Принципы устройства элементов АСК

Генераторы входных сигналов (ГВС). В качестве их могут использоваться:

• источники напряжений с диапазонами дискретного регулирования напряжения 0...100 В и ценой деления 0,1 В; 0...10 В и ценой деления 0,01 В;

• источник частоты, имеющий диапазон частот от 10 Гц до 10 МГц и 1000 ступеней переключения их значений, диапазон амплитуд от 0,1 В до 10 В с десятью ступенями переключений;

• генераторы временных интервалов (служат для задания времени срабатывания различных механизмов);

• генераторы давлений и разрежений воздуха для имитации скоростного напора и высоты полета, которые представляют собой электрические насосы и вакуумпомпы с регулируемыми параметрами на выходах.

В качестве ГВС используются также встроенные в ОК элементы. Например, для создания прецессии гироскопа используются имеющиеся в гироузле моментные электродвигатели.

Датчики сигналов представляют собой устройства, аналогичные датчикам различных авиационных приборов и автоматов, имеющие электрический выход (потенциометрические, емкостные, индуктивные, пьезоэлектрические, термоэлектрические и т. д.).

Нормализаторы. Параметры, которые получаются на выходе нормализаторов, называются приведенными или нормализованными. Если значение измеряемого параметра равно u, то нормализованное

u_н = k_нu,

где k_н — коэффициент нормализации.

Например, если необходимо привести напряжение и = 30 В к уровню и =10 В, то k_н =u_н :и = 10:30 = 0,33.

Для получения необходимой точности измерений в АСК установлено несколько уровней нормализации: 0..5 В; 0...10 В; 0...20 В; 0...100 В. С уменьшением уровня нормализации возрастает точность измерения малых значении параметра.

В качестве нормализаторов используются: делители напряжений, автотрансформаторы и трансформаторы (рис. 15.2), делители частоты.

Рис. 15.2. Схемы нормализаторов

Нормализация измеряемых параметров производится и с преобразованием вида первоначального электрического сигнала. Например, постоянное напряжение может быть преобразовано в частоту и длительность импульсов.

Генераторы эталонных сигналов выполняются в виде делителей напряжения с большим числом дискретно переключаемых уровней, датчиков импульсов напряжений с большим числом дискретно переключаемых значении временных интервалов между ними, схем стабилитронов.

Компаратор и анализатор. В компараторах, т. е. сравнивающих устройствах, используются электронные реле с дифференциальными входами с малыми коэффициентами возврата, триггеры. В аналоговых АСК компаратор обычно объединяется с анализатором в одной схеме. Схема эта может быть построена на опорных диодах и логических элементах И, НЕ, ИЛИ. Возможная схема компаратора и анализатора, которая обеспечивает оценку результатов контроля в виде «норма-меньше (больше) – не годен», приведена на рис. 15.3.

Программное устройство. В простейших АСК с небольшим числом операций контроля в качестве программного устройства используются шаговые искатели, коммутаторы с электроприводом постоянного тока. При всей их простоте эти устройства имеют малые быстродействие и надежность. Если число операций контроля находится в пределах десяти, то могут применяться электронные реле времени.

В сложных АСК нашли применение программные устройства с магнитными лентами, магнитными барабанами, твердотельными устройствами памяти. При этом считывание информации осуществляется с помощью фотодиодов, магнитных головок, которые управляют коммутирующими матрицами.

Коммутаторы. Одно из основных требований к коммутаторам - высокая точность коммутации, т. е. минимальные потери сигнала в коммутирующих элементах, которые оцениваются коэффициентом потерь

где и_вых, и_вх – соответственно напряжение на выходе и входе коммутирующего элемента.

Рис. 15.3.Схема компаратора с анализатором

Рис. 15.4.Входные сигналы компаратора с анализатором

Вторая основная характеристика коммутатора – скорость коммутации, которую можно оценить максимальным числом переключений в единицу времени.

К числу специфических характеристик коммутаторов следует отнести максимально допустимое число коммутируемых каналов схемой коммутатора.

В качестве коммутаторов используются электромагнитные контактные устройства и электронные (бесконтактные) коммутаторы. К первым относятся шаговые искатели и релейные коммутаторы, где коммутация сигналов осуществляется с помощью подвижных контактов. Однако при большом числе коммутируемых цепей схема коммутации получается недостаточно надежной. Кроме того, скорость коммутации электромеханических коммутаторов мала.

В настоящее время приемлемой надежностью обладают герконы (лепестковые реле). Геркон обеспечивает частоту коммутации 700... 1000 раз в 1с и имеет малую массу (3...7 г).

