Функциональные схемы: 2.2. Функциональные схемы автоматизации технологических процессов

ФСА — Функциональная схема автоматизации

Функциональные схемы автоматизации (P&ID Diagram или ФСА), представляют собой основной технический документ, определяющий функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса и оснащение объекта управления приборами и средствами автоматизации.

При разработке функциональных схем автоматизации технологического процесса реализуется ряд задач, таких, как: получение первичной информации о состоянии технологического процесса и оборудования; непосредственное воздействие на технологический процесс для управления им; стабилизация технологических параметров процесса; контроль и регистрация технологических параметров процессов и состояние технологического оборудования.

Указанные задачи решаются на основании анализа условий работы технологического оборудования, выявления законов и критериев управления объектом, а также требований, предъявляемых к точности стабилизации, контроля и регистрации технологических параметров, к качеству регулирования и надежности.

Функциональные задачи автоматизации, как правило, реализуются с помощью технических средств, включающих в себя:

– отборные устройства;

– средства получения первичной информации;

– средства преобразования и переработки информации;

– средства представления и выдачи информации обслуживающему персоналу и т.д.

Результатом составления функциональных схем автоматизации является:

– выбор метода измерения технологических параметров;

– выбор основных технических средств автоматизации, наиболее полно отвечающих предъявленным требованиям и условиям работы автоматизируемого объекта;

– определение приводов исполнительных механизмов регулирующих и запорных органов технологического оборудования, управляемого автоматически или дистанционно;

– размещение средств автоматизации на щитах и пультах, на технологическом оборудовании или по месту;

– определение способов предоставления информации о состоянии технологического процесса и оборудования.

#Функциональная, #схема, #автоматизации,#технологический,#процесс

English version

Схемы электрические функциональные | Лаборатория Электронных Средств Обучения (ЛЭСО) СибГУТИ

6.4.1 Схема электрическая функциональная (код Э2) – схема разъясняющая определенные процессы, протекающие в отдельных функциональных цепях изделия или в изделии в целом. Данными схемами пользуются для изучения принципов работы изделий, а также при их наладке, контроле и ремонте.

6.4.2 Графическое построение схемы должно давать наиболее наглядное представление о последовательности процессов, иллюстрируемых схемой.

На схеме изображают функциональные части изделия (элементы, устройства, функциональные группы) и связи между ними в виде УГО, установленных в соответствующих стандартах ЕСКД. Отдельные функциональные части допускается изображать в виде прямоугольников с размерами, приведенными в 6.3.2.

Пример схемы электрической функциональной – в соответствии с рисунком 6. 15.

Рисунок 6.15 – Схема электрическая функциональная приемника прямого усиления

6.4.3 На схеме должны быть указаны:
— для каждой функциональной группы – обозначение, присвоенное ей на принципиальной схеме, и (или) ее наименование. Если функциональная группа изображена в виде УГО, то ее наименование не указывают;
— для каждого устройства, изображенного в виде прямоугольника, – позиционное обозначение, присвоенное ему на принципиальной схеме, его наименование и тип и (или) обозначение документа, на основании которого это устройство применено;

— для каждого устройства, изображенного в виде УГО, – позиционное обозначение, присвоенное ему на принципиальной схеме, и (или) его тип;
— для каждого элемента – позиционное обозначение, присвоенное ему на принципиальной схеме, и (или) его тип. Наименования, обозначения и типы рекомендуется вписывать в прямоугольники. Сокращенные или условные наименования, если таковые имеются на схеме, должны быть пояснены на поле схемы.

6.4.4 На схеме рекомендуется:
— указывать характеристики функциональных частей рядом с графическим обозначением или на свободном поле схемы;
— помещать поясняющие надписи, диаграммы или таблицы, определяющие последовательность процессов во времени;
— указывать параметры в характерных точках, например величины токов, напряжений, формы импульсов и т.п.

6.4.5 С целью повышения удобства чтения, допускается функциональные цепи на одной схеме выполнять разными по толщине линиями, применяя не более трех размеров.

6.4.6 Элементы и устройства на схеме допускается изображать совмещенным или разнесенным способом, а схему выполнять в многолинейном или однолинейном изображении, по правилам выполнения принципиальных схем.

При разнесенном способе изображения допускается раздельно изображенные части элементов и устройств соединять линией механической связи (штриховая линия).

6.4.7 Для изделия, в состав которого входят элементы разных видов, рекомендуется выпускать несколько схем соответствующих видов одного типа или одну комбинированную схему, содержащую элементы и связи разных видов.

Функциональные схемы автоматизации в предварительном планировании

Вы находитесь здесь:Справка EPLAN > EPLAN Preplanning > Функциональные схемы автоматизации в предварительном планировании > Основы > Функциональные схемы автоматизации в предварительном планировании

Функциональные автоматизации являются частью документации установки. По умолчанию функциональные схемы автоматизации используются для следующих целей:

Представление технологического трубопровода
Представление перечня установок с соответствующим оснащением
Функциональные обзорные чертежи механизмов.

Функциональные схемы автоматизации также часто называются P&ID (англ. Piping and Instrumentation Diagram, технологические схемы трубопроводов и оснащения) или функциональные схемы автоматизации (нем. Rohrleitungs- und Instrumentierungs-Schema). В EPLAN используется понятие «Функциональная схема автоматизации».

Информация на функциональной схеме автоматизации

Информация на функциональной схеме автоматизации состоит из основной и дополнительной. Основная информация:

Функциональное предназначение аппаратов и механизмов, включая приводные двигатели, транспортирующие и установленные
Идентификационный номер аппаратов и механизмов включая приводные двигатели
Основные размеры аппаратов и механизмов
Трубопроводы с обозначениями номинального внутреннего диаметра, ступеней давления, материала и исполнения, например с помощью номера и класса трубопровода или идентификационного номера
Общие данные по аппаратам, трубопроводам и арматуре
Измерительные, регулировочные и управляющие с идентификационным номером
Основные данные приводных двигателей.

Кроме того, может содержать следующую дополнительную информацию:

Название, расход и количество энергии и энергоносителей
Путь и направление протекания энергии и энергоносителей
Вид важных устройств для измерительных, управляющих и регулировочных процессов
Важные материалы аппаратов и механизмов
Высота платформы и относительное вертикальное положение частей установки
Ссылочное обозначение арматуры
Название частей установки.

Тип страницы «Функциональная схема автоматизации»

Функциональные схемы автоматизации создаются на основе типа страниц «Функциональная схема автоматизации». Нулевая точка страниц находится внизу слева. При изменении стандарта эти страницы никогда не поворачиваются.

См. также

Технологические контуры / функции ТК на функциональной схеме автоматизации

Резервуары и выводы резервуара на функциональной схеме автоматизации

Создание функциональной схемы автоматизации

Функциональные схемы автоматизации

Функциональная схема автоматического контроля и управления

предназначена для отображения основных технических решений,

принимаемых при проектировании систем автоматизации технологических

процессов. Объектом управления в системах автоматизации технологических

процессов является совокупность основного и вспомогательного

оборудования вместе с встроенными в него запорными и регулирующими

органами.

Функциональная схема является техническим документом, определяющим

функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического

контроля, управления и регулирования технологического процесса и

оснащения объекта управления приборами и средствами автоматизации. На

функциональной схеме изображаются системы автоматического контроля,

регулирования, дистанционного управления, сигнализации, защиты и

блокировок.

Все элементы систем управления показываются в виде условных
изображений и объединяются в единую систему линиями функциональной
связи. Функциональная схема автоматического контроля и управления
содержит упрощенное изображение технологической схемы

автоматизируемого процесса. Оборудование на схеме показывается в виде условных изображений.

В соответствии с ГОСТ 36-27-77 «Приборы и средства автоматизации. Обозначения условные в схемах автоматизации технологических процессов» устанавливаются обозначения измеряемых величин, функциональные признаки приборов, линии связи, а также способы и методика построения условных графических обозначений приборов и средств автоматизации.

При разработке функциональной схемы автоматизации технологического процесса необходимо решить следующие задачи:

— задачу получения первичной информации о состоянии технологического процесса и оборудования;

— задачу непосредственного воздействия на ТП для управления им и стабилизации технологических параметров процесса;

— задачу контроля и регистрации технологических параметров процессов и состояния технологического оборудования.

При разработке функциональной схемы определяют:

1) целесообразный уровень автоматизации технологического процесса;

2) принципы организации контроля и управления технологическим
процессом;

3) технологическое оборудование, управляемое автоматически,
дистанционно или в обоих режимах по заданию оператора;

4) перечень и значения контролируемых и регулируемых параметров;

5) методы контроля, законы регулирования и управления;

6) объем автоматических защит и блокировок автономных схем управления технологическими агрегатами;

7) комплект технических средств автоматизации, вид энергии для передачи информации;

8) места размещения аппаратуры на технологическом оборудовании, на щитах и пультах управления.

Схема автоматизации должна быть составлена таким образом, чтобы из нее легко можно было определить:

1) параметры технологического процесса, которые подлежат автоматическому контролю и регулированию;

2) наличие защиты и аварийной сигнализации;

3) принятую блокировку механизмов;

4) организацию пунктов контроля и управления;

5) функциональную структуру каждого узла контроля, сигнализации, автоматического регулирования и управления;

6) технические средства, с помощью которых реализуется тот или иной функциональный узел контроля, сигнализации, автоматического регулирования и управления.

В соответствии с рекомендациями ГОСТ 2.702-75 «Правила выполнения электрических схем» графическое построение схемы должно давать наглядное представление о последовательности взаимодействия функциональных частей в системе. На функциональной схеме должны изображаться функциональные части изделия (элементы, устройства и функциональные группы), участвующие в процессе, иллюстрируемой схемой, и связи между этими частями.

Общепринятым являются два варианта представления функциональной схемы:

по ГОСТ 21.404-85 «Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах» и ГОСТ 21.408-93 «Система проектной документации для строительства. Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов»;

по Стандарту американского общества приборостроителей ANSI/ISA S5.1. «Instrumetation Symbols and Identification».

Примером применения ГОСТ является схема КИПиА, приведенная в приложении ГОСТа 21.408-93 (рис. 6). На этой схеме показаны:

— канал преобразования информации чувствительного элемента 7а в унифицированный сигнал 7б;

— канал преобразования управляющего сигнала 7в в управляющее воздействие на исполнительный орган (клапан) 7и с возможностью управления им с панели дистанционного управления 7е, индикацией положения ключа и использованием ручного ключа управления 7г;

— канал сигнализации 7д со световыми сигналами HL1/2.

В шкафу блоков (например, в шкафу релейной автоматики) осуществляется преобразование сигнала измерения для дистанционной передачи. На операторском щите осуществляется наблюдение и ручное (контроллерное) управление. Контур управления замыкается исполнительным устройством.

На экранах диспетчерского уровня осуществляется мониторинг, управление и конфигурирование АС (нижняя часть схемы).

Важно для сигналов на схеме указать размерность и пределы измерений физических параметров: мм, ^оС, МПа, м³/час и др.

Рис. 6 Пример функциональной схемы автоматизации по ГОСТ

Функциональные части и связи между ними на схеме изображаются в виде условных графических обозначений, установленных в стандартах Единой Системы Конструкторской Документации. Особую роль при этом занимает семантика абревиатуры КИПиА. Рекомендуемым способом построения системы наименования КИПиА, установленным в ГОСТ, является формирование многобуквенного имени, на первой позиции которого может стоять любая из 20 букв латинского алфавита, на второй — любая из 5 букв, на третьей — любая из 7 и т.д. (например, LIR, где L- уровень; I- показания; R-регистрация).

Примером применения ANSI стандарта является схема КИПиА приведенная на рис. 7.

На этом рисунке можно выделить 4 уровня АС: нижний уровень- это двигатель насоса, уровень щитовых приборов — YSLH и YS, уровень логики блокировок и управления и верхний уровень- сигнализация состояния исполнительных и командных элементов системы автоматизации.

Блок защиты и управления электродвигателем ESD обеспечивает:

— мягкий пуск двигателя;

— реверс двигателя;

— торможение с заданным током в течение заданного времени;

— ограничение токов при пуске, движении и торможении;

— управление по дискретным сигналам, по последовательному интерфейсу, с местного поста управления;

— отключение нагрузки при коротком замыкании;

— отключение по таймеру;

— проверка наличия фаз электродвигателя через заданные промежутки времени и выдача предупреждений в остановленном состоянии;

— определение изменения чередования фаз при включении блока и выдача предупреждений;

— определение провала одной из фаз сети ниже установленного уровня и выдача предупреждения;

— регулирование угла открытия тиристоров с помощью сигнала аналогового входа.

