книги / Проектирование бесконтактных управляющих логических устройств промышленной автоматики

ностей. На основании контролирующего или контрольного теста состав­ ляется так называемая контрольная программа [90] (табл. 10-32), в левой части которой указывается, на какие физические входы устройства (выводы штепсельных разъемов, клеммников и т. и.) по­

т а б л и ц а 10-3

Контрольная программа

2

3

даются наборы сигналов, в какой последовательности (это существенно, если схема с памятью) и с каких выходов (выводов штепсельных разъ­ емов, клеммников и т. п.) должна сниматься контрольная информация с указанием значений сигналов (0 или 1).

Процесс проверки исправности устройства заключается в подаче на его..входы наборов контрольной программы и сравнении результатов контрольной информации с табличными. В случае расхождения этих результатов устройство неисправно. Если требуется определить исправ­ ность устройства после его монтажа или хранения, то желательно составлять контрольную программу по контролирующему или контрольному тесту, полученному с учетом возможности наличия в устройстве кратных неисправностей. В этом случае контрольная про­ грамма будет иметь большие размеры.

При поиске неисправностей в устройстве в условиях его эксплуа­ тации, наладки, хранения основой для составления контрольной программы является диагностический тест или контрольный тест, по­ лученный по ЭНФ. Размер контрольной программы в этом случае также зависит от того, какого вида неисправности (одиночные или кратные) предполагаются в устройстве. Контрольная программа, построенная на основе контрольного теста, полученного по ЭНФ, будет такая же, как и программа, используемая при определении исправности или неис­ правности устройства.

В дополнение к контрольной программе для поиска неисправностей строятся диагностические таблицы. Диагностические таблицы встречают­ ся в основном в двух видах. В первом случае в основу их кладутся ТФН и диагностический тест, во-втором — таблица покрытий, столбцы которой соответствуют проверяемым буквам, и контрольная про­ грамма [91].

Первый вариант таблицы оправдывает себя применительно к таким устройствам, в которых неисправности можно подразделить на группы,

влияющие на изменение сигнала на отдельных контролируемых выхо­ дах. Пример такой таблицы приведен в табл. 10-33 (Здесь UlljlO, на­ пример, означает контакт 10 у штепсельного разъема Ш 1).

Процесс поиска неисправности заключается в следующем. На входы устройства в соответствии с номенклатурой и последователь­ ностью наборов ТФН подаются входные наборы. Контрольная инфор­ мация, полученная по ТФН, сравнивается с контрольной информацией, помещенной в диагностической таблице. В результате этого сравнения определяются столбцы в диагностической таблице, значения контроли­ руемых сигналов в которых соответствуют полученным при экспери­

2

3

'V

столбцу в диагностической таблице поставлена соответственно некото­ рая неисправность или группа неразличимых между собой неисправно­ стей).

Диагностические таблицы второго вида используются в основном в устройствах, в которых неисправности влияют на значения сигналов нескольких или всех выходов. К таким устройствам относятся в основ­ ном цифровые узлы радиоэлектронной аппаратуры на микросхемах. Б этом случае диагностические таблицы составляются для каждого на­ бора контрольного теста. Исходная документация для составления диагностических таблиц, как указывалось выше, состоит из табли­ цы покрытий с проверяемыми буквами, контрольной программы циф­ рового узла, а также принципиальной электрической схемы цифро­ вого узла.

Для каждого набора контрольного теста составляются по две диаг­ ностических таблицы: полная и сокращенная.

Полная диагностическая таблица каждого набора включает пере­ чень элементов микросхем, образующих пути и отрезки путей, проверяемые на данном наборе контрольного теста (эти сведения бе­ рутся из таблицы покрытий, где зафиксированы проверяемые буквы, а следовательно, и пути), с указанием номеров входов и выходов мик­ росхем, а также значений логических сигналов на входах и выходах элементов.

Сокращенная диагностическая таблица каждого набора аналогична полной таблице, но включает перечень только тех элементов, которые

2 4 2

образуют пути и отрезки путей, проверяемые на данном наборе и н& проверяемые ни на одном из предыдущих наборов контрольного теста.

Строки диагностических таблиц соответствуют номерам выходов, цифрового узла.