В больших АСК нашли применение коммутаторы на полупроводниковых элементах - диодные и транзисторные матрицы.

Недостатком коммутаторов типа диодной матрицы является наличие обратной проводимости диодов, что ведет к появлению на выходе определенной части напряжений от «закрытых» датчиков сигналов. Поэтому в настоящее время достаточно надежно и четко работают подобные коммутаторы не более чем на 64 коммутируемых сигнала.

В настоящее время построение больших аналоговых АСК неперспективно. Однако для контроля отдельных бортовых систем они нашли применение.

ЦИФРОВЫЕ АСК

Функциональная схема цифровой АСК (рис. 15.4) имеет много общего с аналоговой. Такие ее элементы, как коммутаторы, генераторы и датчики сигналов, нормализаторы, программное устройство, индикаторы результатов контроля имеют то же назначение и устройство.

Рис. 15.4. Функциональная схема АСК

Однако в цифровой АСК все операции сравнения и анализа выполняет специализированная или универсальная ЭЦВМ, которая наряду с программным устройством управляет процессом контроля. Связь объекта контроля с ЭЦВМ осуществляется через аналогово-цифровые преобразователи (АЦП), которые преобразуют измеряемое значение аналогового параметра в цифровой код. Имеются АЦП для преобразования в код напряжений, временных интервалов, частоты, фазы.

После АЦП код измеренной величины X вводится в регистр ЭЦВМ и затем сравнивается с кодом ее номинального значения х_н, который берется из программного устройства. В результате вычитания в арифметико-логическом устройстве АЛУ определяются знак и разность Δх=х – х_н. Эта разность опять сравнивается с допуском Δх_н,  вводимым из программного устройства, или вычисляется относительная погрешность в процентах от поля допуска, которая заводится в устройство индикации результатов контроля.

Кроме операций сравнения и деления, ЭВМ может выполнять также вычисление функций от измеренных параметров, если этими функциями определяются характеристики работоспособности объектов контроля.

По окончании операций расчета ЭЦВМ выдает команду в программное устройство о переходе к следующему шагу контроля. Программное устройство выдает соответствующие команды и коды в коммутаторы и ЭЦВМ.

Программа контроля, цифровые значения номиналов и допусков всех контролируемых величин хранятся в запоминающем устройстве (ЗУ) программного устройства АСК. В качестве ЗУ (внешней памяти) используются различные устройства, например, флэш-память. Для считывания записанной в ЗУ информации оно подключается в ЦВМ через коммутатор (на схеме не показан). Ручное управление процессом контроля осуществляется с пульта управления АСК.

Для индикации результатов контроля используется несколько способов. Звуковая индикация включается при обнаружении опасных отказов, чтобы привлечь внимание оператора. При этом в головных телефонах может звучать текст описания отказа и необходимых действий по его локализации.

Визуальная индикация выполняется в виде световых табло с указанием общего результата контроля и места отказа. Может выдаваться также номер карточки с инструкцией по устранению неисправности.

Для документирования результатов контроля используется печатное устройство, которое печатает на бумажную ленту номер контролируемой системы, номер параметра, численный результат контроля параметра (аварийные параметры могут печататься красным цветом).

При построении наземных автоматизированных средств контроля демонтированного оборудования возможно либо создавать сугубо специализированные средства контроля по видам оборудования на базе специальных вычислителей с жесткой программой, либо автоматизированные системы контроля на базе управляющих ЭВМ.

Кроме операций сравнения и деления, ЭВМ может выполнять также вычисление функций от измеренных параметров, если этими функциями определяются характеристики работоспособности объектов контроля.

По окончании операций расчета ЭЦВМ выдает команду в программное устройство о переходе к следующему шагу контроля. Программное устройство выдает соответствующие команды и коды в коммутаторы и ЭЦВМ.

Программа контроля, цифровые значения номиналов и допусков всех контролируемых величин хранятся в запоминающем устройстве (ЗУ) программного устройства АСК. В качестве ЗУ (внешней памяти) используются магнитные ленты, магнитные барабаны и диски, устройства флэш-памяти. Считывание записанной в ЗУ информации осуществляется с помощью соответственно фотосчитывающих или магнитных головок. Необходимое ЗУ подключается в ЦВМ через коммутатор (на схеме не показан). Ручное управление процессом контроля осуществляется с пульта управления АСК.

Для индикации результатов контроля используется несколько способов. Звуковая индикация включается при обнаружении опасных отказов, чтобы привлечь внимание оператора. При этом в головных телефонах может звучать текст описания отказа и необходимых действий по его локализации.

