксплуатации машин. Для повышения технической надежности следует прежде всего вы бирать для схем высоконадежные детали, обладающие большим сроком службы (десятки и сотни тысяч часов), с малым отклонением основных параметров от номи нальных значений, минимальными изменениями пара метров от времени, температуры и режима работы, с хо рошими конструктивными показателями. Увеличение срока службы деталей к повышение надежности работы схем машины достигается путем устранения в процессе эксплуатации форсированных режимов работы деталей, обеспечения нормальных климатических и механических условий эксплуатации, а также путем создания достаточ ных запасов в отношении разброса и изменения харак теристик элементов.
Обслуживание машины значительно облегчается при стандартизации деталей и отдельных схем, применении легкозаменяемых деталей и блоков, при защите схем от перегрузок при включении машины или выходе из строя какой-либо детали. Блочная конструкция машины позво ляет улучшить рабочие характеристики устройств, так как дает возможность заменить любой неисправный блок запасным, предварительно отлаженным и проверенным. Максимальная стандартизация блоков по их логическим функциям и схемам дает возможность обходиться с меньшим количеством запасных блоков и упрощает на ладочную аппаратуру.
Для защиты элементов схем от перегрузок, способ ных вывести их из строя при включении и выключении устройств машины или при внезапном пропадании одно го из питающих напряжений, предусматривается блоки ровка подачи напряжений на устройства. Схемы .не должны содержать деталей, которые выходили бы из
строя при неисправности других, связанных о ними де талей и элементов.
Помимо мероприятий, направленных на улучшение качества отдельных элементов, конструкций и схем
174
ЭЦМ, для повышения надежности очень важно обеспе чить возможность предусматривать выход из строя от дельных элементов и деталей машины, а также опреде лять место неисправности с помощью специальной конт
ролирующей аппаратуры.
Достаточно высокая надежность работы машины в течение ближайшего периода времени обычно достигает ся проверкой правильности функционирования отдель ных устройств и всей машины в целом в режиме профи лактического контроля. Профилактический контроль заключается в том, что схемы машины проверяются в утяжеленном режиме. Например, при изменении напря жения в источнике тока выявляются и заменяются эле менты, изменившие свои параметры выше допустимых пределов. Характеристики и параметры применяемых деталей могут выходить за пределы допустимых значе ний в результате их естественного старения, воздейст вия температуры, влажности и т. п. Кроме того, при из готовлении деталей имеют место некоторые технологи ческие разбросы параметров, вследствие которых дейст вительные их значения отличаются от номинальных. По этому характеристики правильно рассчитанного схемно го элемента (даже с учетом отклонений параметров де талей от .номинальных значений) с течением времени так изменяются, что этот элемент начинает вносить ошибки в работу машины.
Опыт эксплуатации ЭЦМ, построенных «а электрон ных лампах, показывает, что наименее .надежными дета лями из числа применяемых в машине являются элек тровакуумные приборы (электронные лампы, электрон но-лучевые трубки, тиратроны и др.). В процессе работы они изменяют свои параметры постепенно., и наиболее ненадежные из них в режиме профилактического конт роля выявляются достаточно легко.
При разработке системы профилактического контро ля учитываются статистические данные о разбросе и ха рактере изменения параметров деталей в зависимости от времени их .работы. Способ профилактического конт роля выбирается на основе анализа амплитудных и ча стотных характеристик элементов схем и уточняется в процессе эксплуатации машины в зависимости от эффек тивности и частоты ее применения. Для удобства опре деления места неправильно работающего элемента и
175