Пример диагностической таблицы II вида показан в табл. 10-34. Для записи информации в такие диагностические таблицы исполь­

зуются следующие правила и обозначения:

номер контакта выхода логического элемента еаписывается слева От его обозначения;

номер контакта входа логического элемента записывается справа от его обозначения;

номера контактов двух связанных логических элементов заключа­ ются в круглые скобки, между этими номерами проставляется значениесигнала для рассматриваемого набора;

сигнал «Г» обозначается «+ », сигнал «0» обозначается «—»; разветвление пути по входам логического элемента обозначается:

вертикальной линией; строки полной диагностической таблицы должны заканчиваться:

контактом разъема, либо элементом, который уже вписан в рассмат­ риваемую строку (одним из элементов, образующих обратную связь),, а также элементом, для которого дальнейший проверяемый путь запи­ сан выше в одной из строк таблицы.

Сокращенные диагностические таблицы составляются по полным: диагностическим таблицам.

Процесс диагностики заключается в том, что на входы цифровогоузла в соответствии с контрольной программой подаются наборы кон­ трольного теста и на каждом наборе информация, получаемая на вы­ ходах цифрового узла, сравнивается с контрольной информацией. При

изошло несовпадение. По этому набору выбирается сокращенная диагностическая таблица. Поиск неисправности производится путем обследования каждого пути, начинающего с этого выхода. Для каждого из элементов исследуемого пути следует производить сравнение значе­ ний логических сигналов на входах и выходах этих элементов с соот­ ветствующими контрольными значениями в диагностической таблице. При этом необходимо зафиксировать тот элемент, у которого информа­ ция на выходе не совпадает с контрольной, а на всех входах совпадает. Неисправным следует считать либо этот элемент, либо его связи по выходу с другими элементами.

После устранения неисправности снова подаются, начиная с перво­ го, наборы контрольной программы.

Более детально все процедуры составления таких диагностических таблиц и их использования при поиске неисправностей описаны в [91].

ГЛ А В А О Д И Н Н А Д Ц А Т А Я

ПРИ М Е Н Е Н И Е С Т Е Н Д О В -Т Р Е Н А Ж Е Р О В

ПРИ П РО ЕКТИ РО ВА Н И И У П РА ВЛ Я Ю Щ И Х Л О ГИ Ч ЕС К И Х УСТРОЙСТВ

11-1.0БЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИМЕНЕНИИ СТЕНДОВ-ТРЕНАЖЕРОВ

В практике проектирования бесконтактных логических устройств промышленной автоматики находит широкое применение стендовая проверка разрабатываемых схем.

В Советском Союзе тренажеры различных типов впервые разра­ ботаны в ГПИ «Тяжпромэлектропроект» [52]. Стенды-тренажеры широко применяются в промышленно развитых странах для ускоренного обучения персонала и в процессе проектирования, изготовления и на­ ладки логических устройств.

Для каждой серии бесконтактных логических элементов должен быть изготовлен специальный стенд-тренажер.

Применение стендов-тренажеров позволяет успешно решать следу­ ющие задачи:

производить проверку разрабатываемых схем; определять потребление тока проверяемой схемой, что необходимо

для выбора блоков питания; производить построение контролирующих и диагностических тестов

и их проверку; производить ускоренное обучение инженерно-технических работ­

ников.

Применение стендов-тренажеров в учебном процессе высших и средних специальных учебных заведений может существенно повысить эффективность обучения студентов и обеспечить приобретение практи­ ческих навыков, необходимых для выполнения проектных и наладочных работ.

Стенды-тренажеры представляют собой набор стандартных логи­ ческих элементов в специальном конструктивном оформлении в комп­ лекте с коммутационной и измерительной аппаратурой. Соединение логических элементов между собой и с коммутационной и измеритель­

244

возможность быстро собрать схему исследуемого функционального узла или блока и произвести проверку его работы.

Количество логических элементов и объем вспомогательной аппа­ ратуры определяются назначением тренажера.

