книги / Проектирование бесконтактных управляющих логических устройств промышленной автоматики

В подготовку исходной документации обычно входят: разбивка схемы на одновыходные подсхемы и разбивка последних в случае необходимости на более мелкие части, отдельные узлы; определение дополнительных контрольных точек схемы в местах обрыва внешних обратных связей.

При разбивке схемы на подсхемы и узлы для облегчения, в даль­ нейшем процесса склеивания тестов можно руководствоваться следую­

подсхемы желательно обрывать перед местами разветвлений; выделяемые подсхемы должны быть одновыходными; желательно, чтобы выход подсхемы был бы либо выходом схемы,

либо входом узла или элемента памяти; элементы и узлы памяти желательно выделять в отдельные под­

схемы;

' Рис. 10-3. Схема управления верхним суппортом продольно-строгального станка из элементов «Логика-Т», разделенная на подсхемы.

входами подсхемы могут быть независимые входные переменные схемы, выходы элементов или узлов памяти и выходы других подсхем; общая часть схемы, управляющая функциональными блоками, вы­

деляется в отдельную подсхему.

На рис. 10-3 представлена часть схемы управления верхним суп­ портом продольно-строгального станка, построенная из элементов серии «Логика-Т». На рисунке показано подразделение схемы на под­

разбивки схемы составлена табл. 10-4. Каждая строка этой таблицы содержит информацию о подсхеме, необходимую для построения тестов.

Остальные этапы построения тестов рассматриваются далее на конкретном примере.

Построение тестов методом таблиц функций неисправностей

Большинство существующих методов построения тестов разрабо­ тано для комбинационных схем. Поэтому на подготовительном этапе последовательные схемы, как правило, приводятся к комбинационным.

неисправного объекта, при неисправности, определяемой индексом /: строится таблица покрытий для пар функций ф<, ср3, где т. е.

производится перебор всех возможных различимых между собой неис­ правностей;

определяется контролирующий тест по данным таблицы покрытий пар функций фо, ф3;

определяется диагностический тест по данным таблицы покрытий пар функций фг, ф/,

строится сокращенная ТФН, т. е. таблица, по которой будет ис­ пытываться объект При поиске неисправностей.

Пример 10-1. На рис. 10-4 дана схема устройства, для которого должны быть ■построены контролирующий и диагностический тесты.

Возможные места неисправностей отмечаются цифрами 1—8.

Составляется таблица неисправностей, приведенная в табл. 10-5. С этой целью •по схеме рис. 10-4 составляется алгебраическое выражение для выходного сигнала У:

При числе мест неисправностей, равном 8, число значений неисправностей может быть равным 16, так как в каждом месте любая из возможных неисправностей может •иметь значение 0 или 1.

Для определения алгебраического выражения функции неисправности в формулу (10-1) подставляется значение переменной в соответствующем узле. Так, например, для узла 1 при значении неисправности а=1 переменные в узле будут иметь значения at—i и «2=1. При этом ei=0, а следовательно, 7i_i=0, так как Si входит в выра­ жение (10-1) в виде множителя (7i_i означает, что функция У вычисляется при на­ личии в узле 1 неисправности типа «1»), При неисправности о=0 переменные в узле

21 2

Т а б л и ц а Ю с-

Таблица неисправностей к схеме рис. 10-4

с неисправностью 4—0 («0» в узле 4) при наборе 4, содержащем следующие значения переменных:

д=1; 6=0; с=0.

При этом У=фО=0.

И з табл. 10-5 выражение функции неисправности в этом случае имеет вид:

ф8= y4_o=a5—|-с5.

Подставляя значения переменных из набора 4, получаем:

ф8= 1 .1-J-0.,1=1.

Полученное значение фв=1 проставляется в клетке табл. 10-6, соответствующей набору 4 и фв.

Анализируя табл. 10-6, находим различимые, неразличимые, обнаруживаемые и необнаруживаемые неисправности.

Сравнивая ф ю и фо, находим, что ф т = фо, т. е. неисправность вида ф ю относит­ ся к классу необнаруживаемых неисправностей.

К классу обнаруживаемых, но не различимых между собой, относятся неисправ­ ности, соответствующие функциям

ф1, ф З, ф в, ф7, ф12, ф14, ф !8 .

213

Не различимым между собой неисправностям соответствуют такж е функции q>5,

фв, <pis.

4) Строится таблица покрытий для пар функций ф#ф3-.

Таблица 10-7 составлена на основе табл. 10-6. Из всех не различимых между собой функций оставляют лишь по одной из каждой группы, а остальные во внима­ ние не принимаются.

Так, например, из указанных в п. 3 функций

ф!> ф2, ф4, ф5, ф8, ф11, ф15.

Далее, сравнивая построчно значения функции в каком-либо столбце со значе­ нием функции фо, проставляем '1 в тех клетках, для которых эти значения не совпа­ дают.

