Управления АЭП

Дискретные элементы и устройства

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=X_s=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=X_R=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. X_S = X_R = 0, то триггер «запоминает» свое предыдущее состояние, что является его важным свойством. Сочетание X_s = X_R = 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.