Четверть века с отвёрткой в руках

8. ЭВМ в промышленности – СМ-4

Летом 1986 года у нас была очередная летняя практика. Я проходил ее на опытном заводе ВНИИЖТа (Всесоюзного НИИ железнодорожного транспорта). ВНИИЖТ занимает целый квартал в районе метро "Алексеевская" (тогда "Щербаковская") рядом с платформой "Москва-3" Ярославского направления. Сам ВНИИЖТ вёл почти все научно-технические разработки для МПС, а опытный завод обеспечивал изготовление опытных образцов и мелкосерийное производство. Мы попали в тот отдел завода, который занимался изготовлением электроники (разработкой занимались отделы ВНИИЖТа). Часть наших студентов отправили в цех сборки паять платы, а я и ещё несколько человек попали в отдел АСУ (не помню точного названия), который занимался разработкой и изготовлением печатных плат. Точнее, задачей отдела являлась автоматизация процесса подготовки фотошаблонов для изготовления печатных плат и автоматизация сверления отверстий в уже протравленных платах. Народу в отделе было немного, но люди были молодые, дружные, и естественно, выпускники МИИТа. Начальником отдела был Михаил – парень лет 30–35. Он же занимался обслуживанием и ремонтом вычислительной техники – ЭВМ СМ-4, графопостроителя, планшетов для графического ввода разводки печатных плат и кое-какого другого оборудования. Время от времени приходили из других подразделений завода с просьбой починить что-то электронное. Когда нам предложили на выбор – паять или быть при ЭВМ, я захотел быть при ЭВМ: менее формальная работа, больше свободы, да и вообще интереснее.

Технологический маршрут изготовления фотошаблонов был примерно следующий: разводка печатной платы поступала из ВНИИЖТа в виде миллиметровки в масштабе 1:2 или 1:4. Она превращалась в электронный вид на планшетах для графического ввода – электронная доска типа чертежной размером примерно метр на метр. На ней крепилась миллиметровка с разводкой, и данные о разводке скалывались – то есть специальным карандашом с проводком надо было ткнуть в контактную площадку, при этом вводились ее координаты, потом надо было задать один из фиксированных типов площадки – размер и форму, затем надо было тыкаться карандашом во все точки изгиба дорожки, при этом вводились их координаты, по которым можно было бы затем построить это дорожку. И так надо было ввести всю печатную плату. Данные выводились на перфоленту, которая потом вводилась в СМ-4. Сама СМ-4 была укомплектована накопителями на ленте СМ-5300, на сменных магнитных дисках на 27МБайт, и перфоратором для вывода на перфоленту. Кажется, было еще АЦПУ, но им практически не пользовались, так как при печати шум был такой, что в комнате разговаривать было невозможно. Сколотые с планшета данные СМ-ка превращала в управляющую информацию для координатографа – устройства в виде стола или скорее двуспальной кровати размером примерно 3 на 4 метра, который управлялся стойкой с фотосчитывателем перфоленты. Управляющая программа состояла из кадров – набора последовательных операций для координатографа. Один кадр – простейшая операция: провести линию от точки до точки, задать ширину дорожки, задать форму площадки. Координатограф мог рисовать на бумаге цветными чернилами, а мог выводить рисунок печатной платы в реальном масштабе на фоточувствительную пленку при помощи специальной фотоголовки. Сначала готовили перфоленту с управляющей командой на СМ-4, и делали пробный вывод на бумагу. Потом проверяли, правильно ли была сколота информация, правильно ли всё выводится, и вносили коррективы. Что-то серьёзное правили на СМ-ке, а небольшие изменения вносили прямо в управляющую перфоленту – находили нужный кадр, который выполнял неверную операцию, и изменяли его прямо на ленте: пробивали недостающее отверстие или заклеивали лишнее. Отверстие пробивали специальным ручным перфоратором – это небольшая стальная пластинка с зажимом, куда зажималась перфолента. В пластинке были просверлены отверстия, и глядя на просвет, можно было видеть, где пробиты отверстия в ленте, а где нет. Недостающее отверстие пробивалось специальным стальным стерженьком. Лишние отверстия заклеивали бумажными кружочками, которые брали из перфоратора, их приклеивали скотчем. Ручной перфоратор лежал на стойке управления координатографом и считался очень ценным прибором, брать его без спросу не разрешалось. После того, как правильность управляющей программы проверялась на выведенной на бумагу разводке, и убеждались, что всё в порядке, начинался вывод на светочувствительную плёнку. В координатограф заряжали плёнку, ставили фотоголовку, и закрывали координатограф специальным непрозрачным чехлом чёрного цвета. Вывод схемы на плёнку мог продолжаться несколько часов. Потом плёнку несли проявлять, и уже где-то в другом месте с неё изображение переносили на фольгированный текстолит, а затем травили его. Если печатная плата была двусторонней, то делали две плёнки – на каждую сторону. Потом на СМ-ке готовилась программа для сверлильного станка, который автоматически сверлил отверстия в уже протравленных печатных платах. Сверлильный станок был американским, по-моему, это было единственное импортное оборудование на всём заводе. В принципе, были и отечественные сверлильные станки, но они были ненадежными и неточными, поэтому правдами и неправдами добыли американский. Остальное оборудование работало вполне удовлетворительно, и в месяц отдел изготавливал фотошаблоны более чем для десятка плат, точное число зависело от размеров и сложности самих плат.