Визуальная индикация выполняется в виде световых табло с указанием общего результата контроля и места отказа. Может выдаваться также номер карточки с инструкцией по устранению неисправности.

Для документирования результатов контроля используется печатное устройство, которое печатает на бумажную ленту номер контролируемой системы, номер параметра, численный результат контроля параметра (аварийные параметры могут печататься красным цветом).

При построении наземных автоматизированных средств контроля демонтированного оборудования возможно либо создавать сугубо специализированные средства контроля по видам оборудования на базе специальных вычислителей с жесткой программой, либо автоматизированные системы контроля на базе управляющих ЭВМ.

Первый путь целесообразен для построения систем контроля оборудования в условиях серийного производства. Второй путь наиболее рационален и перспективен для эксплуатационных подразделений гражданской авиации, поскольку обеспечивает минимизацию специальной контрольно-измерительной и вычислительной аппаратуры, организацию параллельного контроля блоков вследствие развитой системы приоритетных прерываний, улучшение условий обслуживания из-за гибкости программного обеспечения, реализацию режима диалога между оператором и объектом контроля.

Цифровая наземная АСК демонтированного оборудования состоит из универсальной и специализированной частей. Универсальная часть является основой для АСК любых объектов контроля, а состав и схемы специализированной части определяются объектами контроля.

Основа универсальной части АСК представляет собой управляющую ЭВМ с внутрисистемным интерфейсом (рис. 15.5).

Управление режимами работы АСК осуществляется с пульта управления оператора (ПУО). Отсюда через формирователь команд управляющие сигналы поступают на соответствующие устройства АСК. Необходимая цифровая информация, помимо внешней памяти ЭВМ, может вводиться также с устройства ввода-вывода информации (УВВ).

Рис. 15.5. Обобщенная структурная схема цифровой АСК

В соответствии со структурной схемой управляющей ЭВМ АСК (рис. 15.6) результаты контроля могут выводиться на дисплей, принтер, сетевой сервер.

Рис. 15.6. Структура управляющей ЭВМ АСК

Таймер обеспечивает синхронизацию работы блоков АСК. Частью АСК является интерфейс внутрисистемный. С его помощью решаются задачи связи во времени соответствующих входов и выходов блоков АСК, сопряжения приборов с различной структурой кодов информации.

Принцип построения наземной автоматизированной системы контроля демонтированного авиационного оборудования (АСК АО) на базе управляющей ЭВМ взаимосвязан с принципом организации процесса контроля блоков. При автоматизации контроля целесообразно выделить участки по типам блоков, имеющих общую специфику как объекты контроля.

АСК АО строится по централизованному принципу (рис. 15.7), при котором ЭВМ располагается в центральной вычислительной лаборатории (ЦВЛ)и взаимодействует через устройства обмена информацией с автоматизированными рабочими местами (АРМ), расположенными на специализированных участках.

В качестве основного устройства управления процессом контроля и обработки информации выбирается ЭВМ, работающая в режиме коллективного пользования с распределением времени по запросам АРМ. В этом случае все АРМмогут одновременно работать с ЭВМ, причем результирующее время ожидания процессора компенсируется относительно медленным вводом и выводом информации.

Рис. 15.7.Структура автоматизированной системы контроля (АСК) АО: ЦУС, ПУС – центральное и периферийные устройства согласования, ПКСКС – подсистема коммутации стимулирующих и контролируемых сигналов, ПФССВ – подсистема формирования стимулирующих сигналов и воздействий, ПИКС –подсистема измерения контролируемых сигналов, УОРК – устройства отображения результатов контроля, УРРК – устройства регистрации результатов контроля, ЦВЛ – центральная вычислительная лаборатория.

Обмен информацией между центральной ЭВМи автоматизированными рабочими местами контроля оборудования на специализированных участках осуществляется линией связи и обеспечивается взаимодействием центрального и периферийных устройств согласования. Устройства согласования и линия связи образуют канал передачи информации (КПИ).

Через центральное устройство согласования (ЦУС)из ЭВМк АРМпередается управляющая информация и информация о результатах обработки контролируемых сигналов. От АРМчерез периферийные устройства согласования (ПУС)к ВЛпередается информация об измеренных значениях контролируемых сигналов.

Все АРМимеют типовую структуру, включающую подсистему формирования стимулирующих сигналов и воздействий (ПФССВ),подсистему коммутации стимулирующих и контролируемых сигналов (ПКСКС),подсистему измерения контролируемых сигналов (ПИКС),устройства отображения результатов контроля (УОРК),устройства регистрации результатов контроля (УРРК)и пульт управления (ПУ).