Контролирующий тест строится на основе таблицы покрытий, по которой полу­ чается алгебраическое выражение в виде ПИ. Д ля построения теста производится Пре­ образование ПИ— >-Sn, т. е. логическое произведение логических сумм преобразуется

214

Т а б л и ц а Ю-7

Таблица покрытия для пар функций ?0, <р/

в сумму произведений. П2 получается следующим образом: составляются логические суммы, число которых определяется числом столбцов таблицы покрытий, а число сла­ гаемых в каждой сумме определяется для соответствующего этой сумме столбца чис­ лом клеток, содержащих 1.

;В качестве логических слагаемых каждой суммы записываются условные номера

меньший по числу букв, определяющий наименьшее число строк. В рассматриваемом

примере это будут строки 0, 1, 3, 5.

Совокупность наборов, соответствующая минимальному числу строк, имеющих: единицы в совокупности во всех столбцах такой таблицы покрытий, называется мини­ мальным контролирующим тестом. Для таблиц небольших размеров такая совокуп­ ность наборов иногда может быть найдена визуально без использования преобразова­ ния П2—>2П.

Контролирующий тест, представляющий собой совокупность наборов, позволяю­

215

Если в устройстве предполагается возможность наличия кратных неисправностей, то контролирующий тест следует строить в следующем порядке:

на схеме устройства намечаются места возможных неисправностей; составляется таблица неисправностей, включающая в себя перечень одиночных и возможных кратных (двукратных, трехкратных и т. д.) неисправностей и их значений, таблица типа табл. 10-5 расширится по числу строк, т. е. добавятся строки, соответствующие сочетаниям неисправностей, например сочетание неисправностей «в узле 6-1» и

в «узле 1-0» дает выражение функции неисправности:

1—0

строится ТФН для одиночных и кратных неисправностей; строится таблица покрытий для пар функций ф0, ф3-, где под

qij понимаются столбцы ТФН, соответствующие как одиночным, так и кратным неисправностям;

по таблице покрытий строится контролирующий тест.

Проверка исправности устройства производится следующим обра­ зом. На входы устройства подаются наборы значений сигналов, указан­ ные в контролирующем тесте. Если значения функции отличаются от значений фо, указанных в табл. 10-2, то в устройстве имеется неисправ­

ность.

Диагностический тест представляет собой совокупность наборов, дозволяющую указать место и вид неисправности в устройстве.

Для составления диагностического теста предварительно достав­ ляется таблица покрытий (табл. 10-9), столбцы которой соответствуют парам различимых неисправностей. Заполнение табл. 10-9 производится путем построчного сравнения пар функций различимых неисправностей табл. 10-6. В клетке, соответствующей строке, где значения этих функ­ ций не совпадают, проставляется 1.

Сравним по табл. 10-6 значения какой-либо пары функций неис­ правностей, например ф! и ф2. На наборах 1 и 5 значения функций неисправностей не совпадают, поэтому в табл. 10-9 в клетках, соответ­ ствующих этим наборам, в столбце 1-2 проставляется 1. Аналогичнодля неисправностей 1-4 (фЬ ф4) несовпадение значений функций неис­ правностей имеет место на наборах 1 и 3 и т. д.

Для определения диагностического теста нужно найти такую сово­ купность наборов (строк), чтобы она содержала единицы в совокупно­ сти во всех столбцах. Для этой цели можно применить преобразование П 2->2П , рекомендованное при рассмотрении процесса построения кон­ тролирующего теста. Однако этот способ применительно к построению диагностического теста требует громоздких преобразований, а поэтому применяется лишь в тех случаях, когда имеется необходимость получе­ ния точного (минимального) решения.

На практике часто нет необходимости стремиться к получению минимального теста, достаточно иметь близкий к минимальному (мини­ мизированный). Получение такого теста обычно проще. Рассмотрим один из способов получения минимизированного теста.

К табл. ГО-9 добавляются несколько заполняемых в определенной последовательности столбцов а ь а2, «з. «4, в которых отмечается по­

216

Т а б л ица 10-9

П родолж ение табл. 10-9

одна из строк, содержащая наибольшее число единиц. В данном случае 12 единиц имеют строки 3, 4, 5, т. е. а1макс=12. Выбирается любая из этих строк, например строка 4. Затем вычеркиваются все столбцы, -содержащие 1 в строке 4. Их будет 12.

В столбце «2 проставлено число единиц, оставшихся в строках таблицы после вычеркивания столбцов. Далее снова выбирается строка с наибольшим числом невычеркнутых единиц. Можно выбрать строки под номерами 0 или 3, для которых а2Макс=5. В данном примере при­ нимается строка 3 и вычеркиваются столбцы, содержащие 1 в строке 3. Далее проставляется в столбце аз число единиц, оставшихся в соответ­ ствующих строках, и снова выбирается строка, содержащая наибольшее число единиц. В данном случае это будет строка 0, для которой «змакс=3. Наконец аналогично находится а4Макс= 1 в строках 1 и 5. Выбирается строка 1.

