Автоматизированное проектирование силовых трансформаторов - Периферийное техническое оборудование

В САПР исключительно важную роль играют терминалы, т. е. вводно-выводные устройства, на которых проектировщик может вести диалог с ЭВМ. До недавнего времени в качестве терминалов широко применялись обычные электрические пишущие машинки и телетайпы. В последнее время их интенсивно начали вытеснять дисплеи: алфавитно-цифровые и графические. Среди алфавитно-цифровых наиболее распространены электронно-лучевые дисплеи, создаваемые на основе электронно-лучевых трубок, аналогичных кинескопу обычного телевизора. Такие дисплеи имеют буферную память, конструктивно совмещенную с трубкой в одном футляре. Информация от ЭВМ сначала поступает в буфер, а затем с частотой 50 кадров/с—на экран дисплея.
Кроме электронно-лучевых существуют также плазменные дисплеи, которые строятся на принципе тлеющего разряда, возникающего в разреженном газе между двумя проводниками, к которым приложено электрическое напряжение. Преимуществами плазменного дисплея является то, что он, во-первых, не требует буферного запоминающего устройства для поддержания изображения, во-вторых, плоский прозрачный экран позволяет дополнять изображение любыми картинками, проецируемыми с помощью видеопроектора.
Единственный недостаток алфавитно-цифровых дисплеев, отсутствие документированного диалога, может быть восполнен специальной программой, осуществляющей параллельный вывод и печатание информации на любое, подсоединенное к ЭВМ, печатающее устройство.
Принципы функционирования графических дисплеев не отливаются от алфавитно-цифровых. Отличительные особенности их состоят в возможности высвечивания на экране любых графинов и рисунков, что достигается за счет большей разрешающей способности графических дисплеев и наличия генераторов векторов различных длины и направлений, а также светового карандаша, с помощью которого на экране дисплея можно выполнять различные корректировки как графической, так и алфавитно- цифровой информации. Основные характеристики дисплеев приведены в табл. 3.3.

Таблица 3.3. Основные технические характеристики дисплеев

Поскольку технико-экономические показатели терминалов во многом определяют эффективность функционирования САПР, то интенсивно ведутся работы по созданию устройства, которое обеспечивало бы комфорт проектировщику, высокое качество изображения, многоцветность изображения, возможность сколь угодно длительного хранения информации без регенерации и ухудшения качества, селективное стирание частей информации.
В то же время такое устройство должно быть недорогим, легким, иметь большую поверхность отображения. Кроме отмеченных выше плазменных дисплеев этим требованиям в определенной степени удовлетворяют плоские панели на электролюминесцентных диодах, панели на светодиодах и др.
Большее внимание при создании САПР уделяется устройствам ввода — вывода графической информации, что объясняется эффективностью графического способа общения человека с ЭВМ. Это обусловлено физиологической способностью человека наилучшим образом воспринимать графическую информацию — скорость ее восприятия 4-106 бит/с, тогда как при чтении текста человек воспринимает только 4-102 бит/с. Человек способен без труда выявить многие качественные и количественные отношения и связи в графическом представлении информации, которые не воспринимаются в массе цифрового материала.
Основу современных технических средств машинной графики составляют графопостроители, которые могут работать как автономно, так и управляться ЭВМ. В первом случае в качестве промежуточного носителя информации используется перфолента или магнитная лента, во втором графопостроитель подключается к каналу стандартного сопряжения с ЭВМ (рис. 3.3). Сравнивая эти два режима, можно отметить, что в автономном режиме время загрузки ЭВМ зависит от скорости записи информации на промежуточный носитель и плотности упаковки информации. Это время, как правило, существенно меньше, чем при прямой связи с ЭВМ, когда задача находится в оперативной памяти не только в процессе собственно расчета изображения., но и в течение его вывода на графопостроитель. Другими достоинствами автономного режима являются следующие возможности: копирование чертежей; предварительное нанесение на чертеж каких-либо неизменных контуров; создание архива рисунков, позволяющего получить их композиции без использования ЭВМ.
Однако применение автономного режима требует дополнительной аппаратуры и, что весьма важно, снижает надежность САПР как в техническом, так и в организационном отношении [42].

Рис. 3.3. Функциональная схема графопостроителя:
УВМЛ — устройство ввода магнитной ленты; УВПЛ — устройство ввода перфоленты

Рис. 3.4. Исполнительный блок графопостроителя планшетного типа:
1 — плавка; 2 — бумага; 3 — каретка; 4 — самописец

Рис. 3.5. Исполнительный блок графопостроителя рулонного типа:
1— планка; 2— бумага; 3 —каретка; 4 — самописец; 5 — валик

Процесс нанесения чертежа на носитель происходит в исполнительном блоке графопостроителя, который технически выполняется в двух вариантах: планшетном (рис. 3.4) (каретка с пишущим узлом и планка по командам могут совершать фиксированные перемещения) и рулонным (рис. 3.5) (планка неподвижна, а валик совершает угловые перемещения, передвигая бумагу). В рулонном варианте бумага зафиксирована перфорацией, а в планшетном — ее фиксация осуществляется магнитными линейками или вакуумными присосками.

Пишущий узел графопостроителя имеет перьедержатели, в которых закрепляются специальные самописцы (шариковые стержни, фломастеры, фрезы, резцы и т. д.). Каждый самописец, число которых, как правило, не превышает 3—6 шт., предназначен для вычерчивания линий и символов только одного цвета и определенной толщины. Управление ими (опускание для нанесения линий, поднимание при переводе в нужное место без оставления следа и т. д.) осуществляется по командам блока управления графопостроителя.
Рассмотренные графопостроители относятся к электромеханическому типу и показаны на рис. 3.6, а их основные характеристики приведены в табл. 3.4.