Наиболее перспективен агрегативный метод технической реализации АСК АО на базе унифицированных средств, выпускаемых промышленностью. При сохранении централизованного принципа построения средства контроля, заданной основной структуре и выбранных способах ее технической реализации этот метод позволяет комплектовать систему из совокупности типовых устройств в зависимости от объема работ по контролю оборудования.

Автоматизированные рабочие места(АРМ) контроля блоков для всех специализированных участков имеют идентичную структуру и технически реализуются по практически аналогичной схеме.

На рис. 15.8 приведена блок-схема АРМ контроля электронных блоков автоматики АСК АО, реализованного на базе мини-ЭВМ.

В состав АРМ контроля электронных блоков автоматики входят:

• подсистема формирования стимулирующих сигналов воздействий (ПФССВ), включающая генераторы синусоидальных линейно изменяющихся и импульсных сигналов, преобразователь код - аналог многоканальный (ПКАМ), программируемый источник напряжений постоянного тока (ПИНПТ), источник мощных сигналов постоянного тока (ИМСПТ), нормализаторы (HI, Н2), устройства контроля стимулирующих сигналов (УКСС);

• подсистема коммутации стимулирующих и контролируемых сигналов (ПКСКС), включающая коммутаторы постоянного напряжения (КПН), коммутаторы аналоговых сигналов (КАС-1), коммутаторы переменных и дискретных сигналов (КПДС);

• подсистема измерения контролируемых сигналов (ПИКС), включающая нормализаторы (НЗ, Н4), аналогово-цифровой преобразователь многоканальный (АЦПМ), цифровой управляемый измерительный прибор (ЦУИП), измерители-преобразователи нетиповых сигналов (ИПНТС);

• пульт оператора, включающий устройство управления генераторами стимулов (УУГС), устройство ввода-вывода информации (УВВИ), устройство отображения результатов контроля (УОРК) и устройство регистрации результатов контроля (УРРК).

Рис. 15.8. Схема АРМ контроля электронных блоков

ИМСПТ – источник мощных сигналов переменного тока, ПИНПТ – программируемый источник сигналов переменного тока, УКСС1 – устройство контроля стимулирующих сигналов, КПДС – коммутатор переменных и дискретных сигналов, КПН – коммутатор постоянного напряжения, ПКАМ – преобразователь код – аналог многоканальный, КАС – коммутатор аналоговых сигналов, ИПНТС – измерители – преобразователи нетиповых сигналов

Изложенные принцип и схема технической реализации АРМ контроля электронных блоков были выполнены в виде экспериментального образца, на базе которого разработано техническое задание на изготовление в промышленности систем контроля авиационного оборудования. Система функционирует в соответствии с разработанными алгоритмами и программным обеспечением.

Ввод программ может быть осуществлен как с УВВИ пульта оператора, так и из ЭВМ, вызывающей программу по запросу с АРМ из ПЗУ. Текущие программы контроля хранятся в оперативном запоминающем устройстве ЭВМ. В программное обеспечение АСК АО входит как тестовый, гак и непрерывный самоконтроль системы в процессе проверки оборудования.

При завершении контроля блока на регистрацию выводится следующая информация: дата проверки и ф.и.о. проверяющего; бортовой номер самолета, с которого снят блок; наименование и заводской номер блока; налет (наработка) блока к моменту проверки; количество произведенных ремонтов; причина проверки; номер контролируемого параметра; отклонение величины измеряемого параметра от номинала, выраженное двухзначным числом в процентах от допускаемого отклонения; знак отклонения параметра от номинального значения; оценка годности параметра в виде цифрового и буквенного признака; результирующая оценка годности блока.

Применение АСК АО позволяет ускорить процесс контроля блоков в среднем в 8-10 раз по отношению к существующей КПА; существенно увеличить точность измерений; исключить субъективные ошибки оператора; осуществить сбор, обработку и хранение статистических данных в виде, удобном для дальнейшего использования; снизить затраты на техническую эксплуатацию.

Целесообразность внедрения разрабатываемых средств контроля определяется их экономической эффективностью в процессе эксплуатации. Экономический эффект при переходе от "ручных" средств контроля блоков к автоматизированным получается в результате повышения производительности средства контроля; сокращения установленного количества ЗИПа; повышения достоверности результатов контроля; сокращения выработки технического ресурса блоков при контроле; уменьшения производственных площадей.