Состояние насоса показывается щитовым прибором YSLH. По этому сигналу формируется логика блокировок YSL, которая отражается затем предупредительной сигнализацией останова YAL и сигнализацией работа YLH.

По состоянию щитового ключа YS формируется логика релейного управления двигателем, которая отражается сигнализацией YL.

По состоянию ключа YS включается дистанционно формирователь напряжения ESD, что подтверждается индикацией «Блокировка сработала» LA. Связь с первичным и вторичными приборами показывается прерывистой линий.

В системах технологического контроля и управления часто используются комбинированные и комплексные устройства, такие как

Рис.8 Пример щитовой части разнесенного варианта функциональной схемы

комбинированные измерительные и регулирующие приборы,

микропроцессоры, компьютеры, полукомплекты телемеханики и т.п. Такие устройства обозначают прямоугольником произвольных размеров с указанием внутри прямоугольника (рис.8) типа устройства (U- несколько разнородных измеряемых величин; Y- преобразования и вычислительные функции; I- показания; R- регистрация; C- управление; S- включение, отключение, переключение, блокировка; A- сигнализация).

Всем КИПиА, изображенным на функциональной схеме автоматизации, присваиваются позиционные обозначения, состоящие из двух частей: арабских цифр – номера функциональной группы и строчных букв русского алфавита – номера КИПиА в данной функциональной группе (например, 5а, 3б и т.п.).

Буквенные обозначения присваивают каждому элементу функциональной группы в порядке алфавита в зависимости от последовательности прохождения сигнала – от устройств получения информации к устройствам воздействия на управляемый процесс (например, первичный измерительный прибор, вторичный преобразователь, задатчик, регулятор, указатель положения, исполнительный механизм, регулирующий орган).

Допускается вместо букв русского алфавита использовать арабские цифры (например, 5-1, 3-2 и т.д.).

Позиционные обозначения отдельных приборов и средств автоматизации, таких как регулятор прямого действия, манометр, термометр, и т.п., состоят только из порядковых номеров.

При определении границ каждой функциональной группы необходимо учитывать следующее обстоятельство: если какой-либо прибор или регулятор связан с несколькими датчиками или получает дополнительные воздействия по другим параметрам (например, корректирующий сигнал), то все элементы схемы, осуществляющие дополнительные функции, относятся к той функциональной группе, на которую оказывается воздействие. В частности, регулятор соотношения входит в состав той функциональной группы, на которую оказывается ведущее воздействие по независимому параметру.

В системах централизованного контроля с применением вычислительной техники, в системах телеизмерения, а также в сложных схемах автоматического управления с общими для разных функциональных групп устройствами все общие элементы выносятся в самостоятельные функциональные группы.

Позиционные обозначения проставляют, как правило, в нижней части окружности, обозначающей прибор, или рядом с ней с правой стороны, или над ней.

Раздел 5. Функциональные схемы — Основы цифровой схемотехники

Основные логические элементы функциональных схемЛогические элементы — устройства, предназначенные для обработки информации в цифровой форме.

Элемент «И» (AND) или «конъюнктор»

Элемент «ИЛИ» (OR) или «дизъюнктор»

Элемент «НЕ» (NOT) или «инвертор»

Элемент «И-НЕ» (NAND)

Элемент «ИЛИ-НЕ» (NOR)

Для того, чтобы понять как работают данные логические элементы, нужно нарисовать таблицу, в которой будут перечислены состояния на выходе при любой комбинации входных сигналов.

Такая таблица называется «таблица истинности». Таблицы истинности широко применяются в цифровой технике для описания работы логических схем.

Сумматор и триггер

Арифметико-логическое устройство процессора (АЛУ) обязательно содержит в своем составе такие элементы как сумматоры. Эти схемы позволяют складывать двоичные числа.

Как происходит сложение? Допустим, требуется сложить двоичные числа 1001 и 0011. Сначала складываем младшие разряды (последние цифры): 1+1=10. Т.е. в младшем разряде будет 0, а единица – это перенос в старший разряд. Далее: 0 + 1 + 1(от переноса) = 10, т.е. в данном разряде снова запишется 0, а единица уйдет в старший разряд. На третьем шаге: 0 + 0 + 1(от переноса) = 1. В итоге сумма равна 1100.

Полусумматор

Теперь не будем обращать внимание на перенос из предыдущего разряда и рассмотрим только, как формируется сумма текущего разряда. Если были даны две единицы или два нуля, то сумма текущего разряда равна 0. Если одно из двух слагаемых равно единице, то сумма равна единице.

Получить такие результаты можно при использовании вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕГО ИЛИ.

Перенос единицы в следующий разряд происходит, если два слагаемых равны единице. И это реализуемо вентилем И.

Тогда сложение в пределах одного разряда (без учета возможной пришедшей единицы из младшего разряда) можно реализовать изображенной ниже схемой, которая называется полусумматором. У полусумматора два входа (для слагаемых) и два выхода (для суммы и переноса). На схеме изображен полусумматор, состоящий из вентилей ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и И.

Сумматор

В отличие от полусумматора сумматор учитывает перенос из предыдущего разряда, поэтому имеет не два, а три входа.

Чтобы учесть перенос приходится схему усложнять. По-сути она получается, состоящей из двух полусумматоров.

Рассмотрим один из случаев. Требуется сложить 0 и 1, а также 1 из переноса. Сначала определяем сумму текущего разряда. Судя по левой схеме ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, куда входят a и b, на выходе получаем единицу. В следующее ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ уже входят две единицы. Следовательно, сумма будет равна 0.

Теперь смотрим, что происходит с переносом. В один вентиль И входят 0 и 1 (a и b). Получаем 0. Во второй вентиль (правее) заходят две единицы, что дает 1. Проход через вентиль ИЛИ нуля от первого И и единицы от второго И дает нам 1.

Проверим работу схемы простым сложением 0 + 1 + 1 = 10. Т.е. 0 остается в текущем разряде, и единица переходит в старший. Следовательно, логическая схема работает верно.

Работу данной схемы при всех возможных входных значениях можно описать следующей таблицей истинности.

Примеры заданий на анализ и синтез функциональных схем

Для построения функциональных схем необходимо знать как обозначаются логические операции.

Анализом называется построение формулы алгебры логики (если необходимо — ее таблицы истинности) по заданной функциональной схеме.

Пример.

Записать формулу по данной функциональной схеме.

Внимательно смотрим на схему и смотрим сколько всего входных параметров, в данном случае их 2 — это X и Y, идем далее по схеме, X получает обратное значение НЕ(X), далее НЕ(Х) и Y образуют дизъюнкцию, формулу записываем следующим образом:

Синтезом функциональной схемы по заданной формуле называют построение структуры функциональной схемы, соответствующей заданной формуле алгебры логики.

Пример.

Построить функциональную схему по данной формуле.

Смотрим на формулу и выясняем сколько элементов содержится в формуле, в данном случае их также 2 — это X и Y, рисуем две точки на небольшом расстоянии друг от друга, одну подписываем X, другую — Y. Далее смотрим и замечаем, что нам нужно получить отрицание Y, соответственно от точки Y ведем небольшой отрезок и рисуем отрицание, т.е. прямоугольник с кружочком на выходе, X у нас без отрицания, поэтому просто строим после отрицания Y конъюкцию, т.е. прямоугольник с амперсандом внутри, и подводим к конъюкции отрезок из точки X.

Список источников

Основные виды функциональных схем

НАЛАДКА ПРИБОРОВ И СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

Функциональные схемы проектов автоматизации представляют собой символическое изображение аппаратов и агрегатов технологического процесса и трубопроводов, соединяющих их. На них устанавливаются связи между технологическим оборудованием и элементами систем автоматизации. Функциональные схемы несложных процессов выполняют на одном листе, сложные установки разбивают на отдельные узлы, для которых выполняют схемы на отдельных листах.

Изображение функциональной схемы на чертеже может быть развернутым, упрощенным или комбинированным.

При развернутом изображении каждое устройство, входящее в комплект системы, показывают отдельным графическим изображе-

Рис. 129. Развернутое (а) и упрощенное (б) изображение АСР на схеме (/ = варочный котел)

нием. Рассмотрим функциональную схему АСР температуры котла сульфитной варки целлюлозы, структурная схема которой представлена на рис. 65. При развернутом изображении (рис. 129, а) на схеме изображены измерительные преобразователи температуры и расхода, два регулятора, задающие устройства и сигнальные лампы.

Типовые повторяющиеся системы обычно показывают укрупненными узлами в упрощенном изображении (рис. 129, б). В этом случае схема говорит о том, что для регулирования температуры в котле применена каскадная АСР, состоящая из стабилизирующего регулятора расхода и корректирующего — температуры. Так же ясно, что для автоматизации применена пневматическая аппаратура.

Комбинированное изображение применяют, когда наряду с простыми системами проектом предусмотрены сложные разветвленные.

В этом случае основную массу систем изображают упрощенно, а наиболее сложные узлы — развернуто.

Как правило, на функциональной схеме помещения преобразовав телей, щиты операторов, диспетчера и т. п. изображают в виде прямоугольников, расположенных в нижней части чертежа (рис. 130). Комплекту аппаратуры, образующему локальную систему, присваивают порядковый номер, а каждому элементу системы — буквенный индекс (например, а, б, в). Полное обозначение элемента при таком

Рис. 130. Функциональная схема автоматизации (а) и пример ее выполнение с разрывом линии связи (б):

/ — нагнетатель, 2 — абсорбер, 3 — насос

способе имеет вид 76, 5а и т. п. Иногда перед обозначением ставят букву п, например п. 76. На соединительных линиях между отборными устройствами и преобразователями указывают значение измеряемой или регулируемой величины при нормальном технологическом режиме

Рассмотрим выполнение функциональной схемы автоматизации узла адсорбции (рис. 130, а) В адсорбер нагнетателем г. о трубопроводу газа 20 подают газовую смссь, которая, пробулькивая (барбо — тируя) через жидкость, поступает в головку аппарата. Навстречу газовому потоку по трубопроводу / подают холодную воду, которая поглощает растворимые компоненты газовой смеси. Инертные газы по трубопроводу 6 направляются на переработку, а жидкая фаза по мере накопления удаляется на склад жидких продуктов. Как видно из рисунка, проектом предусмотрено измерение расходов газа, воды и продукта (позиции 2, 6 и 7) и контроль давления ьоды после нагнетателя и в линии инертных газов (позиции / и 5). Для измерения тем — пературы в зоне поглощения применены многозонный термопреобраьо- натель и измерительный комплект (позиция 3). Для регулирования постоянства уровня применена АСР уровня (позиция 4)

Как видно из схемы, измерительные преобразователи, преобразующие значения физических величин в унифицированный электрический сигнал, расположены возле мест отборов, вторичные приборы регуляторы и сигнальные устройства — на щите оператора Такой способ изображения применяют для составления схем простых техно — логических процессов.

При сложных и связанных системах автоматизации такие схемы трудно читать из-за большого числа скрещивающихся линий и трудно оценить объем работ по видам систем (например, определить общее число систем расхода, давления и т. п.). Поэтому применяют изображения, где линии связи разорваны и пронумерованы (рис. 130, б). В этом случае приборы и регуляторы можно сгруппировать по назначению, как это сделано на рисунке, и сделать чертеж более читаемым.

Для очень сложных технологических процессов применяют следующий способ изображения функциональных схем. Щиты, пульты и помещения преобразователей на чертеже не показывают, а системы автоматизации изображают в упрощенном виде рядом с технологическим аппаратом. Условные изображения приборов или регуляторов помещают в разрезе линий, соединяющих отборное устройство и исполнительный механизм (см. рис. 129,6). При известной простоте такой способ изображения имеет ряд недостатков, так как на чертеже отсутствует информация о полном элементном составе системы и его расположении в помещениях. В этом случае первичные и исполнительные устройства нумеруют цифрой, соответствующей порядковому номеру прибора и регулятора, и буквенным индексом. Над основным наименованием чертежа обычно располагают таблицу, куда включают нестандартные условные обозначения, принятые при выполнении проекта. Над таблицей располагают поясняющие схему текстовые надписи, диаграммы и т. П.