11-2. СТЕНД-ТРЕНАЖЕР ИЗ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СЕРИИ «ЛОГИКА-Т»

Одной из моделей, разработанных ГПИ «Тяжпромэлектропроект» является стенд-тренажер типа ТТ-4. Стенд представляет собой пере­ носный пульт с кассетой для установки сменных модулей с элементами серии «Логика-Т». Отличительной особенностью стенда является смен­ ный набор логических элементов, позволяющий макетировать и иссле­ довать узлы, содержащие до 33 модулей. Стенд позволяет быстро собрать необходимую схему при помощи гибких проводников со ште­ керами.

В состав стенда-тренажера входят: набор модулей с логическими, функциональными, временными и усилительными элементами; панель входных сигналов; панель контрольных сигналов; блоки питания; па­ нель питания; пульт, в котором установлены все узлы стенда; набор

один или два элемента, в зависимости от их типа.

На лицевой панели модуля выгравированы тип и условное обозна­ чение элемента с цифровой маркировкой входов и выходов. Все выводы каждого элемента присоединены к гнездам, расположенным на лицевой стороне модуля, а цепи питания — к штепсельной части разъема, рас­ положенной на задней панели модуля.

В комплекте стенда предусмотрено 55 модулей. На пульте устанав­ ливается 33 любых модуля. Модули помещаются в кассете из трех секций; в каждой секции устанавливается по 11 модулей. Дополнитель­

подачи входных сигналов и одна кнопка для подачи входного импульс­ ного сигнала с регулируемой длительностью сигнала от 2 до 20 мкс. К каждой кнопке присоединены по два гнезда для осуществления со­ единения с модулями.

Панель входных сигналов расположена в левой части пульта. Панель контрольных сигналов предназначена для контроля выход­

ных сигналов схемы, собранной на стенде. На панели расположены 10 сигнальных ламп и 10 пар гнезд. Лампы включены на выходы десяти транзисторных усилителей. Входы усилителей соединены с гнездами. Сигнальные лампы служат для контроля состояния каждого элемента собранной схемы. Выходные сигналы элементов схемы с уровнем на­ пряжения ниже 4—4,5 В, соответствующим минимальному уровню логи­ ческой единицы для элементов серии «Логика-Т», не вызывают срабатывания транзисторных усилителей и зажигания сигнальных ламп. Транзисторные усилители размещены на плате в отдельном блоке, установленном в нижней части .стенда. Для контроля исправности сиг-

346

нальных ламп на панели контрольных сигналов установлена кнопка, при нажатии на которую все лампы включаются непосредственно на напряжение 24 В.

Блоки питания. В основании пульта расположены источники пита­ ния входных и контрольных сигналов. Источники питания собраны на типовых кассетах в отдельных блоках.

Блок источника стабилизированного напряжения — 24 В рассчитан на максимальный ток 5 А. Блок предназначен для питания мощных триггеров и усилителей, а также для питания сигнальных ламп на панели контрольных сигналов. На лицевой панели блока имеются две пары гнезд для подключения внешних приборов. Транзисторы стабили­ затора напряжения данного блока, установленные на радиаторе, вынесены на заднюю панель пульта;

Блок питания на напряжение— 12, + 6 В предназначен для питания1 устройств управления и защиты стенда.

Блок источника стабилизированного напряжения— 12 В, рассчитан на максимальный ток 2 А. Для защиты стабилизатора от перегрузок в нем установлен узел токоограничения, настроенный на ток 2 А. На лицевой панели блока имеются две пары гнезд для подключения внеш­ них приборов и рукоятки двух переменных резисторов для регулирова­

гнезд для подключения внешних приборов и рукоятки двух переменных резисторов для регулирования уставки тока защиты и напряжения. Блок защиты осуществляет управление, защиту блоков писания от снижения напряжения и от коротких замыканий. При срабатывании защиты загорается лампа «Защита» на панели питания. Защита.. от

собран на типовой кассете. На лицевой панели имеются три пары гнезд для подключения приборов, два держателя плавких предохранителей и тумблер включения питания.

Панель питания служит для осуществления контроля напряжения и потребления тока от всех источников питания.

На панели расположены амперметр — для измерения потребляемо­ го тока от каждого источника, вольтметр — для измерения напряжения всех источников питания и в разных точках собранной схемы. Переклю­ чение вольтметра и амперметра осуществляется переключателем, уста­ новленным на панели питания.

На панели располржены также гнезда, присоединенные к источникам питания.

