Комплексная автоматизация с использованием средств вычислительной техники и в первую очередь микропроцессорного управления, позволяет существенно повысить производительность труда и качество выпускаемой продукции, повысить надежность работы оборудования и условия труда обслуживающего персонала.
Многие требования, предъявляемые к ЭП рабочих машин и механизмов при комплексной автоматизации их работы, позволяют выполнить цифровые схемы управления. Они обеспечивают высокие точность и быстродействие работы ЭП и характеризуются надежностью и малым энергопотреблением. Цифровые схемы управления ЭП естественным образом сочетаются с ЭВМ, управляющими технологическими процессами, составляя с ними единую автоматизированную систему управления (АСУ).
Во многих случаях целесообразным оказывается создание смешанных, цифроаналоговых схем управления ЭП, сочетающих в себе наилучшие свойства аналоговых и цифровых (дискретных) элементов и устройств.
Используемые в ЭП цифровые средства можно разделить на следующие группы: логические элементы и триггеры, реализующие простейшие логические операции; цифровые узлы (комплекс элементов), включающие в себя совокупность логических элементов и выполняющих более сложные функциональные преобразования сигналов; цифровые устройства (комплекс узлов), реализующие сложные функции управления ЭП; ЦВМ (комплекс цифровых устройств), являющиеся высшей формой интеграции всех функций по управлению ЭП.
|
|
Несмотря на определенную условность такой классификации, она оказывается удобной при анализе цифровых схем управления ЭП.
Набор дискретных (цифровых) элементов, узлов и устройств управления существенно шире и разнообразнее, чем аналоговых. Так, например, если УБСР-АИ насчитывается около 15 видов функциональных устройств, то УБСР-ДИ имеет более 30 таких устройств, т. е. в 2 раза больше. Рассмотрим основные дискретные элементы и устройства.
Триггер. Это один из наиболее распространенных элементов цифровых устройств управления, обладающий двумя устойчивыми состояниями и способный скачком переходить из одного состояния в другое под воздействием внешнего управляющего сигнала. С использованием триггеров строятся различные логические и вычислительные узлы, а также генерирующие устройства и памяти. Не останавливаясь на технической реализации триггеров, что является предметом изучения курса «Промышленная электроника», рассмотрим их функциональные характеристики.
Триггер состоит из двух логических элементов ИЛИ — НЕ (рисунок 5,а) и работает следующим образом. При подаче входного сигнала X1 = l и отсутствии сигнала X2, выход верхнего элемента устанавливается в состояние Y=0, а нижнего, основного — в состояние Y=1.
|
|
Рисунок 5 - Схемы триггеров
Отметим, что черта над переменной обозначает ее инверсное состояние. Это состояние схемы сохранится при снятии сигнала (Х1=0). При подаче сигнала Х2 = 1 триггер перейдет в другое устойчивое состояние, в котором Y=0, а инверсный Y=1.
R — S - триггер изображен на схеме (рис. 5,б) и ее работа соответствует так называемому статическому асинхронному триггеру. На вход S, получивший свое обозначение от английского слова Set — установка, подается входной сигнал X1=Xs=l, после чего на прямом выходе триггера появляется (устанавливается) единичный сигнал Y= 1, а на инверсном выходе - Y=0. При подаче на вход R, обозначенный первой буквой английского слова Reset—сброс, единичного сигнала X2=XR=1, сигнал по выходу Y переведется на нулевой уровень, т. е. Y=0, а по инверсному выходу — на единицу, т. е. Y=1.
Если на обоих входах сигналы отсутствуют, т. е. XS = XR = 0, то триггер «запоминает» свое предыдущее состояние, что является его важным свойством. Сочетание Xs = XR = 1 запрещено, так как вызывает неопределенное состояние выходов триггера.
Цифровые узлы и устройства по своему функциональному назначению делятся на вычислительные; логические; устройства памяти; элементы согласования; временные устройства; цифроаналоговые преобразователи; устройства ввода — вывода данных; цифровые датчики координат. Рассмотрим состав этих групп и реализацию отдельных, наиболее употребимых узлов и устройств.
К вычислительным устройствам относятся счетчики, сумматоры и компараторы (устройства сравнения).