На принципиальных электрических схемах все аппараты (реле,, пускатели, переключатели) обычно изображают в невключенном положении Если за исходное выбирают другое (например, включенное положение), то это специально оговаривают на чертеже. Средства автоматизации изображают на чертежах с помощью условных графических изображений так, чтобы отдельные элементы цепи бы — л nu 0 ли изображены в последователь

Рис. 131. Принципиальная электрическая схема управления двигателями насоса

ности, отражающей их работу, а сами цепи располагались по вертикали друг под другом.

Принципиальная электрическая схема управления (рис. 131). Рассмотрим схему управления двигателем насоса, откачивающего воду из емкости. Все элементы рассматриваемой схемы имеют позиционные условные обозначения, которые строят по смысловому принципу. Устройствам присваивается в обозначении буква, например кнопкам — К, а реле — Р. Вторая и третья буквы определяют функциональное назначение устройства: КП — кнопка пуска, РУВ и РУН — соответственно реле верхнего и нижнего уровней и т. п.

Присвоенное устройству обозначение остается постоянным и для всех его узлов. Так, обозначение магнитного пускателя ПМ присвоено на схеме и его блокировочному контакту. Если таких контактов много, то перед обозначением ставят порядковый номер узла: ПМ, 2/7 УМ. Контакты, которые в отключенном состоянии разомкнуты, называются замыкающими (РУВ, ПМ, КП), а замкнутые — размыкающими (РУН, КТЗ, КС).

Соединительные провода обозначают арабскими цифрами, при этом номера проводов, имеющих общую точку, одинаковы. Так, кнопка КС соединена с КП, РУВ и РУН проводами, обозначенными цифрой

Учитывая изложенное, легко прочитать принципиальную схему.

Магнитный пускатель ПМ может быть возбужден при нажатии кнопки КП (ручное управление) или при возбуждении реле верхнего уровня (на чертеже показан только его замыкающий контакт РУВ). ПМ через размыкающий контакт РУН и собственный ПМ станет на блокировку. Насос начнет откачивать воду. Выключится насос при нажатии кнопки останова КС или при снижении уровня жидкости до нижней границы (возбудится реле РУН). При перегрузке двигателя насоса срабатывает расцепитель тепловой защиты, размыкающий контакт которого КТЗ включен в цепь возбуждения магнитного пускателя, и подача напряжения на катушку ПМ будет прекращена. Электрические схемы регуляторов и блоков, представляющих собой готовые изделия, на чертежах не показывают, однако для пояснения принципа работы устройства допускается изображать их. Электрические провода, соединяющие приборы и устройства между собой, маркируют арабскими цифрами.

Измерительный преобразователь МП дифтрансформаторной системы подключен к клеммам 26,34 -36 измерительного блока проводами /—4, как показано на схеме. Блок РПИ соединен с переключателем управления ПУ, который в положении А соединяет контакты 2 и 4, 6 и 8, 10 и 12, подавая выходной сигнал регулятора на клеммы 7—9 магнитного усилителя МУ. Сигнал с выхода МУ подается на управление реверсивным двигателем М исполнительного механизма МЭК. Преобразователь положения ДП подает сигнал, пропорциональный перемещению МЭК, на мостовую схему, собранную на элементах R1 и R5 и Д1 Д4. Положение исполнительного механизма определяют по миллиамперметру тА. Для установки заданного значения регулируемой величины служит задатчик ЗД, подключенный к клеммам 28—30 измерительного блока И—III.

При повороте переключателя ПУ в положение Д замыкаются контакты / и 3, 9 и 11 и на вход МУ поступает напряжение от ключа дистанционного управления КУ. В положении Б напряжение поступает на клемму 7 МУ, а в положении М — на клемму 9. При достижении крайних положений двигатель отключается контактами конечных выключателей КВМ и КВБ.

В коммерческой деятельности электронное оборудование для торговли имеет огромное значение. Необходимость в нем обусловлена требованиями времени и потребностями современного человека в автоматизации объекта торговли.

Производим и продаем стенды для баланскировки коленвалов ДВС легковых и грузовых автомобилей 2,2кВт/220В — 6000грн Контакты для заказов: +38 050 4571330 [email protected] Разрабатываемый стационарный, автоматизированный стенд балансировки коленчатых валов ДВС, …

Принципиальная электриче-| ская схема термокондуктометри — ческого газоанализатора ТКГ представлена на рис. 190. Анализируемая газовая смесь поступает к сопротивлениям плечей моста R1 и R2. Плечи моста! R3 и R4 омываются …

Схемы функциональные — Энциклопедия по машиностроению XXL

Цель комплексной диагностики.

Схемы функциональной связи диагностики двигателей с технологическими участками технического обслуживания и ремонта двигателей на АТП. [c.113]

Комплексная диагностика дизелей. Схемы функциональной связи диагностики дизелей с технологическими участками ТО и ТР. [c.114]

Правила выполнения структурной схемы. На структурной схеме функциональные части изображают в виде прямоугольников или условных графических изображений, линии взаимосвязи — сплошными линиями. На линиях взаимосвязи рекомендуется указывать направление потоков рабочей среды. Наименования, обозначения и технические данные функциональных частей вписывают в прямоугольники. [c.368]

На стадии технического проектирования разрабатывается полный комплект проектной документации, в который входят графические документы (чертежи общего вида й габаритные, сборочные чертежи, спецификации, чертежи отдельных узлов и деталей), электрические схемы (функциональные, принципиальные, монтажные), текстовые документы (технические условия, инструкции, описания, формуляры и паспорта).

[c.14]

Функциональная схема (Э2) — документ, разъясняющий определенные процессы в изделии (установке) в целом или в отдельных его функциональных цепях. Линии электрической связи и УГО имеют одинаковую толщину (s = 0,3. .. 0,4 мм). На этих схемах функциональные части можно изображать в виде УГО и в виде прямоугольников рис. 2.21. [c.50]

Первоначально составляется таблица параметров, причин их отклонений и рекомендаций (табл.1 ). Затем на основании этой таблицы разрабатывается логическая блок-схема функциональных связей параметров (рис. 2). [c.11]

Принципиальная схема функционального преобразователя для кусочно-линейной интерпретации характеристик турбомуфт показана на рис. 11. 14. В ней используется четыре диода. [c.406]

Дальнейшая конкретизация предметно-пространственного окружения интерьера и оборудования операторского пункта происходит уже внутри функциональных зон, образующих между собой оптимальную схему функциональных связей. Зоны, в которых располагается информация на входе , конкретизируются с учетом использования тех или иных органов чувств. [c.15]

Рис. 86. Схема функционального пакета программ

В разделе обеспечение надежности машин при конструировании изучаются режимы работы и спектры нагрузок машин, приводящие к потере исходных характеристик методы расчета изменения машиной и ее элементами начальных параметров в результате изнашивания, усталости и других процессов, а также расчета предельных состояний, сроков службы и показателей надежности. При рассмотрении методов повышения надежности и долговечности машин изучаются конструктивные факторы (в том числе выбор рациональной конструктивной схемы, функциональная взаимозаменяемость, резервирование и т. д.), стандартизация, унификация и агрегатирование узлов с точки зрения надежности, методы расчета машины на надежность в целом, а также методы оптимизации показателей надежности и долговечности и экономического обоснования выбранных вариантов.

[c.283]

В рамках подсистемы Проектирование выполняются, в частности, следующие работы прогнозирование ожидаемого уровня надежности, безопасности и эксплуатационной технологичности нормирование и разработка контрольных уровней по характеристикам надежности отдельных функциональных систем и агрегатов самолета разработка и выбор принципиальных схем функциональных систем самолета с точки зрения надежности и безопасности выбор принципов эксплуатации и методов технического обслуживания анализ возможных функциональных отказов и расчет вероятности их возникновения расчет показателей эксплуатационной технологичности оценка взаимовлияния функциональных отказов систем друг на друга с учетом компоновки, энергетических и информационных связей составление программ для оценки степени опасности функциональных отказов расчетами, моделированием, стендовыми и летными испытаниями. Кроме того, проводятся работы по сертификации, т.е. установлению соответствия самолета требованиям Норм летной годности самолетов . Эти работы проводятся в тесном сотрудничестве с ЦАГИ, ЛИИ, ГОСНИИ ГА, контроль за проведением работ по доказательству соответствия осуществляется Государственным авиационным регистром СССР. [c.43]

Схема функциональной структуры системы должна отражать все функции, выполняемые АСУ ТП. Структурными элементами схемы могут быть отдельные функции или функции, сгруппированные по каким-либо логическим признакам. [c.437]

Рис. 6.76. Схема функциональной группы Система уплотнений

Схемы функциональных блоков приведены на рис. 56, 57, 58. [c.131]
РИС. 9. Общая схема функциональных (ФС) и дифференциальных (ДФС) свойств пине и числа методов их определения.

[c.85]

Вопрос. Как показывать на схеме функциональные группы [c.247]

Конструктивное воплощение схем функциональных групп установочных, зажимных и направляющих элементов. Для решения задач конструктивного воплощения схемы функциональной группы элементов в большинстве случаев используются эвристические методы. Алгоритмы решения этих задач должны включать следующие последовательно реализуемые укрупненные блоки определение числа конструктивных элементов в схеме, типов и типоразмеров элементов, расчетных размеров элементов расчет координат X, Y, Z привязочных точек элементов определение углов пространственной ориентации а, р, у элементов относительно ГСК анализ совместимости положений конструктивных элементов и выработку признака наличия их пересечений корректировку размеров, положения либо формы конструктивных элементов. [c.95]

В этой схеме функциональное разделение подсистем может также сопровождаться их физическим разделением приемник СНС, ИНС и вычислитель конструктивно оформляются в виде законченных раздельных блоков, между которыми организованы соответствующие информационные связи, не требующие, как правило, высоких скоростей передачи данных. Разумеется, все три перечисленных компоненты системы могут быть размещены и в едином модуле, если это желательно по условиям функционирования комплекса. [c.29]

Структурная схема определяет функциональные части устройства и может служить для общего ознакомления с устройством. На структурной схеме функциональные части устройства изображаются в виде прямоугольников, объединенных линиями взаимосвязей. На линиях взаимосвязей стрелками обозначаются направления хода процессов, происходящих в устройстве. [c.368]

Схемы дросселей. В струйном элементе, показанном на рис. 5.1,0, в зависимости от того, какими взяты проходное сечение и длина канала управления /, получаются при неизменном давлении питания различные давления управления pi, при которых достигается заданное давление р-г на выходе. В данном случае функции дросселя выполняет канал струйного элемента. Иногда к каналам управления струйных элементов присоединяются дроссели, выполненные как самостоятельные элементы. Схема подключения дросселя к каналу управления струйного элемента показана на рис. 5.1,6. В некоторых случаях для получения нужных уровней давлений и расходов вводят в схемы функциональных блоков, строящихся иа элементах пневмоники, перепускные дроссели, через которые часть воздуха с выхода струйного элемента отводится в атмосферу. [c.47]

На функциональной электрической схеме функциональные части изображают в виде условных графических обозначений, установленных в стандартах ЕСКД. Отдельные функциональные части допускается изображать в виде прямоугольников. На функциональной электрической схеме указывают [c.361]

На функциональных схемах таблйца перечня элементов и устройств не выполняется, так как пользуются данными с принципиальной электрической схемы (позиционные обозначения элементов также берутся с принципиальной схемы). Если функциональная схема разрабатывается отдельно (без принципиальной схемы), функциональные обозначения нужно устанавливать самостоятельно по общему правилу с указанием номиналов элементов и других данных (как на электрических принципиальных схемах). [c.50]

Описание темологического процесса обработки данных Схема функциональной структуры [c.160]

Для специальных исследований и аттестации вибростендов и виброизмерительной аппаратуры можно использовать бесконтактные интерференционные методы, основанные на счете интерференционных полос, эффекте исчезновения интерференционных полос при амплитуде, пропорциональной корням функции Бесселя нулевого порядка первого рода, с двухчастотным оптическим квантовым генератором, с фотоэлектрическим отсчетом (интерферометры ФОУ-1 ЬаЗООО и др.). Кроме того, разраба тываются методы, основанные на принципах голографии, эффекте Допплера смещения частоты излучения движущегося источника, эффекте Мессбауэра резонансного поглощения гамма-квантов. Схемы, функциональные особенности и метрологические характеристики соответствующих установок подробно рассмотрены в [52]. [c.129]

В системе Качество намечено решение таких задач, как создание информационного фонда для проведения конкурсов на соискание премий Правительства РФ в области качества вбдение информационного фонда по сертификации систем качества в России и за рубежом создание информационной базы по обобщению опыта сертификации систем качества на предприятиях.