В принципе на СМ-ке была программа для автоматической трассировки печатных плат, но, насколько я понял, ей не пользовались. Этому было несколько причин. Во-первых, платы заказывал один из отделов ВНИИЖТа, а делать за них разводку никто не горел желанием. Во-вторых, многие платы были довольно простыми, и развести их вручную было быстрее, чем на ЭВМ. И в-третьих, для автоматической разводки пришлось бы плотно общаться с программистом при СМ-ке (не помню, как его звали). Это был себе на уме малый неформальной внешности и ещё более неформального поведения. Слушался он только Михаила, начальника отдела, а к остальным относился снисходительно. С нами, студентами, он вообще не находил нужным общаться. При нас с этим программистом произошёл один случай, который дал нам повод позлорадствовать. Однажды на всем заводе вырубилось электричество. Естественно, встала и СМ-ка. Но когда электричество включили, выяснилось, что накопитель на сменных жёстких дисках не работает. Михаил с программистом сидели полдня, и вроде разобрались. А дело было вот в чём. СМ-овский накопитель на сменных жестких дисках монтировался в стойке СМ. Пакет сменных дисков представлял из себя несколько магнитных дисков диаметром сантиметров 40, высота пакета сантиметров 8. Пакет хранится в белой пластиковой банке, из которой в нужный момент извлекается и помещается в накопитель. Накопитель для этого выдвигается из стойки по специальным направляющим. После того, как пакет сменных дисков помещен в накопитель, и накопитель задвинут в стойку, диски начинают раскручиваться, и когда они достигнут определенной скорости, то сбоку на специальных коромыслах выдвигаются магнитные головки. Головки парят над магнитными дисками за счёт воздушного потока, создаваемого вращением. Такой же принцип используется и в современных жестких дисках, только тогда размеры были побольше и герметичность не требовалась. Для смены пакета головки отводились в сторону и диски останавливались. Скорость вращения была большой – несколько тысяч оборотов в минуту, и поэтому шум от накопителя был сильный. Если диски останавливались, когда головки не были убраны, то воздушный поток прекращался, и головки падали на магнитные диски, что было аварийным случаем. Именно это и произошло на СМ-ке, когда отключилось электричество. Разумеется, это было предусмотрено конструктивно, и в накопителе стояли могучие электролитические конденсаторы на несколько тысяч микрофарад, их заряда должно было хватить на то, чтобы отвести головки в зону парковки при внезапном пропадании электричества. Сами диски при этом какое-то время вращались бы за счет инерции. Так вот, этот наш программист эти самые конденсаторы отключил, когда однажды копался в накопителе, и поэтому, когда пропало напряжение, головки не отвелись, и когда скорость вращения дисков снизилась, головки упали на поверхность дисков, пропилили там борозды в магнитном слое, и за счёт разогрева от трения прилипли к поверхности дисков. Мало того, что испортился пакет жёстких дисков на 27 МБайт со всей информацией, так его ещё нельзя было вытащить из накопителя – головки были между дисков, а пакет надо за специальную пластмассовую ручку поднять вверх. Михаилу с программистом пришлось целый день разбирать накопитель, чтобы выковырить пакет дисков. Головки, кажется, не пострадали. Уж не знаю, что Михаил сказал программисту, но тот несколько дней ходил скромный и вежливый, и даже успел нам что-то рассказать о машине.

