книги / Проектирование бесконтактных управляющих логических устройств промышленной автоматики

Д ля схем без обратных связей с большим числом входных переменных

В этом случае дополнительные наборы рекомендуется подбирать следующим образом.

Анализируются попарно не различимые наборами контролирующе­ го теста между собой неисправности и методом существенных путей подбирается необходимый для их различения набор (такой набор, на котором проявляется лишь одна из не различимых до сих пор неисправ­ ностей, а другая неисправность не оказывает влияния на изменение значения выходного сигнала).

Для схем с обратными связями

Обратные связи обрываются, и далее при построении диагности­ ческих тестов используются те же приемы, что и для комбинационных схем, но к значениям исходных входных переменных в наборах добав­ ляются значения промежуточных переменных, обусловленные обрывом обратных связей.

11-5. ПРОВЕРКА КОНТРОЛИРУЮЩИХ И ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ТЕСТОВ НА СТЕНДЕ-ТРЕНАЖЕРЕ

Обязательным условием проверки тестов на стенде-тренажере является правильность сборки схемы на стенде и правильность ее функ­ ционирования.

Проверка контролирующего теста

1:На схему поочередно подаются наборы контролирующего теста

исравниваются значения» выходных сигналов, фиксируемые сигнальны­ ми лампами тренажера, со значениями этих же сигналов, поставленны­ ми в соответствие. наборам' теста, в исходной таблице. Появление несоответствий указывает на наличие ошибки в тесте.

2.Составляется список неисправностей. В схеме задается, одна из неисправностей и навходы схемы поочередно подаются наборы кон­ тролирующего теста до тех пор, пока данная неисправность не изменит значения выходного, сигнала -на противоположное тому, которое про­ ставлено в исходной таблице для подаваемого в настоящий момент на схему набора.

3.Задается следующая по списку неисправность и снова, среди наборов контролирующего теста подыскивается проверяющий ее набор

ит. д . до тех пор, пока " Проверяющий не убедится в том, что данная совокупность наборов проверяет все неисправности.

В случае если какая-либо неисправность не проверяется, то тест является неполным.

Проверка диагностического теста

1.Составляется список пар различимых между собой неисправ­

ностей. .. .■ С/ 2. Производится анализ каждой пары неисправностей следующим

образом.

251

Подаются на схему поочередно наборы диагностического теста и для одной из пары неисправностей отмечаются наборы, ее проверяю­ щие. То же самое выполняется и для другой неисправности. Множества этих наборов не должны совпадать. Если для какой-либо пары неис­ правностей они совпадают, то тест является неполным.

Правильность работы элемента можно проверить путем подачи на его входы всех возможных наборов значений входных сигналов и про­ верки правильности значений выходного сигнала в соответствии с ло­ гической функцией элемента. При этом способе проверки число набо­ ров является избыточным.

Минимальное число наборов для отдельных элементов можно опре­

контролирующих тестов для всех логических элементов широко при­ меняемой промышленной серии.

11-6. ПРИМЕНЕНИЕ СТЕНДА-ТРЕНАЖЕРА В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

Применение стенда-тренажера позволяет успешно решать многие задачи подготовки специалистов по проектированию и наладке бескон­ тактных логических устройств промышленной автоматики. Можно ука­ зать, например, следующие задачи:

ознакомление с устройством, схемами и техническими данными транзисторных элементов серии «Логика-Т», выполняемыми ими функ­ циями, условиями включения и т. д.;

ознакомление с реализацией логических функций, временных и счетных операций из различных комбинаций логических и временных элементов;

ознакомление с принципами и методами стендовой проверки схем промышленной автоматики;

приобретение навыков в сборке и проверке схем функциональных узлов и блоков;

приобретение навыков составления и проверки правильности кон­ тролирующих и диагностических тестов, составленных методами тех­ нической диагностики.

Ознакомление с модулями, входящими в комплект стенда, повы­ шает эффективность изучения элементов серии, позволяет активизиро­ вать процесс обучения. Для ознакомления со схемами, обозначениями выводов и характеристиками элементов следует пользоваться техниче­ скими данными и справочными сведениями, приведенными в гл. 8.

Основой набора заданий для учебно-тренировочных занятий могут быть следующие задачи:

реализация логических функций, например ИМПЛИКАЦИЯ, ЗА­ ПРЕТ, ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ, НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ, ПАМЯТЬ и др., из элементов Т-101 и комбинаций элементов Т-101, Т-106 и Т-107;

2 5 2

Среализацией логических

функций, временных и счетно-решающих операций рекомендуется зна­ комиться путем набора и исследования на стенде-тренажере схем, при­ веденных в гл. 8.