Пульт стенда-тренажера состоит из основания и кассеты. В основа­ нии размещены блоки питания и блок защиты. В кассете размещены секции наборного поля и три панели: входных сигналов, контрольных сигналов и питания. Кассета прикреплена к основанию на шарнирах. Наклон кассеты может фиксироваться в двух положениях — под углом

передней стенке основания.

Набор соединительных проводов включает гибкие провода различ­ ной длины со штекерами с обоих концов. Провода предназначены для

246

соединения элементов в схему, собираемую на стенде и для подачи и снятия входных и контрольных сигналов.

Различная окраска проводов облегчает ориентировку в собранной схеме.

11-3. ПРОВЕРКА СХЕМ УПРАВЛЯЮЩИХ ЛОГИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ НА СТЕНДЕ-ТРЕНАЖЕРЕ

Подготовка документации

Для проверки на стенде разработанной схемы блока или бескон­ тактной станции управления необходимо подготовить принципиальную схему управляющего логического устройства, а также контролирующий и диагностический тесты, построенные в соответствии с рекомендация­ ми главы десятой данной книги.

Проверка схемы на стенде может быть также произведена по программе испытаний, состав­ ленной в соответствии с условия­ ми Калининского завода электро­ аппаратуры, являющегося основ­

247

исключения временных элементов и применения равносильных пре­ образований. Указанные упрощения основываются на следующих со­ ображениях.

Входные сигналы, которые в реальной схеме подаются от датчиков, кнопок, ключей управления и т. п., на стенде-тренажере имитируются кнопками, установленными на панели входных сигналов. Поэтому от­ падает необходимость в применении согласующих элементов типа Т-201 и Т-202.

Наличие выходных сигналов имитируется загоранием ламп на панели'контрольных сигналов, включенных на выходы пороговых уси­ лителей, поэтому мощные усилители могут быть исключены из набора элементов исследуемой схемы.

Элементы задержки в ряде случаев не оказывают влияния на по­ следовательность прохождения сигналов в исследуемой схеме, поэтому представляется возможным исключить их из схемы, подлежащей про­ верке.

Применение равносильных преобразований для упрощения прове­ ряемой схемы допустимо и целесообразно, так как не влияет на, функционирование схемы.

На рис. 11-1 приведены примеры равносильных преобразований, которые могут найти применение при упрощении схем.

Набор схемы на стенде

По подготовленной принципиальной схеме производится-подбор необходимых модулей.

Модули вставляются в кассету наборного поля, и набирается ис­ следуемая схема при помощи проводов со штекерами.

После подготовки стенда и проверки исправности сигнальных ламп производится проверка схемы в соответствии с контролирующим тестом или программой испытания. При обнаружении неисправности в схеме место неисправности определяется при помощи диагностического теста.

11-4. ПРИМЕНЕНИЕ СТЕНДА-ТРЕНАЖЕРА ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ КОНТРОЛИРУЮЩИХ И ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ТЕСТОВ

Процесс построения теста сводится к определению совокупности наборов значений входных переменных, позволяющих обнаруживать неисправности в исследуемой схеме. О наличии той или иной неисправ­ ности можно судить по значениям выходных сигналов.

Обязательным условием возможности построения тестов с помощью стенда-тренажера является правильность сборки схемы на стенде и правильность ее функционирования.

Предварительно рекомендуется составление программы проверки схемы путем прослеживания по чертежу прохождения сигналов при выбранных наборах входных переменных.

Желательно, чтобы наборы соответствовали характерным режимам функционирования исследуемого блока. После составления программы следует проверить правильность функционирования набранной на стен­ де схемы.

Методики построения тестов с помощью стенда-тренажера различны для схем без обратных связей и схем с обратными связями, а также

248

для схем с большим числом входных переменных и схем с небольшим числом входных переменных. Под небольшим числом входных перемен­ ных п подразумевается « ^ 5 .

Ниже приводятся методики построения тестов с помощью стендатренажера, согласованные с методами и данными главы десятой.

Методика построения контролирующих тестов

Для схем без обратных связей с небольшим числом входных переменных

Построение теста производится следующим образом.