Рис. 3.6. Общий вид рулонного и планшетного графопостроителей

Таблица 3.4. Основные технические
Характеристики электромеханических графопостроителей

Электромеханические графопостроители имеют ряд важных достоинств:   высокую точность построений, высокую разрешающую способность, возможность получения твердого документа, практически неограниченные размеры чертежа, простоту воспроизведения линий различного цвета и ширины, высокое качество линий и символов. Недостатками являются низкая скорость воспроизведения информации, большой габарит и относительно высокая стоимость, невозможность исправления сбоя в процессе вычерчивания документа.

Рис. 3.7. Исполнительный блок электрохимического графопостроителя

Наряду с электромеханическими в последнее время в САПР все более широкое распространение получают электрохимические и электротермические графопостроители. В качестве пишущего узла в электрохимическом автомате используют гребенку 1 электродов 2 (рис. 3.7). Изображение воспроизводится на рулоне специальной электрохимической бумаги 3, перемещаемой ведущим барабаном 4. Бумага, пропитанная специальным составом, контактирует с одной стороны с электродами гребенки, а с другой — с электродом 5, имеющим форму цилиндра. При подаче напряжения на отдельные электроды гребенки возникает разность потенциалов между этими электродами и цилиндром 5. В результате происходит реакция электролиза, изменяющая окраску поверхности бумаги. Чередуя подачу напряжения на электроды гребенки, можно при непрерывной протяжке бумаги получать любые траектории, соответствующие прямым линиям, дугам окружностей, символам и т. д. Управляет подачей напряжения ЭВМ в соответствии с программой.
Достоинством подобных чертежных автоматов является более высокая скорость изготовления чертежа по сравнению с электромеханическими графопостроителями, а также независимость продолжительности формирования изображения от его сложности и насыщенности линиями и текстами.
Для создания САПР в последнее время начали широко использовать так называемые автоматизированные рабочие места (АРМ), представленные комплексами технических средств в совокупности с математическим обеспечением, которые ориентируются на непрофессионального пользователя. Главное назначение АРМ состоит в следующем:
обеспечении графического диалога между проектировщиком и ЭВМ при решении проектно-конструкторских задач;
разгрузке ресурсов центральной ЭВМ САПР за счет выполнения работ по формированию, редактированию, вводу —выводу графической информации;
автоматизации выпуска проектной, конструкторской и технологической· документации;
автоматизации кодирования исходных данных.
Комплекс АРМ-М (с ориентацией на машиностроение) включает следующие технические средства:

1. Мини-ЭВМ, управляющую работой устройств, осуществляющую связь и обмен информацией между устройствами АРМ и центральной ЭВМ. В качестве мини-ЭВМ, как правило, используются СМ-4, «Электроника 100-25».
2. Графический дисплей со встроенным микропрограммным процессором, выполняющий функции формирования, преобразования, структурной организации графической информации, а также редактирования текстовой информации.
3. Графопостроитель планшетного типа, предназначенный для вычерчивания чертежей и работающий под управлением мини- ЭВМ (в ряде случаев графопостроитель может работать автономно под управлением команд с перфо- или магнитной ленты).
4. Полуавтомат кодирования графической информации (ПКГИО), служащий для полуавтоматического формирования кодового описания чертежей и рассчитанный на кодирование элементов чертежа с указанием типа линий, символов русского и латинского алфавитов, специальных символов и произвольных кривых.

Система команд ПКГИО позволяет «скалывать» чертеж, т. е. преобразовывать его в машинную форму путем фиксации специальным карандашом, входящим в комплект ПКГИО, опорных точек элементов чертежа: точек, дуг, окружностей и т. д. Устройство дает возможность ускорить в 5—6 раз кодирование чертежа по сравнению с ручным способом кодирования. ПКГИО выполняются в виде дискретных, емкостных систем планшетного типа с высокой разрешающей способностью. ПКГИО могут работать как с ЭВМ, так и в автономном режиме. В последнем случае информация выводится на перфоленту, которая впоследствии может быть использована. Рабочее поле ПКГИО — планшет размером до 1000X1000 мм с координатной сеткой из двух взаимно перпендикулярных шин проводников. В процессе работы ПКГИО шины возбуждаются электрическими импульсами тока. Временная последовательность таких импульсов в каждой шине однозначно характеризует ее координату. Карандаш, индуктивно или емкостно связанный с шинами, фиксирует кодовую последовательность в ближайшей к нему шине, позволяя однозначно определить ее положение на планшете, после чего вычисляются координаты этой шины, которые в цифровом коде передаются в ЭВМ.

1. Алфавитно-цифровой дисплей, применяемый в качестве системной консоли для выдачи инструкций проектировщику, ввода директив и редактирования алфавитно-цифровой информации.
2. Накопитель на магнитном диске кассетного типа с устройством управления, обеспечивающий запись, хранение и воспроизведение информации.
3. Пишущую машинку.
4. Устройство ввода — вывода информации с перфоленты.

Рис. 3.8. Двухуровневая организация технических средств САПР
На базе АРМ может функционировать локальная САПР. Однако наиболее эффективной является многоуровневая организация вычислительных средств САПР. В этом случае мини-ЭВМ АРМ выполняет функции периферийного процессора, управляющего работой вышеперечисленных устройств АРМ, и связана с вышестоящей ЭВМ (как правило, ЕС ЭВМ) с помощью специального устройства связи вычислительных машин (рис. 3.8).