Ниже приведены примеры заданий для учебно-тренировочных за­ нятий на стенде-тренажере.

в)

Рис. 11-3. Данные к заданию 2.

— принципиальная схема: б — контролирующий тест; в — диагностический тест.

253

254

Рис. 11-4. Данные к заданию 3.

а — принципиальная схема; б — таблица функций неисправностей (ТФН). '

б)

Задание 1. Реализация логической функции НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ.

1) Исходные данные

Функция НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ — Y—X1X2.+X1X2. Словесное описание: функ­ ция принимает значение |1 тогда и только тогда, когда либо вход Хи либо вход хъ равен 1, но не оба вместе. Функция называется также СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ 2. Это название отражено в условном обозначении. На рис. 11-2 приведены условное Обозначение и таблица истинности функции.

2) Содержание работы:

реализовать функцию из элементов Т-101; реализовать функцию из элементов Т-101 и Т-1106; реализовать функцию из элементов Т-tlOl и Т-107.

Собрать составленные схемы на стенде-тренажере и проверить правильность их функционирования.

рис. ill-3,6;

ввести поочередно искусственные неисправности в схему вида «О» и «)Ь и, при­ менив диагностический тест рис. 11-3,в, найти с его помощью место неисправности.

Jb а

б)

Рис. 11-5. Данные к заданию 4.

а — принципиальная схема; б —таблица функций неисправностей (ТФН).

25Ь

П о с т р о е н и е т е с т о в с п о м о щ ь ю с т е н д а - т р е н а ж е р а : произвести построение контролирующего теста; произвести построение диагностического теста.

Полученные тесты сравнить с заданными.

составить алгебраическое выражение

c= }(bi, bz, Ьз, bi, bs, Ьз, bi, b3, Ьз)

для схемы на рис. 11-4,я; набрать схему на стенде-тренажере;

проверить исправность схемы, задавая наборы из ТФН на рис. 14-4,6 и сверяя полученные значения выходных сигналов с с табличными;

проверить правильность ТФН, поочередно задавая неисправности в схеме и про­ веряя, на каких наборах значения выходных сигналов не соответствуют табличным.

Задание 4

1) Исходные данные

На рис. 11-5,я дана принципиальная схема логического блока, а на рис. 11-5,5 — таблица функций неисправностей. Так как схема содержит обратную связь, то наборы подаются последовательно: 1, 2 . . . и т. д.

Г р у п п ы н е р а з л и ч и м ы х н е и с п р а в н о с т е й

в схеме и проверяя, на каких наборах значение выходного сигнала не соответствует табличному;

оборвать обратную связь и подавать на схему в произвольной очередности на­ боры значений переменных я, b, с, d, ужр. Убедиться в том, что схема исправна, т. е. значения Y соответствуют табличным.

256

определится как

При переходе от элементов к системам эти понятия остаются преж­ ними. Так, для системы вероятность безотказной работы можно опре­ делить как произведение вероятностей безотказной работы элементов

а общую интенсивность отказов схемы как сумму интенсивностей от­ казов элементов

г=1

12-2. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ

Для схем автоматического управления и электрических аппаратов, применяемых в промышленной автоматике, расчеты надежности необ­ ходимы для решения следующих трех задач:

разработки мер по повышению надежности (вероятности безотказ­ ной работы) схем и аппаратов при их проектировании;

определения технико-экономической эффективности замены одного вида электроаппаратуры другим, например, замены контактной стан­ ции управления бесконтактной;

определения периодичности технического обслуживания (ГОСТ 18322-73), обеспечивающей поддержание заданного значения вероят­ ности безотказной работы.

Разработка мер по повышению надежности управляющего логи­ ческого устройства требует прежде всего численного определения уров­ ня надежности схемы. Достаточным для этой цели является определе­ ние вероятности безотказной работы схемы p(t) в течение заданного промежутка времени. Такой расчет можно выполнить в том случае, если будут известны интенсивности отказов всех элементов, составляю­ щих схему.

Устройства промышленной автоматики, как правило, не требуют предельно больших значений p (t), равных, например, 0,98—0,99. На­ дежность этих устройств определяется больше факторами технико-эко­ номической эффективности.

