CC BY
42
Девятый разряд не подключен, однако, при необ- образцовой частоты составляет 30 МГц, нижнее
ходимости его можно использовать для вывода ка- 1МГц. кой-либо служебной информации. Вывод
Для повышения стабильности измерений, исполь- Достоинства PIC контроллера - главная особен-
зуется внешний задающий генератор, который вы- ность разработанного частотомера на микро-
полнен на элементах DD1.1-DD1.3, питаемых от от- контроллере простота и экономичность, а также
дельного стабилизатора DA1. Программный способ малые габариты, большие функциональные возмож-
отсчета времени измерения позволяет применять ности, низкое энергопотребление, возможность из-
кварцевые резонаторы на любую частоту. Следует менять функции прибора путем перепрограммирова-
лишь изменить программные циклы, а это весьма ния контроллера. просто, так как все инструкции в микроконтроллере выполняются за два такта. Верхнее значение
ЛИТЕРАТУРА
1. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Техническое обслуживание и ремонт радиоэлектронной техники» Петрунин В.В. 2004г.
2. Методическое пособие «Проектирование и расчёт транзисторных схем» Петрунин В.В. 2006г.
3. Справочник «Зарубежные транзисторы и диоды», «Наука и техника», 1999г.
4. Справочное пособие «Отечественные полупроводниковые приборы», «СОЛОН-Р», Москва 1999г.ия
5. Артемов И.И. Прогнозирование надёжности и длительности приработки технологического оборудования по функции параметра потока отказов / И.И. Артемов, А.С. Симонов, Н.Е. Денисова // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 3-7.
6. Н. А. Баранов, Н. А. Северцев Основы теории безопасности динамических систем. Российская акад. наук, Вычислительный центр им. А. А. Дородницына. Москва, 2008.
7. Кочегаров И.И. Методика подготовки данных для моделирования с применением стандарта STEP / И.И. Кочегаров, В.Б. Алмаметов // В сборнике: Университетское образование (МКУО-2015) XIX Международная научно-методическая конференция, посвященная 70-летию Победы в Великой Отечественной Войне. Под редакцией А. Д. Гулякова, Р. М. Печерской. 2015. С. 128-129.
УДК 681.5
Ключников А.В., Кузьминых Н.А., Уфимцева Е.О., Туляков В.О,
ФГУП «Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики» имени академика Е.И.Забабахина, Снежинск, Россия
ПРИМЕНЕНИЕ РАДИАЦИОННО-СТОЙКОЙ ПЛИС В БОРТОВОЙ АППАРАТУРЕ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
В работе рассмотрен пример практического применения отечественныхрадиационно-стойких программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) в аппаратуре с повышенными требованиями к надёжности и стойкости к специальным воздействующим факторам. Рассмотрена архитектура реализованного в ПЛИС контроллера магистрального интерфейса, обеспечивающего информационный обмен устройства по ГОСТ 52070-2003. Ключевые слова:
радиационная стойкость, ПЛИС, контроллер магистрального интерфейса, устройство сопряжения.
К аппаратуре, используемой в системах управления (СУ) беспилотными летательными аппаратами (БПЛА), применяемыми в условиях воздействия ионизирующего излучения, например, при обследовании аварийных промышленных объектов, предъявляются требования не только по надежности, но и по стойкости к специальным воздействующим факторам. Наряду с этими требованиями, необходимо, чтобы разрабатываемый прибор имел возможность взаимодействовать с другими приборами СУ посредством высоконадежных интерфейсных линий связи. Одной из таких линий связи является магистральный последовательный интерфейс [1], который в настоящее время достаточно широко используется в авиационной отрасли.
С учетом предъявляемых требований, для практической реализации приборов СУ в настоящее время применяются специализированные микроконтроллеры, такие как 1880ВЕ81, 1986ВЕ1Т и.д.р. Применение данных микроконтроллеров обусловлено наличием в них аппаратной реализации блока контроллера магистрального интерфейса.
Ситуация начала меняться с появлением на отечественном рынке радиационно-стойких программируемых интегральных схем (ПЛИС), которые для решения задач, связанных с обработкой потоков данных, имеют более широкие возможности, чем микроконтроллеры. В частности, в один момент времени (по фронту или спаду сигнала тактового генератора) ПЛИС параллельно выполняет множество сложных процессов или вычислений, что позволяет создавать надежные и быстродействующие цифровые устройства. Однако основной трудностью для применения ПЛИС в приборах СУ БПЛА является отсутствие аппаратной поддержки интерфейсов взаимодействия, в том числе и магистрального интерфейса.
На рынке имеются так называемые программные 1Р-модули магистрального интерфейса на различных языках описания аппаратуры интегральных схем. Но
реализация проекта с таким 1Р-модулем занимает значительный объем внутреннего пространства программируемой матрицы ПЛИС, что в свою очередь снижает ее функциональные возможности для решения основной задачи.
