книги из ГПНТБ / Судовые системы автоматического контроля (системный подход к проектированию)

“ 1

191

довольно большим. Воспользуемся формулой комплексного пока­ зателя эффективности

Я= £ Я (+ , I—1

Я (П) = 0,600-0,06 + 0,904.0,13 + 0,746.0,38 + 0,8-0,43 = 0,777;

Я (П1) = 0,600-0,06 + 0,837-0,13 + 0,716.0,38 + 1,0-0,43 = 0,847.

Результаты показывают, что третий вариант невыгоден, а пер­

вый и второй практически равноценны. Для их разделения надо

воспользоваться дополнительным критерием, в качестве которого

можно принять стоимость ЗИП, влияющую на общую стоимость

системы и ее эксплуатации. Средняя стоимость ЗИП в первом ва­ рианте 104,85, во втором — 99,84 условных единиц. После такого

анализа окончательно выбирается второй вариант.

§ 5.4

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА СУДОВЫХ САК

Современная элементная база САК представляет довольно слож­

ный комплекс, в который входят электромеханические устройства и реле, источники питания, электронные элементы, индикаторы различного назначения и т. п. Требуется большой объем работы по классификации, разделению областей применения и согласова­ нию параметров всех элементов. Высокие требования к надежности

и живучести судовых САК ограничивают номенклатуру элементной

базы. Важную роль играют также вопросы помехоустойчивости и

быстродействия.

Для того чтобы проиллюстрировать сложность проблемы выбора элементной базы и необходимость системного подхода, вернемся к перечню приборов, который приведен в § 5.2. При этом будем учитывать функции, выполняемые устройствами.

Наиболее многочисленна группа дискретных логических эле­

ментов. Они применяются в коммутаторах для формирования адресов

каналов, дешифрации адресов в унимодальный код. Аналого-цифро­ вые преобразователи почти полностью построены на дискретных

логических элементах. То же можно сказать и о цифровых компара­

торах, преобразователях кодов, программных устройствах, управ­

ляющих частях и таймерах. Усилители сигналов различных типов

и коммутирующие элементы входят в состав аналого-цифровых

преобразователей, цифровых компараторов, аналоговых блоков

192

допускового контроля и т. д. (это высокочувствительные дифферен­ циальные усилители, собранные по схеме сравнения двух сигналов, так называемые нуль-органы). Особое место занимают устройства

памяти, которые представляют собой самостоятельные единицы элементной базы. Наконец, электромеханические элементы состав­ ляют основу печатающих устройств, самописцев, пультов управле­

ния операторов.

Все элементы можно разделить на пять групп:

—логические;

—усилительные (сигналов, мощности, дифференциальные, па­

мяти);

—коммутационные (реле, полупроводниковые, шаговые иска­

тели);

—индикационные;

—электромеханические (печатающие, самописцы, клавишный ввод

пультов).

Элементная база САК как система представлена на рис. 5.10.

Автоматизация контроля в основном обеспечивается применением

логических элементов и устройств памяти. Усилительные элементы служат для согласования логических с коммутационными, индика­ ционными, электромеханическими по уровню сигналов и мощности,

коммутационные осуществляют процедуру обслуживания и распре­

деления сигналов, электромеханические — ввод и вывод информа­ ции в САК, индикационные предназначены для представления инфор­

мации оператору.

Приведем параметры перечисленных выше типов элементов.

Л о г и ч е с к и е . Интегральные микросхемы (ИМС) и инте­

гральные схемы средней сложности. Тактовое быстродействие

порядка 2ч-10 мГц, потребляемая мощность на элементарную логическую операцию составляет 1—20 мВт, сложность — 15—

120диодов.

Ус и л и т е л ь н ы е . Интегральные усилители сигналов, уси­ лители постоянного тока, расширители. Усилители мощности гиб­

быстродействие 500 кГц. Удельный физический объем до 0,3 см3

на бит.

Постоянные запоминающие устройства микропрограмм имеют

объем до 16 384 восемнадцатиразрядных слов. Эффективное быстро­

действие до 500 кГц. Объем до 0,1 см3/бит.

К о м м у т а ц и о н н ы е . Реле с ртутными контактами (со­

противление замкнутого контакта до 0,001 Ом). Реле с герметич­

ными контактами (время подключения до 1 мс). Полупроводниковые

коммутаторы (перепад сопротивления до 10 кОм, эффективность

быстродействия до 500 кГц).

И н д и к а ц и о н н ы е . Люминесцентные (цифровые индика­

торы и мнемоиндикаторы). Проекционные цифровые индикаторы.

Характроны и телевизионные устройства с графическим выводом.

§ 5 .5

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА КОМПОНОВКИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СУДОВОЙ САК НА БАЗЕ АГРЕГАТИРОВАННЫХ СРЕДСТВ*

Как уже отмечалось в § 1.1, автоматизация проектных работ связана с решением целого ряда сложных проблем. Использование

агрегатированных средств для построения САК в значительной

степени облегчает их решение. В частности, уже в настоящее время

можно предложить машинные методы монтажно-коммутационного проектирования, включающего в себя процесс компоновки конструк­ тивно-функциональных узлов (КФУ) и трассировки соединений между

контактами КФУ.

САК состоит из КФУ различных уровней — от модуля (низший уровень) до стойки или шкафа. Для размещения КФУ низшего

уровня в узлах более высокого уровня необходимо определить

размеры монтажного пространства и его конфигурацию. Конструктивную топологию монтажного пространства, т. е.