Структурная схема функциональных автоматизированных систем ВНИИС представлена на рис. 3.2. [c.77]
Если таблица сигналов выполняется в виде самостоятельного документа, то ей трисваивается код вида документа ТС, к которому добавляется код вида схемы, 5апримерТСЭЗ — таблица сигналов к схеме принципиальной ЭЗ, ТСЭ2 — таблица сигналов к схеме функциональной Э2. Допускается код вида документа указывать без кода ида схемы Э например, ТСЗ, ТС2. Такая таблица имеет наименование вида докумен-а Таблица сигналов . [c.285]

В табл. 1 даны разработанные акад. В. И. Дикушиным принципиальные схемы функциональной и технологической обратимости агрегатных станков самого различного назначения из нормализованных, унифицированных и переходных деталей и узлов. Эти схемы дополнительно иллюстрируют стирание традиционных границ между различными типами металлорежущих станков в результате осуществления их конструктивной преемственности на основе конструктивного синтеза и подтверждают необходимость коренного пересмотра укоренившихся методов классификации машин по типам. [c.28]

Величина подачи выбирается из технологических соображений и настраивается сменными шестернями 3. Установленная величина подачи не влияет на настройку кинематических цепей, осуществляюш,их функциональную связь. В схеме, представленной на рис. 11.169, б, отсутствует дифференциал и сменные шестерни При такой схеме функционально связанные перемещения рабочих органов могут быть получены только в том случае, если передаточное отношение сменных шестерен одной кинематической цепи функционально связано с передаточным отношением шестерен другой кинематической цепи. [c.418]

FMEA Corner: Функциональные блок-схемы

Каждый месяц в FMEA Corner присоединяйтесь к Карлу Карлсону, известному эксперту в области FMEA и фасилитации, поскольку он обращается к другому Тема FMEA (на основе его книги Effective FMEAs ), а также отвечает на ваши вопросы.

Вопросы и ответы — отличный способ узнать о FMEA как для опытные и менее опытные практики FMEA. Пожалуйста, не стесняйтесь задать любой вопрос по любому аспекту FMEA.Присылайте свои вопросы по адресу [email protected], и ваша контактная информация останется анонимной. Все вопросы будут получить ответ, даже если они не представлены в Уголке FMEA.

функция · al [fuhngk-shuh-nl, прилагательное ]
Оксфордский словарь английского языка определяет «функциональный» как «имеющий особую деятельность, цель или задачу; относящийся к способ, которым что-то работает или действует.«

ди · а · грамм [дай-э-грамм, существительное ]
Оксфордский словарь английского языка определяет «диаграмму» как «упрощенный рисунок, показывающий внешний вид, структуру или работу. чего-либо; схематическое изображение ».

Что такое функциональная блок-схема?

В главе 5 эффективных FMEA я рассмотрю четыре диаграммы, которые могут помочь сделать видимыми объем системного или проектного FMEA: Блок-схема FMEA, Диаграмма параметров, функциональная блок-схема и матрица интерфейса FMEA. Каждый из них вносит свой уникальный вклад в приложение FMEA. Не все эти требуются, поэтому важно знать, когда использовать различные инструменты диаграмм. Из книги:

Функциональная блок-схема — это визуальный инструмент для описания работы, взаимосвязей и взаимозависимости функций системы или оборудования. Делая основные функции оборудования видимыми, он позволяет FMEA члены команды должны согласовать принцип работы системы и определить начало и конец работы системы или оборудования.Обычно генерируется до начала официальных встреч команды FMEA и согласовывается командой FMEA. Каждая основная (высокоуровневая) функция помещается в «блок» и визуально разложен в выполняемой последовательности. Входы и выходы добавлены для ясности.

Когда используется функциональная блок-схема?

Не каждый элемент, анализируемый с помощью FMEA, выиграет от функциональной блок-схемы. Лучше всего использовать на уровне системы или подсистемы. в котором есть много функциональных этапов в работе системы, и команда считает, что отображение функций поможет приложению FMEA.

Как выглядит функциональная блок-схема?

Ниже приведен пример функциональной блок-схемы.

Как функциональная блок-схема используется в FMEA?

Функциональные описания в функциональной блок-схеме вводятся в столбец «Функция» в FMEA. Следует позаботиться о включении стандарт производительности как часть описания функции в столбце «Функция» FMEA. (Для получения дополнительной информации о функциях см. Октябрьский FMEA Corner.)

Поддерживает ли Xfmea функциональные блок-схемы?

Xfmea легко прикрепляет любой документ или диаграмму к анализируемому элементу.

Найдите элемент в системной иерархии.

Выберите Иерархия системы> Текущий элемент> Вложения , затем щелкните Добавить .

Выберите тип вложения (например, встроенный файл, ссылка на файл или URL-адрес), затем введите Адрес , Имя и Описание (необязательно).

Значок скрепки появится рядом с элементом в столбце Приложение .

Наконечник FMEA

Всегда начинайте подготовку FMEA с блок-схемы FMEA (которая определяет границы FMEA, интерфейсы между элементами и другую важную информацию. к объему анализа). Также рассмотрите возможность использования функциональной блок-схемы, когда в Операция системы и команда полагают, что отображение функций поможет в приложении FMEA.

Что-то Я всегда хотел знать о FMEA

. Важно не прекращать задавать вопросы. — Альберт Эйнштейн

Считыватель HotWire задал следующие вопросы Карлу Карлсону. Чтобы задать свой вопрос по любому аспекту теории FMEA или заявку, отправьте письмо Карлу по адресу [email protected]. (Все вопросы и ответы останутся анонимными.)

У меня три вопроса, если вы можете помочь.

1.Когда лучше всего провести анализ PFMEA, чтобы у вас еще оставалось время для улучшений?

Carl: Чтобы ответить на этот вопрос, я начну с общих сроков проведения PFMEA. PFMEAs должны быть завершены (хорошего качества) замораживанием производственного процесса дата для данной части. Это означает, что вам необходимо тщательно изучить PFMEA до даты замораживания производства, чтобы оставить время для внесения изменений.

2. Какой будет минимально приемлемый индивидуальный рейтинг для 10 целей качества FMEA (после улучшения)? (Будет ли разумно минимум 3 для каждого?

Карл: Во-первых, чтобы убедиться, что мы на одной странице, обратитесь к мартовскому выпуску 2016 г. Угловая статья FMEA об аудитах качества FMEA.Как указано в статье, аудит FMEA направлен на улучшение процесса FMEA, а не на человека или команду, выполняющую FMEA.

Я отвечу на ваш вопрос, предполагая, что рецензент оценивает каждую цель качества по шкале от 1 до 3, где 1 означает цель не достигнута, а цифра 3 означает, что цель полностью достигнута. Интерпретируя ваш вопрос таким образом, я думаю, вы спрашиваете, единственное приемлемое качество FMEA — это когда каждая цель качества полностью выполняется. Мой ответ таков, что лучший процесс — это оценка текущего FMEA. качество и работа над улучшением процесса FMEA.Задача FMEA — достичь целей в области качества. Большинство компаний не соблюдают эти цели качества сразу же и должны работать в течение долгого времени, чтобы улучшить качество FMEA.

Если вы используете цели качества FMEA для оценки FMEA поставщиков, я бы ответил на это для критических деталей поставщиков, их FMEAs. должны полностью соответствовать целям качества. Это означает, что им, возможно, придется продолжить работу над своим FMEA, пока цели не будут достигнуты.

3. Каким будет минимально приемлемый общий процент для аудита 10 целей качества (после улучшения)?

Carl: Чтобы ответить на этот вопрос, я снова обращаюсь к фокусу на аудиты качества FMEA: улучшение процесса FMEA.Каждый аудит должен отмечать любые недостатки Цели качества FMEA и определение действий по улучшению процесса FMEA. Со временем компания добьется более высокого качества FMEA.

Об авторе

Карл С. Карлсон — консультант и инструктор в области FMEA, планирования программ надежности и других дисциплин инженерии надежности. Он имеет 35-летний опыт работы в области тестирования надежности, разработки и управления, и в настоящее время поддерживает клиентов из самых разных отраслей, включая клиентов HBM Prenscia.Ранее он работал в General Motors, а в последнее время — старшим менеджером Advanced Reliability Group. В его обязанности входили FMEA для операций в Северной Америке, разработка и внедрение передовых методов обеспечения надежности и управление группами инженеров по надежности. До General Motors он работал инженером по исследованиям и разработкам в Litton Systems, подразделение инерциальной навигации. Г-н Карлсон был сопредседателем межотраслевой группы, которая разработала коммерческий стандарт FMEA (SAE J1739, версия 2002 г.), участвовал в разработке Руководства по внедрению стандарта программы обеспечения надежности SAE JA 1000/1, в течение пяти лет был заместителем председателя Подразделение по надежности G-11 SAE и четыре года являлось членом Консультативного совета Симпозиума по надежности и ремонтопригодности (RAMS). Он имеет степень бакалавра наук. получил степень магистра в области машиностроения в Мичиганском университете и завершил цикл из 2 курсов по проектированию надежности по программе магистра в области инженерии надежности Университета Мэриленда. Он является старшим членом ASQ и сертифицированным инженером по надежности.

Избранные материалы для Статьи FMEA Corner взяты из книги Effective FMEAs , опубликованной John Wiley & Sons, © 2012. Информацию о книге «Эффективные FMEA », а также полезные пособия по FMEA, ссылки и контрольные списки можно найти на сайте www.Effectivefmeas.com. С Карлом Карлсоном можно связаться по адресу [email protected].

Функциональная блок-схема

— обзор

VII.E Пассивная электрооптическая визуализация и радиометрия

В связи с его важной ролью в многочисленных миссиях дистанционного зондирования Земли, следующий раздел содержит подробную информацию о технической работе датчиков, таких как Landsat, CZCS, SeaWiFS, OCTS и MODIS.

Спутниковое дистанционное зондирование измеряет яркость восходящего потока от земной поверхности для быстрого картирования облаков, суши и океанов.Датчики работают как с платформ на низкой околоземной орбите (НОО), которые совершают кругосветное путешествие примерно за 100 минут, так и с геостационарных околоземных платформ (ГСО), которые являются стационарными относительно поверхности Земли. Платформы GEO находятся на орбите на высоте 35 750 км над экватором, где скорость орбиты соответствует скорости вращения Земли.

Пассивные электрооптические датчики работают в основном в диапазоне от видимого (VIS) до теплового электромагнитного спектра (рис. 19). Как правило, видимая работа ограничивается сценами, освещенными солнцем, тогда как работа в средневолновом ИК-диапазоне (MWIR) и длинноволновом ИК-диапазоне (LWIR) может выполняться как для освещенных солнцем, так и для ночных (темных) сцен.Однако работа MWIR может быть проблематичной в течение дня, поскольку отраженное солнечное излучение от сцены в диапазоне от 3 до 5 мкм неотличимо от естественного излучения сцены на тех же длинах волн.

РИСУНОК 19. Пассивные электрооптические датчики, работающие в диапазоне VIS-to-LWIR.

Функциональная блок-схема, показанная на рис. 20, иллюстрирует основные подузлы типичного датчика. Излучение, отраженное или испускаемое землей и атмосферой в апертуру, разделяется на спектральные «полосы» с помощью устройства спектрального разделения и обнаруживается в фокусе оптической сборки.Как правило, излучение MWIR и LWIR (с относительно низкой энергией фотонов) должно быть обнаружено детекторами с криогенным охлаждением. Это охлаждение происходит потому, что случайное тепловое возбуждение в материале фотонного детектора при номинальных температурах создает шум электрического тока, который маскирует фотонные сигналы. Охлаждение показано как дополнительная функция под блоком фокальной плоскости на рис. 20. Охлаждения можно избежать при обнаружении длинных волн, используя прямое тепловое обнаружение, такое как болометрия. Такое обнаружение обеспечивает достаточную тепловую чувствительность для удовлетворения некоторых требований. Например, на орбитальном аппарате NASA Mars 2001 установлен тепловизионный датчик изображения (THEMIS), в котором используются современные неохлаждаемые кремниевые микроболометры, работающие в диапазоне LWIR, и в котором отсутствует функция криоохлаждения. Выходной сигнал детектора обрабатывается и передается через функцию электроники в последнем блоке.