Таким образом, получена совокупность строк 0, 1, 3, 4, формирую­ щая диагностический тест, как совокупность наборов, соответствующих этим строкам.

217

Диагностический тест имеет вид:

В диагностическом тесте наборы различают все различимые между собой функции неисправностей. Для того чтобы им пользоваться, надо знать значения функций неисправностей при данных наборах теста. С этой целью для полученных наборов диагностического теста строится сокращенная ТФН (табл. 10-10). При этом из табл. 10-6 в табл. 10-10 выписываются значения всех различимых функций неисправностей для полученных наборов 0, 1, 3, 4.

Из табл. 10-10 видно, что все функции неисправностей по значе­ ниям отличаются друг от друга и можно обнаружить любую неисправ­ ность, если подавать на схему наборы полученного теста.

Этот метод применим и для построения диагностических тестов при кратных неисправностях. Для этого в ТФН надо добавить столбцы, соответствующие сочетаниям нескольких неисправностей. Практически часто это сделать невозможно, так как таблица принимает очень боль­ шие размеры.

Построение тестов методом существенных путей

Для того чтобы неисправность могла быть обнаружена по состоя­ нию выхода схемы, должны быть удовлетворены два условия.

Во-первых, неисправность должна проявляться. Другими словами, если в рассматриваемом узле на выходе элемента имеется неисправ­ ность со значением функции неисправности, равным 1(0), то нужно подобрать входные сигналы этого элемента так, чтобы сигнал ,на его выходе при отсутствии неисправности получился бы равным 0(1), в этом случае неисправность проявится.

218

Для иллюстрации сказанного рассмотрим одновыходную схему без разветвлений на рис. 10-5. Пусть, например, функция неисправности в узле 6 имеет значение 1. Нужно подобрать значения входных сигна­ лов элемента И— НЕ так, чтобы сигнал на его выходе имел значение, равное 0. Для этого нужно, чтобы сигналы на входах имели значения: а = 1 и 6 = 1. Так как значение сигнала на выходе должно быть равным

этого надо подобрать на другом входе элемента И такое значение пере­ менной Р2, чтобы значение У зависело бы только от значения перемен­ ной Р 1 в узле 6. Для элемента, реализующего функцию И, имеем:

переменная Р2 будет иметь значение 1.

Теперь проследим путь дальше, до элемента ИЛИ, выход которого должен иметь значение 1 (чтобы соблюдалось ^ 2 = 1 )- Для этого хотя бы один из его входов должен в свою очередь иметь значение 1; но ранее уже установлено, что а = 1, поэтому другой вход этого элемен­ та может иметь любое значение, т. е. с = ~ ~ — тильда, знак безраз­

Для полученного набора следуем проверить, какие еще неисправ­ ности он может проявить. Это иногда позволяет сократить список неисправностей, для проявления которых требуется еще искать наборы.

Для каждой из оставшихся неисправностей проделывают все в та­ ком же порядке и наконец получают совокупность наборов, представ­ ляющих собой контролирующий тест.

При построении диагностического теста надо учитывать следующее. Любые две неисправности могут быть различимы между собой, если

219

Рис. 10-6. Приведение схемы с разветвле­ ниями к схеме без разветвлений.

а — схема с разветвлениями; б — схема типа «де­

рева» !

Рис. 10-7. Приведение двухвыходной схемы к двум одновыходным.

а — двухвыходная схема; б и в — одновыходные

подсхемы.

одна из них на каком-либо наборе меняет значение сигнала на выходе схемы, а другая — нет, и наоборот. Из этих соображений подбираются наборы диагностического теста. Для того же, чтобы некоторая неис­ правность не изменяла значение сигнала на выходе, ее надо сделать несущественной, т. е. создать такие условия, при которых она не мог­ ла бы быть обнаружена. Для этого достаточно не соблюсти любое одно из двух условий, указанных выше при построении контролирующего теста.

Таким образом, надо проанализировать все пары возможных неис­ правностей и подобрать такие наборы, чтобы путь для одной неисправ­ ности был существенным, а для другой;— несущественным, т. е. чтобы можно было отличить одну неисправность от другой.

Если схема имеет разветвления или является многовыходной, то применение этого метода усложняется. Рекомендуется в этом случае схему приводить к схеме без разветвлений и разбивать на одновыход­ ные подсхемы.

Пример приведения схемы с разветвлениями к схеме без раз­ ветвлений (типа «дерева») показан на рис. 10-6. Пример приведения

ЭНФ — это дизъюнктивная нормальная форма, описывающая логи­ ческую схему объекта диагноза, представляющая собой логическую сумму логических произведений букв. Произведение букв носит назва­ ние терм.

В общем случае для схем с разветвлениями каждая буква терма соответствует входной переменной или ее инверсии с индексом, который составляется из номеров логических элементов схемы, встречающихся на пути, соединяющем данную переменную с выходом схемы.

220