Поскольку было лето, и операторы планшетных вводов были в отпусках, наших девчонок поставили скалывать миллиметровки, сложного в этом ничего не было, и они освоили этот процесс за пару дней. А меня, как человека, склонного к тому, чтобы покопаться в аппаратуре, Михаил оставил при себе на всякий случай. Случай представился в ближайший понедельник с утра – пришел рабочий, оператор электроэрозионного станка из цеха на первом этаже, и попросил посмотреть станок. Электроэрозионный станок позволяет делать отверстия и выемки сложного профиля за счет электрической эрозии металла в масляной ванне. Рабочий инструмент опускается в масляную ванну, где находится заготовка, между инструментом и заготовкой остаётся небольшой зазор, к заготовке и инструменту прикладывается переменное напряжение вольт на 50 высокой частоты (несколько сот килогерц). Между инструментом и заготовкой начинают проскакивать голубые искорки, и вскоре в заготовке образуется углубление, полностью повторяющее форму инструмента. Так вот, этот станок перестал делать искорки, а делал электрическую дугу вроде электросварки. Поскольку высокочастотное напряжение делалось электронным блоком, то из цеха пришли к Михаилу, как к человеку, понимающему в электронике. В принципе Михаил мог послать их подальше, так как станки были не по его части, но ему тоже иногда приходилось обращаться в цех, чтобы сделать что-то для отдела, и он согласился посмотреть. Выяснив, что я знаю, что такое электроэрозионный станок (я совершенно случайно когда-то прочитал об этом в каком-то учебнике для техникума), Михаил прихватил тестер, инструменты и меня, и отправился в цех. Надо сказать, что размеры блока электроники и обилие масла на всём, чём только можно, меня сильно смутили, но уважительные взгляды рабочих внушили мне уверенность в своих силах. Надо сказать, что это было опытное производство, и тамошние рабочие могли сделать почти всё, что только можно сделать из металла. Когда такие люди смотрят на тебя уважительно, это обязывает. Станок был отечественный, и довольно новый, к нему была документация с электрической схемой и осциллограммами. Мы с Михаилом сходили за осциллографом, и стали мерить контрольные точки. В принципе в институте нас учили пользоваться осциллографом, но уделяли этому не очень много внимания, поэтому если не знать это заранее, то научиться было нельзя. Я читал радиолюбительские книжки, и поэтому примерно представлял, как снимать осциллограммы. Провозившись до обеда, Михаил к этой затее сильно охладел, кроме того, у него же были и свои дела. Увидев, что я умею пользоваться осциллографом и отвёрткой (отверткой я научился пользоваться во дворе 4-го корпуса МИИТа, когда потрошил выброшенную аппаратуру, а когда отвертки не было, отворачивал болтики копейкой), и сильно не наврежу, Михаил предупредил рабочих, что после обеда станок починять будет студент, а у него дела. После обеда я в одиночку под скептические взгляды рабочих стал щупом тыкать в электронные схемы. Блок электроники представлял из себя железный ящик, где в направляющих стояло шесть плат размером примерно 30 на 30 см – плата задающего генератора, и пять одинаковых силовых плат, работающих в параллель, чтобы обеспечить большой ток. На каждой силовой плате было по шесть силовых транзисторов типа КТ805 на радиаторах. С платой задающего генератора было всё в порядке, а на силовых платах осциллограммы даже отдалённо не напоминали то, что было нарисовано в документации. Когда я проверял тестером каждую плату в отдельности, с ними было всё в порядке, когда вставлял их все в блок и включал станок – опять получалась электрическая дуга. Начал я в понедельник, а к среде рабочие окончательно потеряли ко мне интерес, только с утра зашли к Михаилу и спросили, как дела. Тот спросил у меня, я пожал плечами, и Михаил ответил рабочим, что, мол, в процессе, ждите. В четверг к обеду я понял, что от осциллографа толку нет, и надо от приборов переходить к здравому смыслу. После обеда и применил метод, который раньше обычно меня не подводил – метод научного тыка. Я вытащил все силовые платы, кроме одной, и включил станок – все заработало как надо, вокруг инструмента появились голубые искорки. Через пять минут я выяснил, что неисправна только одна силовая плата, еще через пять – что пробило четыре силовые транзистора из шести. Я схватил неисправную плату и побежал наверх к Михаилу. Вбежав в комнату, я сказал, что всё, нашёл, в чем дело. Наверное, я говорил очень громко и возбуждённо, потому что все заулыбались. Короче, через час станок работал как надо. Всю эту эпопею я рассказал для того, чтобы объяснить, каким образом я заслужил право ремонтировать компьютеры. Только после этого Михаил пускал меня с осциллографом внутрь стоек. От работоспособности аппаратуры зависела работа (и зарплата) отдела, поэтому студентам тренироваться на ней не дали бы, но я заслужил.