РИСУНОК 20. Функциональная блок-схема пассивного электрооптического датчика.

Как показано на рис. 21, атмосфера пропускает излучение в «окнах» в видимом / инфракрасном диапазоне от поверхности к спутнику (а также из космоса на землю), а также блокирует свет в некоторых регионах.Работа датчика в окне позволяет получать изображения поверхности (что представляет наибольший интерес для данной статьи), в то время как работа в областях, где коэффициент пропускания быстро меняется в зависимости от длины волны (например, около 7 и 15 мкм), позволяет датчику измерять излучение от различных глубины атмосферы для оценки вертикального профиля температуры атмосферы. Примером является MODIS, который имеет 14 «зондирующих» полос, расположенных на краях окон CO ₂, и 22 «визуализирующих» полосы, расположенных внутри окон. Когда спектральные требования требуют «гиперспектральной» способности, требующей сотен или тысяч спектральных диапазонов, таких как идентификация химических веществ, сельскохозяйственных культур или минералов, главными отличительными чертами, которые продвигают дизайн за пределы обычных формирователей изображений, являются требования к спектральному разделению и обработке данных датчиков.

РИСУНОК 21. Зависимость коэффициента пропускания атмосферы от длины волны определяет применение пассивного электрооптического датчика для получения изображений или зондирования. Спецификация сенсора — это самая сложная начальная задача при проектировании сенсора. Необходимо прямое взаимодействие с пользователем данных, а требования к измерениям должны быть переведены в техническую терминологию для определения датчика. Частота повторения изображений во времени влияет на параметры орбиты системы. Пространственное разрешение и охват влияют на характеристики оптической системы, а также на общий размер и массу сенсора.Спектральные характеристики влияют на отношение сигнал / шум (SNR), а радиометрический динамический диапазон и чувствительность также имеют прямое отношение к SNR. Более того, ни одна из характеристик датчика, таких как оптическая конфигурация, фокусное расстояние, диаметр апертуры, размер детектора и разделение, или спектральный характер, не зависит от других. Напротив, все эти конструктивные параметры взаимозависимы, что еще больше усложняет оптимизацию конструкции.

Рисунок 22 иллюстрирует одно из основных соображений по конструкции: конфигурацию сканирования датчика.Этот выбор влияет на детальную конструкцию сенсора многогранным образом, что демонстрирует взаимозависимость различных конструктивных параметров. Примеры каждого из вариантов, показанных на рис. 22, содержатся в таблице IV, в которой перечислены параметры нескольких приложений дистанционного зондирования.

РИСУНОК 22. Влияние метода сканирования на выбор конструкции оптики.

ТАБЛИЦА IV. Основные операционные или планируемые радиометры с визуализацией

Датчик	Орбита	Временное изменение	Пространственное	Спектральное AVHRR	Полярный 833 км (оперативный)	Дважды в день	Полоса обзора 2330 км, 1.1-км ГИФОВ	Шесть полос; VIS, NIR, SWIR, MWIR, TIR	10
Морской WiFS	Полярный 705 км (рабочий)	Daily	Полоса обзора 2330 км, 1,1 км GIFOV	Восемь диапазонов; VIS и NIR	10
Landsat ETM +	Polar 705 км (в рабочем состоянии)	16 дней	Полоса обзора 185 км, 1/4 акра GIFOV (30 м)	Восемь диапазонов; Панорама, VIS, NIR, SWIR, TIR	8
EOS MODIS	Полярный 705 км (рабочий)	Дважды в день	Полоса обзора 2330 км, 250 м, 500 м, 1 км GIFOV	36 полос; VIS, NIR, SWIR, MWIR, TIR	12
NPOESS VIIRS	Полярный 833 км (запуск 2005 г. )	Дважды в день	3000 км полосы обзора, 400–1 км GIFOV	20 диапазонов ; VIS, NIR, SWIR, MWIR, TIR	12
Марс THEMIS	Марс 400 км (запуск 2001 г.)	—	100-м GIFOV	Девять диапазонов; VIS, SWIR, TIR	8
НАСА NMP ПОДАРКИ	Geo 35,750 км (запуск 2004 г.)	15 мин	1/3 глобального покрытия, 4 км GIFOV	1000 диапазонов; VIS, MWIR, FIR	14

AVHRR является примером серийного сканера поперечного сечения.Одиночный детектор в каждом спектральном диапазоне сканируется в растровом формате по земле, когда космический корабль движется вниз по траектории. Сканирующее зеркало обеспечивает поперечное движение, как показано на рис. 22, в то время как светоделители в оптической системе разделяют каждую спектральную полосу на плоскость изображения оптики, где расположен единственный светочувствительный детектор. Это самый простой вариант сканирования, предпочтительный для AVHRR отчасти потому, что этот датчик был разработан в середине 1970-х годов, до того, как технология матрицы фокальной плоскости детектора достигла уровня, когда можно было легко изготовить несколько фокальных плоскостей детектора.Ключевым ограничением этого подхода является быстрое поперечное сканирование, необходимое для захвата всей полосы обзора за время, необходимое спутнику, чтобы переместиться на расстояние, равное одному геометрическому мгновенному полю зрения вниз по траектории (GIFOV). Для AVHRR с надиром GIFOV 1,1 км сканирование должно охватывать 2330 км примерно за 160 мкс. Это означает, что каждая из 2330 отсчетов, взятых во время сканирования, может интегрировать сигнал только примерно за 70 мкс. Датчик SeaWiFS — еще один пример последовательного поперечного сканирования. В нем используется вращающийся телескоп, а не вращающееся сканирующее зеркало, используемое AVHRR, для ограничения оптических эффектов рассеянного света в видимом и ближнем ИК диапазонах. В противном случае это могло бы значительно ухудшить восприятие отражения относительно темного океана. Более совершенная технология фокальной плоскости, доступная в начале 1990-х годов, позволила заполнить каждую спектральную полосу четырьмя детекторами, работающими в режиме временной задержки и интегрирования (TDI). Хотя каждому детектору остается всего около 70 мкс для сбора энергии в каждой выборке земной поверхности, сигналы от каждого из четырех детекторов могут быть суммированы для улучшения отношения сигнал / шум (SNR) в два раза.

Когда сбор сигнала от последовательной конструкции с перекрестными полосами не может удовлетворить требованиям SNR, можно рассмотреть параллельное сканирование с перекрестными полосами.Здесь каждая спектральная полоса заполнена набором детекторов, расположенных вниз по треку и сканируемых по треку медленнее, чем было бы необходимо, если бы использовался только один детектор на каждый диапазон. В этом случае более медленное сканирование увеличивает время на выборку, таким образом, дополнительно увеличивая SNR, особенно если каждый из детекторов, показанных на диаграмме, был реализован с несколькими детекторами, перекрестно работающими в режиме TDI, как для SeaWiFS. Landsat 7 ETM + и MODIS являются примерами датчиков, использующих конфигурацию параллельного поперечного сканирования.Принципиальным преимуществом этого подхода к сканированию с современной технологией фокальной плоскости является возможность сбалансировать требования к характеристикам радиометрического и пространственного разрешения, так что размер оптической апертуры может быть изменен на основе требований пространственного разрешения, что обычно сводит к минимуму диаметр оптической апертуры и снижает массу датчика , и стоимость.

THEMIS использует подход с нажимной щеткой, также показанный на рис. 22. В нем отсутствует сканирующее зеркало, поскольку фокальная плоскость простирается по всей полосе обзора, а спутник работает на орбите 400 км для сбора сигналов.Такой подход к сканированию дополнительно увеличивает продолжительность каждого образца, обычно приводя к тому, что оптика управляется исключительно требованиями пространственного разрешения. Наконец, метод массива площадей, проиллюстрированный в крайнем правом углу рисунка 22, представлен демонстрационной системой технологии геостационарного спектрометра с преобразованием Фурье (GIFTS) для создания геостационарных изображений программы NASA Earth Orbiter-3 (EO-3), запланированной на 2004 год. запуск. Этот датчик GEO будет стационарным относительно земной сцены, и, следовательно, массив области наблюдения обеспечивает максимальное отношение сигнал / шум, позволяя установить интеграцию сигнала в соответствии с продолжительностью времени, в течение которого пользователь желает «смотреть» на конкретную область глобальной сцены под землей. космический корабль.

Функциональная блок-схема — обзор

РАБОЧИЙ ПРИМЕР

Применение обратного перевода можно проиллюстрировать на относительно простом, но реалистичном примере. Различные уровни представления программы, а именно, функциональная блок-схема, список цепей и объектный код для интерпретатора в нашей архитектуре, показаны во всех деталях. Становится очевидным, что построить функциональную блок-схему из заданной объектной программы просто и очень легко, что позволяет установить возможность обратного перевода в качестве метода проверки программного обеспечения.

На рисунке 7 показана типичная программа промышленной автоматизации в графической форме. Он осуществляет наблюдение и регулирование давления. Программа представлена в виде стандартных функциональных блоков, как определено в директиве VDI / VDE 3696 (1995). Аналоговое значение измерения, управляемая переменная, получается функциональным блоком типа IN_A из входного канала с адресом INADR и масштабируется в диапазоне от XMIN до XMAX до физической величины с единицей XUNIT. Управляемая переменная подается в функциональный блок типа C, выполняющий пропорционально-интегрально-дифференциальное (ПИД) регулирование в соответствии с параметрами управления KP, TN и TV.Результирующая регулирующая переменная преобразуется в аналоговое значение с помощью выходного функционального блока типа OUT_A и переключается на канал, адресованный OUTADR. Кроме того, контролируемая переменная также контролируется с помощью двух экземпляров типа стандартного функционального блока концевого выключателя SAM, чтобы она находилась в пределах, заданных параметрами LS и HS. Если контролируемая переменная находится за пределами этого диапазона, один из выходов QS двух экземпляров SAM становится логически истинным и, следовательно, выходом функционального блока типа ИЛИ.Это, в свою очередь, приводит к тому, что функциональный блок аварийного сигнала и сохранения сообщений типа AM создает запись аварийного сигнала по времени. Входам стандартных функциональных блоков, входящих в состав программы, которые не подаются ни внешне видимыми входами самой программы, ни внутренне выходами других стандартных функциональных блоков, присваиваются постоянные значения.

Рис. 7. Программа регулирования и контроля давления

Представление списка цепей приведенного выше примера программы, сгенерированное служебной программой инструмента захвата схем OrCAD, показано на рисунке 8.Сетевые списки представляют собой текстовые представления, которые полностью эквивалентны — за исключением геометрических аспектов — исходным чертежам.

Рис. 8. Представление примера программы в виде списка цепей

Объектный код для интерпретатора, окончательно полученный путем автоматического перевода представления списка соединений в примере программы, показан на рисунке 9. На нем показана (читаемая) версия на языке ассемблера. Из различных типов функциональных блоков, созданных в примере, C, SAM и AM имеют внутренние переменные состояния (т.е., C имеет 3, а два других типа — по 1).

Рисунок 9. Представление объектного кода примера программы

Объектный код, перечисленный на рисунке 9, показывает, что все вызовы экземпляров функциональных блоков, происходящие в программе, напрямую отображаются на вызовы процедур. Каждый из них начинается с инструкции GET, которая передает интерпретатору идентификацию (например, ID-C) соответствующего блока из соответствующего места в ПЗУ. Затем входные параметры предоставляются путем чтения соответствующих ячеек ПЗУ (для констант) или ОЗУ (для параметров программы и промежуточных значений).Наконец, если они есть, значения внутренних переменных состояния процедуры считываются из соответствующих ячеек RAM. Существует набор соответственно помеченных (например, RAM-loc-B2-isv i ) ячеек для каждого экземпляра функционального блока с внутренними состояниями. Когда интерпретатор получил все эти данные, он выполняет процедуру и возвращает, если таковые имеются, значения выходных параметров и / или переменных внутреннего состояния, которые затем сохраняются в соответствующих ячейках ОЗУ. Связь между выходом одного функционального блока и входом другого реализуется инструкциями PUT и GET: первая сохраняет выходное значение в области ОЗУ для временного значения (например.g., TMP-X), а тот загружает его оттуда. Другими словами, каждый узел в списке цепей вызывает ровно одну передачу от интерпретатора к ячейке RAM и одну или несколько передач оттуда к интерпретатору. Детали реализации различных процедур являются частью встроенного ПО архитектуры и, таким образом, остаются невидимыми.