1) Составляется таблица покрытий для анализируемой схемы. В качестве примера рассматривается таблица покрытий для трехвходо­ вого элемента ИЛИ, представленная табл. 10-3.

2)Производятся проверка правильности функционирования наб­ ранной на стенде схемы и подача на ее входы первого набора входных сигналов.

3)Из первой по списку группы задается одна неисправность. Неис­ правность «0» задается путем создания обрыва цепи сигнала, а неис­

правность «1»— путем подачи сигнала в соответствующее гнездо.

4) По сигнальным лампочкам выясняется, изменилось ли значение хотя бы одного выходного сигнала. При изменении выходного сигнала отмечаются набор входных сигналов и заданная неисправность. Если изменений выходного сигнала не произошло, то подается следующий набор входных сигналов и так далее до тех пор, пока не определится набор, проявляющий данную неисправность. Если такого набора найти не удается, то это означает наличие необнаруживаемой неисправности

инеобходимо задаться неисправностью следующей по списку группы.

5)Производится проверка, не проявляет ли выбранный набор еще какие-либо неисправности из других групп списка. Для этого поочередно задается одна неисправность из каждой группы и отмечаются те группы, в которых хотя бы одна неисправность проверяется данным набором.

6)В случае, если остались неотмеченные группы неисправностей, то производится переход к следующему набору и так далее до тех пор, пока все группы неисправностей в списке не окажутся отмеченными.

Полученная совокупность наборов дает контролирующий тест.

Д ля схем без обратных связей с большим числом входных переменных

При большом числе входных переменных резко возрастает число возможных наборов и соответственно увеличивается трудоемкость по­ строения тестов. Поэтому можно рекомендовать следующий порядок получения наборов.

1)Составляется список возможных групп не различимых между собой неисправностей.

2)Исследуемая схема набирается на стенде-тренажере и прове­ ряется правильность ее функционирования.

3)Задается неисправность из первой по списку группы неисправ­

ностей.

4)Методом существенных путей подбирается набор входных сигналов, проверяющий данную неисправность. Этот набор позволяет

249

проявиться данной: неисправности путем изменения значения какоголибо из выходных сигналов с правильного, имеющего место в исправной схеме, на неправильное.

5) При данном наборе задать последовательно по списку осталь­ ные неисправности, по одной из разных групп, и отметить группы, которым принадлежат те из них, которые обнаруживаются на данном наборе.

6) Если в списке остались неотмеченные группы неисправностей, то для очередной из них подобрать набор таким же путем, как указы­ валось в п. 4, затем перейти к п. 5 и 6 и т. д. до тех пор, пока все группы неисправностей из списка не будут отмечены.

Выбранные наборы образуют контролирующий тест.

Если число входных сигналов исследуемой схемы превышает воз­ можности тренажера, то схему следует разделить на подсхемы, по­ строить тесты для отдельных подсхем и затем произвести их склеивание.

Построение контролирующих тестов для схем с обратными связями

Для схем с обратными связями могут быть применены те же методы, что и для схем без обратных связей. При этом обрываются все внеш­ ние обратные связи и к числу входных переменных добавляются про­ межуточные переменные, которые затем подаются на входы обратных связей. Таким образом, схемы с обратными связями преобразовываются в схемы без обратных-связей. Если не обрывать обратных связей, то пришлось бы подавать на входы в процессе построения тестов, не только все возможные наборы, но и все возможные последовательности подачи этих наборов. Такой метод составления тестов очень трудоемок.

Методика построения диагностических тестов

Для схем без обратных связей с небольшим числом входных переменных

Рекомендуется Следующий порядок построения тестов.

2)Производится, попарное сравнение между собой неисправностей

ивыявляются пары не различимых между собой неисправностей, т. е. неисправностей, проверяемых одними и теми же наборами.

Например, в контролирующем тесте имеется q наборов. При этом только г-й набор проверяет /-ю неисправность; п -я неисправность мо­

/-я и я-я неисправности неразличимы и следует искать (^ + 1)-й Набор, который будет проверять лишь одну из этих неисправностей.

3) Произвести подачу на схему наборов, не вошедших в контро­ лирующий тест, и добиться, чтобы различались между собой все . неис­

ствии с п. 3 и наборов контролирующего теста, образует диагностиче­ ский тест.

250