Следует отметить, что на практике при взаимодействии приборов в режиме КШ (контроллер шины) - ОУ (оконечное устройство) используются далеко не все форматы взаимодействия, предусмотренные ГОСТ Р52070 [1]. Основными форматами взаимодействия являются «Формат 1» и «Формат 2» в соответствии с рисунком 1. Использование этих форматов в ряде случаев достаточно для организации взаимодействия приборов по магистральному интерфейсу.
Формат 1
Формат 2
КС СД1 CAN t1 ОС t2 КС
t1 ОС СД1 CAN t2 КС
| - КШ (контроллер шины) I - ОУ (оконечное устройство)
КС - командное слово ОС - ответное слово СД - слово данных Рисунок 1 - Форматы взаимодействия по ГОСТ Р
52070
Исходя из этого, на конкретном примере прибора предлагается проект «усеченного» контроллера магистрального интерфейса, реализованного в ПЛИС 557 6ХС1Т.
Для создания СУ БПЛА, ставится задача сформировать сигналы управления аналоговым рулевым приводом (РП), являющимся основным исполнительным механизмом объекта управления. Рассмотренное в данной работе устройство сопряжения (УС) осуществляет формирование аналоговых сигналов
управления РП в соответствии с принятыми по магистральному интерфейсу цифровыми кодами уставок от управляющей электронно-вычислительной машины (ЭВМ). В общем виде структура управляющего звена представлена на рисунке 2.
МИ
МИ иупр РП
ЭВМ
Блок Блок ЦАП ирп2
ирпз
контроллера
ирп4
-
Блок питания
МИ - магистральный интерфейс иупр - управляющие сигналы
Рисунок 2 - Структура управляющего звена СУ
В соответствии с рисунком 3 - УС состоит из трёх функциональных блоков:
- блок питания формирует стабилизированные напряжения ±15 В и +5 В, а также ограничивает напряжение и ток во входной цепи;
- блок цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) осуществляет формирование четырёх аналоговых сигналов управления рулевым приводом ирп1 ... ирп4 в соответствии с кодами цифровых данных, полученных по параллельной шине данных от блока контроллера;
- блок контроллера обеспечивает взаимодействие УС с управляющей ЭВМ по магистральному интерфейсу, согласно ГОСТ Р 52070-2003 [1] выполняет загрузку полученных данных в блок ЦАП и осуществляет передачу ответной информации обратно в управляющую ЭВМ.
ирп - управляющие сигналы
Рисунок 3 - Структурная схема УС
Физическая среда блока контроллера, реализованного в ПЛИС, представляет собой структуру взаимодействия цифровых логических элементов повышенной сложности, объединенных в блоки, и спроектирована из нескольких программных модулей. Каждый программный модуль разработан на языке описания аппаратуры интегральных схем УИБЬ и выполняет строго определённые функции по обработке цифровых сигналов.
На стадии разработки все программные модули подвергались программному моделированию и тестировались в различных режимах работы, в том числе учитывались возможные ошибочные режимы. С целью увеличения надежности алгоритма обработки манчестерского кода, в проекте было применено два модуля декодирования - для командных слов и слов данных соответственно [2]. Функциональная схема блока контроллера представлена на рисунке 4.
ППУ- приёмо-передающее устройство
Рисунок 4 - Структурная схема блока контроллера
Декодер командных слов выполняет преобразование командного слова из манчестерского кода в 16 битное двоичное слово, а также контролирует возможные ошибки, такие как:
- ошибка бита нечетности;
- ошибка длины формата слова;
- ошибка формата синхроимпульса.
Декодер слов данных выполняет те же функции, что и декодер командного слова, только для слов данных. На рисунке 5 представлена диаграмма формата слов, поступающих на оба декодера.
Входной модуль управления обрабатывает полученные от декодера командные слова, и в соответствии с принятой командой устанавливает управляющие сигналы (флаги) для других модулей, а также контролирует ошибку количества принятых слов данных.
Модуль задержки формирует паузу 7 мкс, после чего формирует сигнал управления для передачи ответного сообщения.
Выходной модуль управления осуществляет формирование ответного сообщения и выдаёт для кодера необходимые слова ответного сообщения в параллельную шину данных.
Кодер преобразует полученные от выходного модуля управления данные в манчестерский код с учетом всех предусмотренных протоколом параметров синхросигналов и битов нечетности.
Модуль контроллера обрабатывает принятые от декодера данные, вычисляет их контрольную сумму и сравнивает ее с последним принятым словом данных. В случае совпадения контрольной суммы модуль контроллера формирует на шине данных коды уставок для блока ЦАП и загружает в буфер слова ответного сообщения. В противном случае модуль контроллера формирует сообщение об ошибке.
Контроллер сброса генерирует сигнал системного сброса при включении питания, а затем -через каждые 100 мкс (при отсутствии обмена в линии связи).