мерных эвклидовых пространствах. Вектор А отражает совокупность

изменяющихся параметров конструктивной топологии, а вектор В

учитывает конструктивно-технологические требования, и значения его составляющих не меняются. Требуемая конструктивная тополо­ гия должна удовлетворять условию

где Е — область допустимых значений вектора А. Конструктивную

топологию, удовлетворяющую (5.5.1), будем считать оптимальной.

* Параграф написан при участии Ю. П. Васильева.

194

Рис. 5.12.

лагаются трассы коммутационных соединений. Номера мест, на

которых могут размещаться КФУ, образуют множество

Каждому месту соответствуют координаты х, у, z в монтажном пространстве, имеющем заданную геометрическую форму и раз­

196

меры. Эти координаты характеризуют положение геометрического

центра места. Размер места определяется физическими размерами

КФУ или переходного устройства, количеством контактов переход­

ного устройства и их координатами. Для регулярного монтажного

пространства координаты установочных мест заранее известны, для

нерегулярного их требуется определить. На рис. 5.14 показана

схема регулярного монтажного пространства, у которого коорди­

ната 2 = 0.

Расстояние или длина связи между элементами зависит от спо­

соба монтажа. Для жесткого навесного монтажа это расстояние

L Qn J

С учетом матрицы весов элементы матрицы связности опреде­ ляются из выражения

в монтажном пространстве относительно координат центра монтаж­

ного места. На рис. 5.14 точкой обозначен контакт модуля, показаны координаты центра монтажного места (хм, ум) и координаты кон­

197

такта относительно начала отсчета (хк, ук) для данного монтажного пространства и относительно центра монтажного места (х'к, у'ку

Суммарная длина соединений между КФУ определяется выра­ жением

Wk = 0 , b i i L ih

На этапе компоновки КФУ невозможно определить истинную

длину будущих проводных соединений, поэтому целесообразно харак­ теризовать целевую функцию приближенной величиной, отражаю­

=■, где N — число монтажных мест, п — число КФУ-

Величина W является нормой взвешенных длин проводных свя­ зей. Так как при любом размещении S,- величина ctj = const, то W зависит только от расстояния между вершинами мультиграфа G.

Задача оптимального размещения КФУ в монтажном простран­

стве может быть сформулирована как задача о размещении множества

Выбор величины (5.5.2) в качестве целевой функции объясняется тем, что уменьшение взвешенных длин связей между КФУ улучшает помехоустойчивость и надежность устройства и уменьшает трудоем­

кость его изготовления.

Задача может быть решена методами дискретного программиро­ вания, однако известные вычислительные методы являются весьма

сложными и громоздкими. В связи с этим рассмотрим один из мето­ дов, позволяющих сократить перебор и тем самым уменьшить время

решения задачи на ЭВМ и требуемый объем памяти машины. Этот

метод основан на последовательном размещении КФУ в порядке

очередности по степени связности.

Исходной информацией для использования метода являются: матрица связности [С], координаты КФУ (вершин мультиграфа)

в монтажном пространстве, размеры КФУ и монтажного простран­ ства, количество закрепленных КФУ и их координаты,

198

Решение задачи разбивается на два этапа:

—определение последовательности закрепления КФУ (вершин мультиграфа);

—назначение вершины на свободное место в регулярном мон­ тажном пространстве.

Перейдем к описанию алгоритма размещения вершин мульти­

графа в монтажном пространстве. Вначале установим закрепленные

вершины, соответствующие разъемам, контактным группам или

КФУ, для которых определены места разработчиком. Среди неза­ крепленных вершин выбирается вершина, наиболее сильно связан­

у=1

ленных вершин), и запоминается; если таких вершин оказывается

/=1

выбранной для упорядочения вершины), и тоже запоминается в по­ следовательности, соответствующей ее весу. Так продолжается до

тех пор, пока все вершины не будут упорядочены. Результат упоря­

дочения вершин выдается на печать. Затем из числа упорядоченных

вершин, предназначенных для закрепления в монтажном простран­

стве, выбирается первая вершина и устанавливается в первое сво­ бодное место монтажного пространства, которое соответствует ли­

плоскости по оси X, не выполняется, то ищется другое свободное

место. При выполнении этого условия выбранная вершина распо­ лагается на свободном месте в монтажном пространстве, соответ­ ствующем минимуму суммы расстояний этой вершины от всех за­ крепленных вершин, с которыми она связана, т. е.

Если это условие все же не выполняется, машина останавливается и требуется коррекция со стороны оператора.

При наличии нескольких свободных мест, удовлетворяющих ус­

ловию (5.5.3), методом случайного назначения вершины устанавли­

ваются на свободные места и закрепляются. При этом все возможные

места размещения и сами вершины выводятся на печать. Установ­ ленная таким образом вершина считается закрепленной. Следующая вершина, подлежащая закреплению, выбирается аналогично и про­

цесс продолжается до тех пор, пока все вершины мультиграфа (т. е. все КФУ) не будут закреплены в монтажном пространстве.

199

Укрупненная блок-схема алгоритма компоновки КФУ в мон­ тажном пространстве изображена на рис. 5.15. Здесь представлены следующие операторы:

— проверка выполнения условия закрепления всех вершин

Рис. 5.15.

Под неопределенностью I рода будем понимать ситуацию, когда в результате анализа матрицы связности оказывается, что ряд не­

закрепленных вершин имеет одинаковую связь с уже закреплен­ ными и требуется дополнительный анализ, чтобы выделить вершину,

с которой можно было бы продолжить алгоритм;

D, разрешение неопределенности I рода;

Db поиск для выбранной незакрепленной вершины места на монтажной плоскости в соответствии с критерием (5.5.3);

200