Согласно описанной выше структуре объектных программ интерпретатора, процесс обратной трансляции — дизассемблирования и декомпиляции объектного кода — оказывается очень простым.Чтобы выполнить обратную трансляцию, сначала ищутся инструкции STEP, которые четко отделяют различные (последовательные) шаги, содержащиеся в программе, друг от друга. Код между двумя инструкциями STEP соответствует одной функциональной блок-схеме. Затем интерпретируется первая инструкция GET. Он определяет функциональный блок, который нужно нарисовать в функциональной блок-схеме, которую нужно настроить. Сравнивая последующие GET с описанием функционального блока, содержащимся в используемой библиотеке, можно легко проверить правильность передачи параметров.Более того, для каждого такого GET, который соответствует правильному параметру (а не внутренней переменной состояния), на диаграмме рисуется ссылка. Есть два типа ссылок. Во-первых, это соединения программных входов или констант с входами функциональных блоков или от выходов функциональных блоков к программным выходам. Во-вторых, это полусоединения, а именно, от выходов функциональных блоков к именованным точкам соединения на схеме, то есть узлам списка цепей, или от таких точек к входам функциональных блоков. Когда диаграмма будет полностью нарисована, названия этих точек можно удалить.Что касается переменных внутреннего состояния, необходимо проверить, что соответствующие ячейки ОЗУ правильно инициализированы, и что новые значения, полученные в результате выполнения функционального блока, записываются точно в те же места, откуда внутренние состояния были прочитаны в курсе. вызова блока. Процесс идентификации функционального блока и проверки передачи параметров, а также отрисовка символа для блока и соответствующих соединений повторяется до тех пор, пока не будет достигнута инструкция STEP, которая завершает шаг и, таким образом, соответствующую диаграмму функционального блока.

Функциональная структурная схема | Новый дизайн продукта

Назначение

Диаграммы структуры функций (FSD) — это графическое представление функций, которые продукт выполняет на своих входах и выходах. В FSD общая функция разбита на элементарные или атомарные подфункции. Каждая подфункция не может быть разбита дальше и является нейтральной для решения.
Подфункции связаны «потоками», над которыми они работают. Потоки — это материалы, энергия или информация, которые используются продуктом или влияют на него.FSD
используются для решения многих задач в процессе проектирования. Что наиболее важно, они могут помочь разбить сложную проектную проблему на управляемые части. Можно найти решения для каждого фрагмента, а затем собрать инженерную концепцию из группы решений для каждого фрагмента. Помните, что FSD делает акцент на том, что должно быть выполнено, а не на том, как.

Процедура

Перед тем, как приступить к созданию FSD, у вас должны быть заполнены Краткое описание проекта, Дом контроля качества и Технические характеристики продукта.

Шаг 1 Описание функций

Функция — это операция, которую продукт выполняет над потоком или набором потоков, чтобы преобразовать его из состояния ввода в состояние вывода. Поток — это материал, энергия или сигнал, которые используются продуктом или влияют на него. В этом контексте энергия — это способность что-то делать. Примерами потока энергии являются электрическая энергия, потенциальная энергия, кинетическая энергия, магнитная энергия и тепло. Например, гриль Джорджа Формана преобразует электрическую энергию в тепло.Информационный поток — это сигнал, поступающий на устройство, или данные, на которые устройство действует. Например, переключатель «вкл / выкл» подает сигнал на устройство. Наконец, материальный поток — это любой физический объект, который преобразует устройство. Например, кофемашина превращает молотый кофе и воду в кофе.

Функциональное описание — это комбинация функции (глагола), действующей на поток (объект). Примеры функционального описания включают:

Приготовление пищи — Функция готовит, а поток — еда.

Депозит лида — Функция депонирования, а поток — лида.

Транспортировка людей — Функция — транспорт, а поток — люди.

Какие обычные продукты могут выполнять эти функции?

Обратите внимание, что каждое функциональное описание говорит о том, что продукт не выполняет, как продукт выполняет функцию. Например, функцию «Перевозка людей» можно выполнить с помощью велосипеда, автомобиля, автобуса или самолета. Поскольку функциональное описание не говорит о том, как выполняется функция, функциональное описание является нейтральным для решения.Помните, что функциональные описания должны быть нейтральными, потому что мы не хотим сосредотачиваться на том, как продукт выполняет функцию, пока мы полностью не поймем, что продукт должен делать.

Шаг 2 Создание модели черного ящика

Следующим шагом является создание модели черного ящика продукта. Модель черного ящика состоит из общей функции продукта, потоков в продукт и потоков из продукта. Схема типовой модели черного ящика показана на рисунке 1.

Рис. 1. Общая схема черного ящика.

На рис. 2 показан типичный пневматический пистолет для гвоздей. Эти пистолеты используют сжатый воздух для забивания гвоздей в различные материалы.

Рисунок 2. Пневматический гвоздезабиватель.

Следовательно, если бы мы строили диаграмму черного ящика для продукта, входными потоками были бы сжатый воздух, гвозди и сигнал отключения. Сжатый воздух — это форма энергии, гвозди — материал, а сигнал срабатывания — информация. Общая функция продуктов — «Забивать гвозди».Желаемый поток от продукта — забитый гвоздь. К сожалению, из продукта вытекают и другие нежелательные потоки. Эти нежелательные потоки включают шум и тепло. Как дизайнеры мы можем захотеть свести к минимуму эти нежелательные результаты. Полная схема черного ящика показана на рисунке 3.

Рис. 3. Схема черного ящика для пневматического найлера.

Шаг 3 Трассировка потоков

Затем входящие потоки отслеживаются в системе по мере их преобразования функциями.Входными потоками для гвоздезабивателя являются гвозди, сжатый воздух и сигнал отключения. Начнем с ногтей. Сначала принимаются и хранятся гвозди. Затем один гвоздь изолируется, и, наконец, применяется кинетическая энергия, чтобы забить гвоздь. Набросок ногтей показан на рисунке 4.

Рис. 4. Отслеживание потока «гвоздей» через продукт.

На рис. 5 показан график для потока «Сжатый воздух».

Рис. 5. Отслеживание потока «Сжатого воздуха» через продукт.

На рисунке 6 показан график для потока «Сигнал отключения».

Рисунок 6. Отслеживание потока «Сигнал отключения» через изделие.

Шаг 4 Сборка следов

Для сборки трасс необходимо объединить функции более чем в одной трассе. Например, «Применить K.E. (Кинетическая энергия) функция находится в “C. Воздух »(Сжатый воздух) и следы« Гвозди ». Иногда необходимо добавлять дополнительные подфункции. Итерации требуются всегда. На рис. 7 показаны собранные трассы.

Рисунок 7. Следы в сборе.

Шаг 5 Выбор границы

Наконец, необходимо определить границы устройств. Граница отделяет функции, которые устройство должно выполнять, от функций, которые должен выполнять оператор или другое устройство. На рисунке 8 показаны границы для пневматического гвоздезабивателя.

Рис. 8. Окончательная версия FSD для гвоздезабивателя.

Граница должна соответствовать объему проекта, описанному в задании на проектирование. Например, включение функции «Сжать воздух» радикально изменило бы необходимый дизайн! Подумайте о последствиях включения функции «Загрузить гвозди».

Шаг 6 Проверка и корректировка вашего FSD

Согласованы ли входы и выходы вашего окончательного FSD с входами и выходами вашей исходной схемы черного ящика?

Да.

Какие допущения были сделаны при выборе входных потоков, выходных потоков и границ системы?

В примере с гвоздезабивателем вход «Сжатый воздух» предполагает, что гвоздезабиватель будет приводиться в действие сжатым воздухом.

Подходят ли эти предположения для вашего проекта? Задокументированы ли они в вашем задании по дизайну?

Ответ будет зависеть от проекта и задания на дизайн.Другие гвоздезабиватели работают от электричества или природного газа.

Все ли вредные, непреднамеренные или нежелательные выходные потоки задокументированы?

Да, тепло и шум включены в техническое задание. Следует учитывать отдачу, удары или вибрацию; особенно если пользователи жалуются на эти результаты.

Согласуются ли ваши предположения с вашим проектным заданием?

Все предположения должны быть четко задокументированы в кратком описании проекта.

Сообщает ли границы FSD объем проекта, описанный в задании на проектирование?

Все ли функции являются нейтральными?

Да, все функции описывают, что должно быть сделано, а не то, как функция будет выполняться.

Можно ли разбить любую из функций на более простые?

Нет, каждая функция атомарна.

Пользуются ли пользователю выходные сигналы, подтверждающие правильную работу устройства?

Возможно, следует добавить сигнал, который указывает, полностью ли забит гвоздь. Опять же, отзывы клиентов об этой идее следует использовать, чтобы определить, включена ли она в продукт.

Как нарисовать кросс-функциональную диаграмму

Межфункциональная диаграмма — это тип блок-схемы, которая описывает процесс от начала до конца, с указанием категории каждой задачи, чтобы помочь определить, какой сотрудник или отдел отвечает за каждый шаг процесса.

Что нужно для создания кросс-функциональной диаграммы?

Знание процесса, который вы будете описывать;
Знание факторов, влияющих на процесс;
Знание всех организационных подразделений, вовлеченных в процесс;
MyDraw для Windows или Mac .

Пошаговое создание кросс-функциональной диаграммы

Шаг 1. Опишите все подразделения организации, участвующие в процессе Во-первых, вам нужно установить основу вашей кросс-функциональной диаграммы.Значение — опишите весь отдел / сотрудников (в зависимости от структуры и предпочтений вашей компании), имеющих отношение к процессу, который вы хотите отобразить на диаграмме. Вы сделаете это, отобразив столько столбцов / полос, сколько отделов или сотрудников имеют отношение к процессу. Как только у вас будет необходимое количество строк / столбцов, вы должны добавить к ним соответствующие заголовки. В нашем примере мы показываем процесс заказа номенклатуры, включающий 4 соответствующих отдела (дорожки) — клиент, отдел продаж, складской отдел и отдел обслуживания клиентов.

Шаг 2: Определите первый шаг процесса После того, как вы разместите полосы / столбцы, вашей следующей задачей будет определение первого шага процесса, который вы будете отображать, и размещение его на полосе, к которой он принадлежит. Это может быть событие, запускающее процесс, или необходимость, требующая завершения. В нашем примере это размещение заказа клиентом.

Шаг 3: Завершите процесс и закончите диаграмму Когда первый шаг кросс-функциональной схемы определен, вам необходимо описать каждый последующий шаг рабочего процесса и назначить его ответственным за его выполнение.В нашем примере второй шаг — это ответственность отдела продаж за проверку выполнения заказа. Затем мы переходим к остальным этапам процесса, пока не достигнем всех возможных результатов блок-схемы. В отличие от остальных диаграмм отображения процессов, кросс-функциональная диаграмма не ограничивает вас только одним возможным результатом — вы можете иметь столько, сколько требует процесс.

Техника управления | Схема функциональных блоков

Картинка стоит тысячи слов — это известная пословица, которая утверждает, что сложные истории можно рассказать с помощью одного неподвижного изображения или что изображение может иметь большее влияние, чем значительный объем текста.Он также точно характеризует цели программного обеспечения на основе визуализации в промышленном управлении.

Функциональная блок-схема (FBD) может заменить тысячи строк текстовой программы. Графическое программирование — это интуитивно понятный способ определения функциональности системы путем сборки и соединения функциональных блоков. Первые две части этой серии оценивали лестничные диаграммы и текстовое программирование как варианты моделей вычислений. Здесь будут обсуждаться и сравниваться сильные и слабые стороны FBD.

Управление исполнением функциональных блоков в сети FBD неявно зависит от положения функционального блока в FBD.

