Материал: Нечаев А.Н. Устройство и работа электронных цифровых машин

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

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

Источник: https://tut-files.ru/previewfile/124908