Макет блока контроллера с применением ПЛИС был протестирован в составе макета устройства сопряжения и подтвердил работоспособность в соответствии с требованиями, предъявляемыми к УС. Согласно протоколу информационного обмена, блок контроллера обеспечивает взаимодействие УС с управляющей ЭВМ в режиме оконечного устройства в форматах 1 и 2 по ГОСТ Р 52070-2003 [1]. В соответствии с ГОСТ Р 51765-2001 [3], УС обеспечивает способность обнаруживать следующие ошибки:
- ошибки нечетности;
- ошибки длины формата слова;
- ошибки длины формата сообщения;
- ошибка формата синхроимпульса.
Рисунок 5 - Формат слов, предусмотренный протоколом по ГОСТ Р52070
Блок контроллера безошибочно выполняет обработку сообщений, даже при минимальном по ГОСТ Р 51765-2001 [3] интервале времени, между следующими друг за другом сообщениями, чем обеспечивает надёжное управление РП в режиме реального времени.
Контроллер магистрального интерфейса при незначительном изменении программного проекта может быть легко адаптирован под требуемые форматы
сообщений и выполнять как функцию оконечного устройства, так и функцию контроллера шины, что, в свою очередь, позволит применять ПЛИС в других приборах БПЛА, применяемых в условиях воздействия ионизирующего излучения, с использованием магистрального интерфейса. При этом ПЛИС в полной мере соответствует всем предъявляемым требованиям по надежности и стойкости к специальным воздействующим факторам.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ Р 52070-2003 Интерфейс магистральный последовательный системы электронных модулей. Общие требования. - Москва. 2003. 28 с.
2. С.Т. Хвощ Организация последовательных мультиплексных каналов. - Л:. Машиностроение, 1989.
270 с.
3. ГОСТ Р 51765-2001 Интерфейс магистральный последовательный системы электронных модулей. Тестирование опытных образцов интерфейсного модуля в режиме оконечного устройства. - Москва. 2001. 39 с.
УДК 621.974
Перевертов1 В.П., Андрончев1 И.К., Абулкасимов2 М.М.
1ФГБОУ ВПО Самарский государственный университет путей сообщения (СамГУПС), Самара, Россия 2ФГБОУ ВПО Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана
КЛАССИФИКАЦИЯ ОТКАЗОВ ГИБКОГО МОДУЛЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
Рассмотренная классификация отказов ГПМ ОМД представлена объединением классификации 1 рода (инвариантная классификация отказов по отношению элементов гибкого модуля) и классификации 2 рода, ориентированной на конкретное технологическое оборудование — молот, кривошипный пресс, винтовой пресс. Ключевые слова:
система, датчики, контроль, диагностика, управление, технология металлов, КШМ, ГПМ, отказ, надежность.
Надежность любой технической системы связана с недопустимостью отказов в работе и заключается в отсутствии непредвиденных изменений его качества в процессе эксплуатации.
Техническая диагностика - изучает вопросы появления отказов в технических системах, разрабатывает методы их обнаружения и принципы построения диагностических систем.
Объектами исследования технической диагностики могут служить любые технические системы, если они удовлетворяют условиям:
1. Они могут находиться в состояниях: норма, отказ и критическое.
2. В них можно выделить элементы, которые также характеризуются различными состояниями.
Система находится в состоянии ОТКАЗ, если она утрачивает способность к выполнению заданных функций.
Отказ - это событие, когда один из контролируемых физических параметров вышел за пределы допустимых значений.
Система находится в состоянии НОРМА, если её основные параметры находятся в пределах принятой нормы и если она нормально выполняет свои функции.
Переходное состояние от НОРМЫ к ОТКАЗУ называется КРИТИЧЕСКИМ.
В технической диагностике выделяют 3 аспекта:
1. Изучение конкретных объектов диагностирования - (КШМ и ГПМ на их основе; подвижной состав
(локомотивы, вагоны); наземные транспортные технологические системы и т.д.).
2. Построение и изучение математических моделей объектов диагностирования.
3. Исследование диагностических систем.
В условиях ГПС к основным целям технической диагностики относят:
поддержание заданных условий выполнения технологического процесса и технологического оборудования;
предупреждение поломок и своевременная остановка технологического оборудования в аварийных ситуациях;
- прогнозирование постепенно развивающихся дефектов (отказов) с целью уточнения сроков ремонта;
проверка качества ремонта оборудования;
исключение возможностей вредного влияния технологических сред (шум, вибрации).
Для обеспечения надежной работы технологического оборудования диагностика неисправностей (отказов) осуществляется на всех этапах его срока службы:
на стадии проектирования;
на стадии установки и монтажа;
- на стадии эксплуатации;
- на стадии ремонтных работ.
Наиболее важным в железнодорожной отрасли является выполнение диагностических работ на стадии эксплуатации и ремонта подвижного состава