FBD были введены стандартом IEC 61131-3 для преодоления недостатков, связанных с текстовым программированием и релейными диаграммами. Сеть FBD в основном состоит из взаимосвязанных функций и функциональных блоков для выражения поведения системы. Функциональные блоки были введены для удовлетворения потребности в повторном использовании общих задач, таких как пропорционально-интегрально-производное (ПИД) управление, счетчики и таймеры в разных частях приложения или в разных проектах.Функциональный блок — это упакованный элемент программного обеспечения, который описывает поведение данных, структуру данных и внешний интерфейс, определенный как набор входных и выходных параметров.

Во многих отношениях функциональные блоки теоретически можно сравнить с интегральными схемами, которые используются в электронном оборудовании. Функциональный блок изображен в виде прямоугольного блока, входы которого входят слева, а выходы — справа. См. Схему типичного функционального блока со входами и выходами.

Ключевые особенности функциональных блоков — это сохранение данных между исполнениями, инкапсуляция и скрытие информации. Сохранение данных обеспечивается за счет создания отдельных копий функциональных блоков в памяти при каждом их вызове. Инкапсуляция обрабатывает набор программных элементов как единое целое, а скрытие информации ограничивает доступ к внешним данным и процедурам внутри инкапсулированного элемента. Благодаря инкапсуляции и сокрытию информации разработчики системы не рискуют случайно изменить код или перезаписать внутренние данные при копировании кода из предыдущего контрольного решения.

Функции, схемы функциональных блоков

Функция — это программный элемент, который при выполнении с определенным набором входных значений дает один первичный результат и не имеет внутренней памяти. Функции часто путают с функциональными блоками, которые имеют внутреннюю память и могут иметь несколько выходов. Некоторыми примерами функций являются тригонометрические функции, такие как sin () и cos (), арифметические функции, такие как сложение и умножение, и функции обработки строк. Функциональные блоки включают PID, счетчики и таймеры.

FBD — это программа, созданная путем соединения нескольких функций и функциональных блоков, в результате чего один блок становится входом для следующего. В отличие от текстового программирования, для передачи данных из одной подпрограммы в другую переменные не требуются, поскольку провода, соединяющие разные блоки, автоматически инкапсулируют и передают данные.

FBD может использоваться для описания поведения функциональных блоков, а также программ. Его также можно использовать для описания шагов, действий и переходов в последовательных функциональных схемах (SFC).

Функциональный блок не оценивается, если не доступны все входы, поступающие от других элементов. Когда функциональный блок выполняется, он оценивает все свои переменные, включая входные и внутренние переменные, а также выходные переменные. Во время выполнения алгоритм создает новые значения для выходных и внутренних переменных. Как уже говорилось, функции и функциональные блоки являются строительными блоками FBD. В FBD считается, что сигналы проходят от выходов функций или функциональных блоков к входам других функций или функциональных блоков.

Выходы функциональных блоков обновляются в результате оценки функциональных блоков. Таким образом, изменения состояний и значений сигналов естественным образом распространяются слева направо по сети FBD. Сигнал также может быть возвращен с выходов функционального блока на входы предыдущих блоков. Путь обратной связи подразумевает, что значение внутри пути сохраняется после оценки сети FBD и используется в качестве начального значения при следующей оценке сети. См. Схему сети FBD.

Управление выполнением функциональных блоков в сети FBD неявно зависит от положения функционального блока в FBD.Например, на диаграмме «Сеть FBD…» функция «Симулятор предприятия» оценивается после функционального блока «Управление». Порядок выполнения может контролироваться путем включения функционального блока для выполнения и наличия выходных терминалов, которые изменяют состояние после завершения выполнения. Выполнение сети FBD считается завершенным только тогда, когда все выходы всех функций и функциональных блоков обновлены.

Сигналы с выходов функциональных блоков могут стать входами для других функций.

Сильные стороны FBD

Далее следуют некоторые сильные стороны FBD.

Интуитивно понятный и простой в программировании. Поскольку FBD являются графическими, разработчикам систем без обширного обучения программированию легко понять и запрограммировать логику управления. Это приносит пользу экспертам в предметной области, которые не обязательно могут быть экспертами в написании конкретных алгоритмов управления на текстовых языках, но понимают логику алгоритма управления. Они могут использовать существующие функциональные блоки, чтобы легко создавать программы для сбора данных, обработки и дискретного управления.

Обширное повторное использование кода . Одно из основных преимуществ функциональных блоков — повторное использование кода. Как уже говорилось, разработчики систем могут использовать существующие функциональные блоки, такие как PID и фильтры, или инкапсулировать настраиваемую логику и легко повторно использовать этот код в программах. Поскольку при каждом вызове этих функциональных блоков создаются отдельные копии, разработчики системы не рискуют случайно перезаписать данные. Кроме того, функциональные блоки также можно вызывать из релейных диаграмм и даже из текстовых языков, таких как структурированный текст, что делает их легко переносимыми между различными моделями вычислений.

Параллельное исполнение. С появлением многопроцессорных систем программируемые контроллеры автоматизации и ПК теперь могут выполнять несколько функций одновременно. Графические языки программирования, такие как FBD, могут эффективно представлять параллельную логику. В то время как текстовые программисты используют определенные библиотеки потоков и синхронизации для использования преимуществ многопоточности, графические языки, языки FBD и потоков данных (такие как National Instruments LabView) могут автоматически выполнять параллельные функциональные блоки в разных потоках.Это помогает в приложениях, требующих расширенного управления, включая параллельное включение нескольких PID.

Отслеживание выполнения и простая отладка. Графический поток данных FBD упрощает отладку, поскольку разработчики системы могут отслеживать проводные соединения между функциями и функциональными блоками. Многие редакторы программ FBD (например, Siemens Step 7) также предоставляют анимацию, показывающую поток данных, чтобы упростить отладку.

Слабые стороны FBD

Далее следуют некоторые недостатки FBD.

Разработка алгоритмов. Низкоуровневые функции и математические алгоритмы традиционно представлены в текстовых функциях; даже алгоритмы для функциональных блоков традиционно были написаны с использованием текстового программирования. Кроме того, функциональные блоки абстрагируются от хитросплетений алгоритма, что затрудняет попытки специалистов в предметной области изучать детали передовых методов управления и обработки сигналов.

Ограниченный контроль исполнения. Выполнение сети FBD слева направо и подходит для непрерывного поведения.В то время как разработчики систем могут контролировать выполнение сети с помощью «переходных» конструкций, а также с помощью зависимости данных между двумя функциональными блоками, FBD не идеальны для решения задач упорядочивания. Например, переход из состояния «заполнение резервуара» в состояние «перемешивание резервуара» требует оценки всех текущих состояний. В зависимости от вывода перед переходом в следующее состояние должно произойти действие перехода. Хотя этого можно достичь, используя зависимость функциональных блоков от данных, такое упорядочение может потребовать значительного времени и усилий.

ИТ-интеграция. Поскольку предприятия все чаще ищут способы подключения современных производственных цехов к предприятиям, подключение к Интернету и базам данных стало чрезвычайно важным. В то время как текстовые программы имеют возможности ведения журнала базы данных и функции управления исходным кодом, FBD обычно не могут быть встроены в ИТ-системы. Более того, ИТ-менеджеры часто обучаются только текстовому программированию.

Потребность в обучении . Хотя поток данных интуитивно понятен, его обычно не преподают в качестве модели вычислений.В США инженеры обучаются использованию текстовых языков, таких как C ++, Fortran и Visual Basic, а технические специалисты обучаются релейной логике или электрическим схемам. FBD требуют дополнительного обучения, поскольку они представляют собой смену парадигмы при написании управляющей программы.

FBD — это графический способ представления управляющей программы и модель программирования потока данных. Интуитивность, простота использования и повторное использование кода FBD делают их очень популярными среди инженеров. FBD идеально подходят для сложных приложений с параллельным выполнением и для непрерывной обработки.Они также эффективно заполняют пробелы в релейной логике, такие как инкапсуляция и повторное использование кода. Чтобы преодолеть некоторые из своих недостатков, инженеры должны использовать смешанные модели вычислений. FBD используются вместе с текстовым программированием для алгоритмов и интеграции ИТ. Пакетные и дискретные операции улучшаются за счет добавления SFC. Модель вычислений SFC решает некоторые проблемы, с которыми сталкиваются FBD, и будет рассмотрена в четвертой части этой серии из пяти частей.

Информация об авторе

Арун Вирамани — менеджер по продукции, а Тодд Уолтер — руководитель группы в National Instruments,

Методы программирования серии

Функциональная блок-схема — третья статья в серии статей авторов National Instruments, исследующих различные методы программирования.В первой статье рассматривается релейная логика (март 2007 г.), а во второй — модели текстовых вычислений (июнь 2007 г.). В следующих статьях будут рассмотрены диаграммы состояний и методы моделирования / моделирования.

Статьи доступны на сайте

Функциональные схемы | www.MathEd.page

Две основные особенности недавних учебных программ по математике:: * усиление внимания к функциям в средней школе, и; * их множественные представления: числовые, графические и символьные.

Эти изменения частично вызваны доступностью электронных графических устройств, а частично — здравым педагогическим мышлением: разные представления более доступны для разных учащихся, а способность переключать представления одновременно отражает и способствует глубине понимания для всех учащихся. Я очень поддерживаю эти изменения. (См., Например, статью «Новая алгебра» и уроки по графическому калькулятору на этом сайте.)

Одно малоиспользуемое представление функций, которое я нашел в образовательном плане, — это представление с параллельными осями x и y.Я слышал об этом из выступления Мартина Флэшмана. Я был вдохновлен на разработку некоторых уроков для учебника, который я написал в соавторстве с Анитой Вах (Алгебра: темы, инструменты, концепции — ATTC), используя для этого название «функциональные диаграммы».

На этой странице я представляю функциональные диаграммы и предлагаю ряд уроков и упражнений для их использования на различных уровнях средней школы. Конечно, это призвано дополнить, а не заменить другие подходы к этим идеям. Действительно, функциональные диаграммы — это, по сути, педагогический инструмент, в то время как другие представления функций обладают силой и возможностями, которые делают их инструментами жизни.

Примечание: Стандарт Общего ядра государства упоминает «диаграммы с двойными номерами и линиями» в контексте пропорциональных соотношений. На самом деле они полезны для гораздо большего, как вы увидите ниже.

Функция — это способ присвоить одно значение y (выход) каждому значению x (вход). Его можно рассматривать как набор (возможно, бесконечный) упорядоченных пар (x, y). В средней школе мы работаем в основном с функциями над действительными числами. Например, функцию y = 2x — 3 можно рассматривать в табличной числовой форме:

x	y
3	3
2	1
1	-1
0	-3
-1	-5
-2	-7
-3	-9

Пары (x, y), перечисленные в таблице, также могут быть представлены как точки на декартовом графе:

Этот рабочий лист можно использовать для ознакомления с основной идеей функции в этих двух представлениях: Угадай мою функцию

Функциональная диаграмма — это еще одно представление с параллельными осями x и y.Каждая пара (x, y) представлена отрезком линии, соединяющим входную точку на оси x с выходной точкой на оси y. Отрезок линии называется линией ввода-вывода. (В некоторых случаях предпочтительнее рисовать всю линию, а не только ее сегмент. См. «Фокус» ниже.)

Обратите внимание, что в то время как на декартовом графике можно показать сколько угодно точек, функциональная диаграмма становится неразборчивой, если нарисовано слишком много линий ввода-вывода.

В общем, не просите своих учеников тратить слишком много времени на рисование функциональных диаграмм: это утомительно и не очень поучительно.Из этого правила могут быть исключения, но для учащихся обычно более эффективно анализировать существующие диаграммы, обсуждать диаграммы, которые вы создаете на диапроекторе, или использовать компьютеры или калькуляторы для создания диаграмм.

Electronic Tools: С помощью этой анимации можно хорошо обсудить основы функциональной диаграммы. См. Страницу апплетов функциональных диаграмм для получения дополнительных анимаций и страницу программного обеспечения функциональных диаграмм для файлов GeoGebra, фигур Cabri и программ калькулятора TI, которые вы можете загрузить.