Следующей работой, которую мне поручил Михаил, был ремонт накопителя на магнитной ленте СМ-5300. Накопитель стоял в СМ-ской стойке, две катушки – слева подающая, справа приемная – располагались горизонтально и закрывались крышкой из затемнённого оргстекла. Сверху, над крышкой, располагались прямоугольные подпружиненные кнопки, в частности "Загрузка" и "Разгрузка". Чтобы заправить ленту, надо было отмотать с подающей катушки примерно метр ленты, заправить ее в щель перед головкой, надев при этом на несколько рычагов, стабилизирующих натяжение, и закрепить на приемной катушке, намотав на нее несколько витков. Схема заправки ленты на стабилизирующие рычаги была нарисована на крышке. После заправки ленты надо было нажать клавишу "Загрузка", лента начинала мотаться вперед до маркера начала. Этот маркер представлял из себя кусочек фольги на ленте, который определялся фотоэлементом, расположенным рядом с головкой. Как только определялся маркер начала ленты, перемотка прекращалась и загоралась лампочка "Готово", стабилизирующие рычаги становились в среднее положение и обеспечивали постоянное натяжение ленты. При считывании скорость ленты была примерно 60 см в секунду, и если не обеспечить постоянное натяжение, то получались бы рывки и лента бы порвалась. Неисправность нашего накопителя заключалась в том, что когда после нажатия клавиши "Загрузка" начиналась перемотка, один из стабилизирующих рычагов сразу же уходил в крайнее положение, срабатывала защита, перемотка прекращалась, и незаправленная лента сползала с приемной катушки на пол. К накопителю было подробное описание и принципиальная схема. Сам накопитель был изготовлен в Болгарии, на известной (в то время) фирме "ИЗОТ". Конструкция накопителя была довольно удобная для проведения ремонта – шасси накопителя просто открывалось на петлях как дверь, а на шасси уже была смонтирована электроника и три мотора весьма могучих размеров (один – подающая катушка, второй – приемная, третий – ведущий вал, который тянул ленту при считывании). В открытом состоянии был полный доступ ко всей электронике, и можно было измерять сигналы прямо при работе. Несмотря на то, что накопитель был сделан в Болгарии, большая часть микросхем была советской – 155-я серия.

Так как я уже к тому времени освоил метод научного тыка, с накопителем я справился довольно быстро. Оказывается, положение стабилизирующего рычага определялось с помощью ёмкостного датчика – к рычагу внутри корпуса накопителя была приделана пластина, которая при повороте рычага входила в обкладки конденсатора и изменяла его емкость. Там то ли отошли контакты, то ли ещё чего, но после пропайки всё заработало.

Как я уже писал, всё это происходило летом 1986 года. Тогда в журнале "Радио" публиковали описание и схемы радиолюбительского компьютера "Радио-86", и во время практики я как раз получил номер с принципиальной схемой (я выписывал журнал). Схема была не очень сложная – всего 29 микросхем на двухсторонней печатной плате размером примерно 20 на 30 см. Туда входила вся 580-я серия, а также ПЗУ, ОЗУ и несколько микросхем 555-й серии. Достать такие микросхемы в то время было сложно, а для человека, не вхожего в электронные сферы – практически невозможно. Сейчас это напоминает слова доктора Брауна из "Назад в будущее-2": "Может, в 80-е годы плутоний будет продаваться в аптеках, а у нас, в 50-е, его достать сложно". В то время не было Митинского радиорынка, а сомнительных мужичков у магазина "Электрон" гоняла милиция – боролась со спекуляцией и нетрудовыми доходами. Сейчас невозможно понять, что какие-то детальки нельзя купить, а тогда вариант был один – похитить ("взять") на рабочем месте. До конца практики оставалась неделя, а надеяться, что в течении учебного года я на помойке 4-го корпуса насобираю 580-й серии, было наивно. Поэтому вариант был один – ненавязчиво заглянуть в большой железный шкаф, где Михаил хранил все мелкие радиодетали. На следующий день я торопился на практику так, как будто на экзамен. Первое, что я увидел, войдя в нашу комнату – журнал "Радио" на столе у Михаила. Открыт он был, естественно, на схеме "Радио-86". Второе, что я увидел – замок на дверях железного шкафа с микросхемами. Я понял, что халявы не будет. Все мои попытки подобраться к заветному шкафу кончились тем, что меня сослали в соседнюю комнату приглядывать за американским сверлильным станком, который сверлил отверстия в печатных платах. Михаил не зря оканчивал МИИТ, и он знал, как студенты-радиолюбители достают детали, тем более что после практики их больше здесь никто не увидит. Сам Михаил, похоже, тоже серьёзно задумался над сборкой "Радио-86". В следующем номере журнала была опубликована разводка печатной платы "Радио-86", и я думаю, что Михаил задействовал мощности родного отдела для её изготовления. Свой "Радио-86" я собрал только в начале 1988 года, но тогда сама идея иметь собственный (!!!) компьютер запала в душу.