При определении технико-экономической эффективности внедре­ ния тех или иных аппаратов или схем с точки зрения надежности не­ обходимо сравнивать капитальные и эксплуатационные затраты. Капи­ тальные затраты на внедрение любой аппаратуры определяются со­ гласно [43]. Эксплуатационные расходы для устройств, выполненных из логических элементов, можно определить, зная общую интенсивность отказов схемы.

Время t, определяемое из выражения (12-1), можно считать вре­ менем /пш, через которое необходимо производить профилактические

258

осмотры, чтобы поддерживать вероятность безотказной работы устрой­ ства p{t) на заданном уровне Рзая-

Чем чаще будут производиться плановые осмотры, тем выше веро­ ятность безотказной работы, но и тем больше эксплуатационные затра­ ты. Очевидно, необходимо найти такое значение Рзал, при котором не­ значительным эксплуатационным затратам соответствовала бы высо­ кая надежность устройства, иными словами, необходимо вычислить оптимальную вероятность безотказной работы. Методика этого расчета приводится в гл. 13. Учитывая неремонтоспособность бесконтактных логических элементов, можно было бы не производить и планово-пре­ дупредительные осмотры. Однако наличие штепсельных соединений, возможность изменения напряжения питания, возможность работы схе­ мы при выходе из строя одного элемента делает периодический плано­ во-предупредительный осмотр необходимым. Периоды, определяемые по формуле (12-7), можно принимать за основу при расчете циклов планово-предупредительных осмотров.

12-3. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ИНТЕНСИВНОСТИ ОТКАЗОВ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Интенсивность отказов является одним из основных критериев на­ дежности, без определения которого вообще невозможно производить

ло отказавших элементов в единицу времени, отнесенное к числу эле­ ментов, оставшихся исправными к началу рассматриваемого проме­ жутка времени.

Эта величина может быть определена из опытных данных как

где Atii — число отказавших элементов за промежуток времени At; N —■ начальное число элементов; п, — общее число отказавших элементов к началу рассматриваемого промежутка времени.

Опытным путем эти данные в условиях эксплуатации получить довольно трудно, поэтому они должны быть определены на заводеизготовителе и включены в каталожные данные как одна из техниче­ ских характеристик элементов или аппаратов.

Сложность определения ^-характеристик логических элементов за­ ключается в следующем:

электрические логические элементы состоят из отдельных деталей, количество которых в отдельных логических элементах достигает 15— 20 шт. и более;

логические элементы в схемах автоматики могут выполнять раз­ личные функции, и в зависимости от этого их внутренние детали будут находиться в различных состояниях (под напряжением или нет, с раз­ личным значением проходящего тока и т. д.).

Нагрузка внутренних деталей логических элементов значительно меньше ее номинального значения, что повышает надежность работы, но требует введения дополнительных поправок при расчетах.

Функциональное состояние логического элемента однозначно опре­ деляет состояние внутренних деталей. Общая интенсивность отказов логического Элемента может быть определена по формуле (12-4) как

П

2 — V 7

*эл — ‘ JLA лгдет»

/&х1

где Я,{дет — интенсивность отказов тех деталей, которые участвуют в фор­ мировании данного функционального состояния логического элемента. Таким образом, любой логический элемент может иметь столько значбН'ИИ интенсивностей отказов Яэл>сколько возможных функциональных состояний он может принимать.

Поэтому для каждого логического элемента необходимо опреде­ лить возможные функциональные состояния, которые данный элемент может принимать. Таких состояний может быть четыре: сохранение на выходе элемента сигналов 0 и 1 в статическом режиме (Х0 и Xi — интен­ сивности отказов сохранения на выходе нулевого сигнала и единичного сигнала), изменение функционального состояния на выходе элемента при соответствующих изменениях сигналов на входе, что характери­ зуется динамическими л-характеристиками ( V - i — динамическая ин­ тенсивность отказов перехода из состояния 0 в состояние 1; Xi_o — ди­ намическая интенсивность отказов перехода из состояния 1 в состоя­ ние 0).

Для расчета интенсивности отказов логических элементов выбирает­ ся метод, учитывающий режим работы элементов, их загрузку и исполь­ зование их по времени.

Расчетная интенсивность отказов деталей логических элементов принимается по формуле [31]:

П

где k i= k 1&2 ... kn — коэффициенты, учитывающие условия работы дета­ лей схем логических элементов.

260