Загрузите этих PDF-файлов, чтобы использовать их при ознакомлении учащихся с функциональными схемами:: таблица, график и функциональная диаграмма для y = 2x — 3 (как указано выше); пустые таблицы и функциональные схемы

Средняя школа

Один из способов мотивировать многие правила операций с числами со знаком — это обобщение шаблонов, которые работают для положительных чисел. Например:

3 + 4 = 7
3 + 3 = 6
3 + 2 = 5
3 + 1 = 4
3 + 0 =
3 + (-1) =
3 + (-2) =
3 + (-3 ) =
3 + (-4) =

Другой способ подумать об этом шаблоне — распознать функцию 3 + x = y, которую можно представить в виде функциональной диаграммы:

Легко понять, как можно расширить диаграмму и таким образом заполнить остальную часть рисунка.

Подобные методы можно использовать для изучения других шаблонов этого типа, тем самым мотивируя правила для арифметики чисел со знаком и предоставляя учащимся возможность самостоятельно их восстанавливать.

Connection: Чтобы узнать о подходе, основанном на манипуляциях, к мотивации правил арифметики со знаком, см. Мою книгу Algebra Lab Gear: Basic Algebra (Где ее взять). Этот подход также можно найти в The Algebra Lab: High School и в задней части Teacher’s Edition of ATTC.Модель, основанная на манипуляциях, возможно, более доступна, чем подход, основанный на расширении паттернов, описанный выше, который сам по себе может быть более доступным, чем модели, основанные на движении по числовой прямой. Все эти подходы дополняют друг друга — решите, на какие у вас есть время и как их сформулировать.

Начальная алгебра

Загрузите Девять функциональных диаграмм, рабочий лист, слегка отредактированный из справочника ресурсов для учителей ATTC.

Заметки учителя: Это обширное упражнение, которое может вызвать обсуждение чисел со знаком, обратных операций, противоположностей и обратных чисел, использования символов… Это заслуживает много времени, возможно, два академических часа. Прежде чем отвечать на вопросы, учащимся нужно будет выяснить формулы для каждой диаграммы — многие считают полезным сначала составить таблицы значений. Диаграмма f является наиболее сложной, и вы можете разрешить учащимся, у которых возникают проблемы с ней, временно пропустить ее.

Рабочий лист представляет собой важный обзор фундаментальных понятий арифметики и основных алгебраических обозначений в новом формате. Новинка делает урок доступным и интересным широкому кругу учащихся.Рассмотренные концепции включают следующее:

Буква может представлять отрицательное число независимо от того, стоит ли перед ней знак минус или нет.
Буква может представлять 0 или 1
Можно сложить и получить меньшее число
Сложение числа эквивалентно вычитанию противоположного, и наоборот
Можно умножить и получить меньшее число
Умножение на число эквивалентно делению на обратное, и наоборот

Эти идеи прямо не рассматриваются в вопросах, но они необходимы для полного понимания ответов.Учитель несет ответственность за то, чтобы привлечь их к обсуждению в классе.

Обратите внимание, что некоторые студенты удивлены или даже возмущены тем, что два последовательных вопроса могут иметь одинаковые ответы. Это хорошая возможность объяснить, что правильным ответом является его математическая достоверность, а не такая случайная особенность, как тот же ответ, что и предыдущий.

Устранение неравенств

Еще одно возможное использование функциональных диаграмм — прояснение логики правил, которые используются при решении неравенств вручную.Например, мы знаем, что -3 <4. Если мы прибавим -2 к обеим сторонам, мы получим -5 <2, что все еще верно. Однако, если мы умножим обе стороны на -2, мы получим 6 <-8, что неверно. Это наглядно иллюстрируют функциональные диаграммы для y = x + (- 2) и y = -2x:

Посмотрев несколько таких примеров, нетрудно понять, что можно добавлять или вычитать одно и то же число с обеих сторон неравенства, а также умножать или делить на положительное число. Однако умножение или деление на отрицательное число требует изменения направления неравенства.

Определения

Эти основные идеи о функциях можно визуализировать с помощью функциональных диаграмм.: Функция назначает уникальных выходных данных каждому входу.; Область функции — это набор ее входных данных.; Диапазон — это набор его выходов.

Увеличение

Любой интервал в домене «увеличивается» с помощью непрерывной функции до интервала в диапазоне.Увеличение — это коэффициент, на который мы умножаем направленную длину интервала x, чтобы получить направленную длину соответствующего интервала y.

Например, на первой диаграмме ниже увеличение равно 2 для любого интервала x. Однако на второй диаграмме увеличение зависит от выбранного интервала x. Например, для интервала x от 0 до 4 увеличение составляет 1/2, однако для интервала x от 1 до 4 увеличение составляет 1/3.

Увеличение постоянно только для линейных функций.(Мы обсудим это более подробно ниже.)

Конечно, увеличение — это всего лишь другое слово для скорости изменения функции. Наклон на декартовом графике и увеличение на функциональной диаграмме — это два представления одной и той же основной идеи (скорости изменения) и рассчитываются одинаково. Но использование разной терминологии в разных контекстах имеет определенную педагогическую ценность: это позволяет студентам заново взглянуть на концепцию в другом контексте и дает им возможность самостоятельно установить связи.

Забавное занятие — это «танец функциональной диаграммы»: переместите руки вертикально, физически представив x и y, и попросите учащихся угадать увеличение. (Очевидно, это не может быть очень точным, но вы можете различать значения m, которые меньше -1, равны -1, между -1 и 0, равны 0, между 0 и 1, равны 1, и больше, чем 1.) После выполнения нескольких примеров попросите учащихся танцевать с выбранными вами значениями m.

Загрузите мастер / рабочий лист прозрачности, чтобы обсудить область, диапазон и увеличение.Выбирайте из двух версий:: Шесть функциональных диаграмм — подходит для алгебры 1 или алгебры 2; Восемь функциональных схем. — Эта версия требует знания радианов, триггерных функций и натуральных логарифмов, и поэтому подходит для окончания Алгебры 2, предварительного вычисления или начала курса математического анализа.
Апплеты:: Назовите эту функцию именем! (онлайн-версия «Восемь функциональных диаграмм») для обсуждения области, диапазона и увеличения.; Используйте этот апплет увеличения, чтобы изучить скорость изменения различных значений Δx на функциональной диаграмме.

Состав

Состав двух функций показан на диаграммах связанных функций. Например:

Вот итоговая функция:

Вопросы для обсуждения:

Каким образом приведенная выше функциональная диаграмма была получена из предшествующих связанных диаграмм? Какая формула ему соответствует? Как можно было получить эту формулу из двух исходных?
Для данной функции существует ли функция, которая может быть скомбинирована с ней (в любом порядке) для получения функции идентичности? Если такая функция существует, она называется обратной функцией . Какая функция обратна f?
Как диаграмма обратной функции связана с диаграммой исходной функции?
Как увеличение для составной функции связано с увеличением для двух функций, которые мы комбинируем? [Это продукт увеличения. Эта взаимосвязь является ключевым понятием в исчислении (правило цепочки), и функциональные диаграммы обеспечивают наиболее ясный способ ее объяснения.]

Соединение: Когда функция составляется сама с собой, это называется итерацией .Функциональные диаграммы представляют собой отличный инструмент, помогающий понять, что происходит в линейном случае. (См. Итерация линейных функций на этом сайте.)

Загрузите рабочий лист о композиции и увеличении, основанный на рисунках выше.

Апплеты:: Анимация композиции из двух функции, как указано выше.

Остальные действия касаются функциональных диаграмм линейных функций. На этих диаграммах все линии ввода-вывода встречаются в одной точке, называемой фокусом , или же все они параллельны, а фокус — это точка на бесконечности.

Загрузите рабочий лист. Сосредоточьтесь на функциональных диаграммах и рисунке Шестнадцать функциональных диаграмм. Вместе они составляют урок ATTC, предназначенный для использования в дальнейшем в курсе алгебры 1 или в качестве повторения в следующем курсе. Альтернативой тому, как ученики проводят весь урок на бумаге, является то, что они поработают над № 5 в небольших группах, затем обсудят в классе идеи из пунктов № 1-4 и № 6-20, и, наконец, попросите учащихся выполнить № 22 индивидуально. , возможно, как домашнее задание. Это может занять два или три дня, но это время потрачено не зря, поскольку это дает еще один способ осмыслить знакомые идеи, которые иногда вспоминаются механически.

Обратите внимание, что описанный выше урок без доказательства предполагает наличие и уникальность фокуса. Загрузите рабочий лист учителя «Геометрия функциональных диаграмм», в котором этот вопрос решается с помощью геометрии.

Соединение: Геометрия также обеспечивает доказательство интересного результата о диаграмме y = 1 / x.

В случае линейных функций фокус содержит всю информацию о функции, а отдельные упорядоченные пары представлены линиями.Это в точности двойственная ситуация в декартовом графе, где отдельные упорядоченные пары представлены точкой, а вся функция представлена линией. Это приводит к интересному применению функциональных диаграмм. Систему линейных уравнений с двумя переменными можно решить графически, отыскивая пересечение двух прямых. Двойным образом одна и та же система может быть решена графически, объединив фокусы двух функций. Результирующая линия (если она существует) представляет собой единственное упорядоченное парное решение системы.Случаи, когда нет решений или бесконечное число, также имеют наглядное представление с функциональными диаграммами. Скачать Представление линейных функций, урок от ATTC об этой двойственности.

Апплеты: Эта функция с одной линейной функцией апплет диаграммы позволяет перемещать фокус и видеть соответствующее уравнение.; Эта двухлинейная функция апплет функциональной диаграммы позволяет решить систему двух линейных уравнения в новом графическом виде.Этот же рисунок можно использовать для обсудите расположение фокуса для данного m или для данного b. Наконец, его можно использовать для визуальной аппроксимации обратной функции для заданной линейной функции.

Я узнал о функциональных диаграммах много лет назад на асиломарском собрании Калифорнийского математического совета от профессора Мартина Флэшмана, который (среди прочего) преподает математические вычисления в Государственном университете Гумбольдта. Он называет функциональные диаграммы «фигурами трансформации» или «диаграммами отображения».Для того, что я называю линиями ввода-вывода или линиями ввода-вывода, Flashman использует «стрелку», с которой легче работать, и которая несет почти столько же информации.

Насколько мне известно, первое использование функциональных диаграмм для объяснения цепного правила было в работе Шермана Штейна «Исчисление и аналитическая геометрия » (1977). Здесь он использует метафору слайд-проекторов, что почти наверняка является источником термина «увеличение» для обозначения скорости изменения. Флэшман пошел дальше этого представления, применив его к изучению многих функций и сделав его центральной частью того, что он называет разумным исчислением.

Я получил термин «фокус» от Авраама Аркави и других израильских исследователей, которые использовали функциональные диаграммы (которые они назвали PAR — представление параллельных осей) в своей работе с учителями математики. (Интересно, насколько мне известно, не со студентами. В самом деле, даже если учителя никогда не представляют это представление своим ученикам, они получают некоторое понимание, размышляя о нем сами.) См. Arcavi, Abraham and Rafi Nachmias (1989) «Re- изучение знакомых концепций с новым представлением.» Труды 13-й Международной конференции по психологии математического образования , 3, 174-181.

Когда несколько лет назад я показал Полу Голденбергу свои апплеты функциональных диаграмм Cabri (теперь GeoGebra), он сказал мне, что создал горизонтальную версию под названием динаграф задолго до того, как я заинтересовался этим. Его идея заключалась в том, чтобы дать студентам тактильный опыт, позволяющий им видеть, что происходит с y, когда вы перемещаете x — динамическое представление с одной внутренней линией, в отличие от просмотра общей диаграммы со многими входами. из линий.Конечно, оба подхода имеют место. В Sketchpad Geometer есть реализация динаграфа.

Мне пришла идея использовать функциональные диаграммы для объяснения правил решения неравенств из «Эффективного обучения» Эми Л. Небесняк в The Mathematics Teacher , Vol 106, No. 5, Dec 2012 / Jan 2013.

Насколько мне известно, единственная программа средней школы, которая включает функциональные диаграммы, — это Алгебра: темы, инструменты, концепции Аниты Ва и Анри Пиччиотто, Маунтин-Вью, Калифорния: Creative Publications, 1994.Книгу можно бесплатно загрузить с этого веб-сайта: см. Ниже ссылку и список уроков по функциональной диаграмме. Конечно, они дополняются деятельностью на этом веб-сайте.