Счетчик. Это цифровой узел, предназначенный для подсчета числа входных сигналов. Они подразделяются на суммирующие, вычитающие и реверсивные.
Сумматор. Это цифровой узел, выполняющий операцию сложения двух чисел. Обычно сумматор представляет собой совокупность одноразрядных суммирующих схем, работающих в соответствии с таблицей двоичного сложения.
Компаратор. Это цифровой узел, выполняющий функцию сравнения двух чисел А„ и в В результате сравнения определяется истинность одного из соотношений: А = В; А>В; А<В каждое из которых фиксируется единичным сигналом на соответствующем выходе.
Логические цифровые узлы. В этих узлах осуществляются различные логические операции над дискретными электрическими сигналами. К ним относятся распределители импульсов, шифраторы, дешифраторы и мультиплексоры.
Дешифратор (декодер) осуществляет такое преобразование сигнала на и входах, при котором на одном его выходе вырабатывается сигнал 1, а на всех остальных сохраняются сигналы, равные 0. Обратную операцию выполняет шифратор, преобразующий единичный сигнал на одном из входов в двоичное число на нескольких выходах.
Мультиплексор — цифровой узел, обеспечивающий передачу сигналов с нескольких входных линий в одну выходную. Выбор входной линии производится с помощью управляющего импульсного сигнала (кода), подаваемого на управляющие входы мультиплексора. Мультиплексор может быть выполнен на основе схемы дешифратора путем ее небольшого преобразования.
Устройства памяти. Эти устройства предназначены для запоминания, хранения и выдачи информации.
К ним относятся регистры, матрицы-накопители и запоминающие устройства (ЗУ): оперативные (ОЗУ) и постоянные (ПЗУ).
Регистр предназначен для записи, запоминания и выдачи многоразрядного двоичного числа и выполнения над ним некоторых несложных логических операций.
Запоминающее устройство (ЗУ) обеспечивает хранение больших объемов информации. ЗУ, обеспечивающие многократную запись и считывание информации, получили название оперативных запоминающих устройств (ОЗУ). Особенность ОЗУ состоит в том, что оно хранит информацию только при наличии питания, а при его потере информация теряется.
|
|
ЗУ, предназначенные для постоянного хранения единожды записанной информации, получили название постоянных запоминающих устройств (ПЗУ). Эти устройства способны сохранять записанную в них информацию и при потере питания. ПЗУ характеризуются большим объемом хранимой информации, более простыми по сравнению с ОЗУ схемами и меньшим энергопотреблением.
Временные устройства. К ним относятся генератор эталонной частоты, служащий для выработки тактовых импульсов частотой 100—500 кГц (I исполнение) или 1—5 мГц (II исполнение), а также мультивибратор универсальный с частотой выходного сигнала до 200 кГц.
Цифроаналоговые устройства. В их состав входят: преобразователь код — напряжение (ПКН), преобразующий двоичный или двоично-десятичный код в напряжение постоянного тока; преобразователи частота—напряжение (ПЧН) и напряжение—частота (ПНЧ), осуществляющие преобразование частоты следования импульсов в напряжение постоянного тока и обратное преобразование.
Устройства согласования. Они обеспечивают согласование сигналов узлов и устройств УБСД-ДИ с релейно-контакторной аппаратурой управления ЭП, усиление выходных сигналов логических узлов и гальваническую (потенциальную) развязку электрических цепей.
Кроме того, в состав УБСР-ДИ входят вспомогательные узлы ввода — вывода информации и блоки питания.
На базе рассмотренных цифровых узлов в рамках УБСР-ДИ разработаны типовые блоки управления, позволяющие выполнять сложные арифметические и логические операции. К ним относятся блоки для обработки цифровой информации (формирователь чисел, дискриминатор чисел, арифметическое устройство) и частотных сигналов (генератор частотных сигналов, цифровой интегратор, управляемый делитель частоты), преобразования кода числа в частоту и частоты в код числа, ввода и вывода информации (регистры памяти входной и выходной, формирователь сигналов импульсных и кодовых датчиков положения, усилители выходные) и связи с аналоговыми элементами схем управления ЭП.
|
|