Лекция дискретные элементы и устройства управления электропривода

Цифровые схемы управления ЭП сочетаются с ЭВМ, управляющими технологическими процессами, составляя с ними единую автоматизированную систему управления (АСУ).

Используемые в ЭП цифровые средства управления можно разделить на следующие группы: логические элементы и триггеры, реализующие простейшие логические операции; цифровые узлы (комплекс элементов), включающие в себя совокупность логических элементов и выполняющие более сложные функциональные преобразования сигналов; цифровые устройства (комплекс узлов), реализующие сложные функции управления ЭП; цифровые вычислительные машины - ЦВМ (комплекс цифровых устройств), являющиеся высшей формой интеграции всех функций по управлению ЭП.

Основные дискретные элементы и устройства.

Триггер - 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.

R - S-триггер (статический асинхронный триггер) изображен на рис. 1, б. На вход S, получивший свое обозначение от английского слова Set - установка, подается входной сигнал 1, после чего на прямом выходе триггера появляется (устанавливается) единичный сигнал 1, а на инверсном выходе сигнал Y = 0. При подаче на вход R (от английского слова Reset - сброс) единичного сигнала 1 сигнал по выходу Y переведется на_нулевой уровень (У = 0), а по инверсному выходу - на единичный (У = 1).

Рисунок. 1

 

Если на R и S входах сигналы отсутствуют (0), то триггер «запоминает» свое предыдущее состояние, что является его важным свойством..

Если входы триггера связаны с источниками входных сигналов не непосредственно, а через импульсные трансформаторы (RC-цепи и др.), то он реагирует только на перепады (изменения) входных напряжений и не реагирует на их уровень. Такое управление триггером получило название динамического. Если срабатывание триггера происходит при изменении входного сигнала с 0 на 1, то его входы называются прямыми и их условное обозначение показано на рис. 1, в. В противном случае, когда триггер срабатывает при изменении входного сигнала с 1 на 0, его входы называются инверсными и их условное изображение приведено на рис. 1, г.

D-триггер является разновидностью синхронного триггера. На его вход поступает лишь один сигнал X_D. Чтобы получить такой триггер из R - 5-триггера, надо на его вход 5 подать сигнал Х_р, а на вход R - инверсный сигнал. Условное изображение Д-триггера приведено на рис. 1, е.

Т-триггер имеет только счетный вход и управляется импульсным сигналом по этому входу, причем сигнал на выходе триггера изменяется на противоположный при поступлении очередного входного импульса. Такие триггеры нашли свое основное применение в счетчиках импульсов и делителях. Условное обозначение Г-тригге- ра приведено на рис. 1, ж.

Двухступенчатый синхронный R - S-триггер состоит из двух триггеров - входного и выходного, что существенно расширяет его функциональные возможности. При использовании внешних перекрестных связей на его основе можно получить так называемый ЛС-триг- гер, который может работать в режимах R - 5-триггера, D-триггера и T-триггера, т.е. он является универсальным.

С использованием триггеров строятся различные логические и вычислительные узлы, а также генерирующие устройства и устройства памяти.

Цифровые узлы и устройства по своему функциональному назначению подразделяются на вычислительные, логические, устройства памяти, элементы согласования, временные устройства, цифроаналоговые преобразователи, устройства ввода - вывода данных и цифровые датчики координат.

Счетчик -это цифровой узел, предназначенный для подсчета числа входных сигналов. Они подразделяются на суммирующие, вычитающие и реверсивные.

Суммирующий двоичный счетчик последовательного действия (рис. 2, а) состоит из четырех двухступенчатых T-триггеров. Включение и выключение первого триггера (выход У,) производится задним фронтом импульсов входного сигнала Х_п. Включение и выключение остальных триггеров осуществляется задними фронтами импульсов прямого выхода предыдущего триггера.

Совокупность выходных сигналов триггеров У, - У₄ соответствует числу поступивших на счетчик импульсов в двоичной форме представления, причем порядковый номер триггера определяет разряд двоичного числа. Емкость счетчика определяется числом триггеров п по формуле N = 2^п-1, т.е. для рассматриваемой схемы п = 4 и в таком счетчике может быть записано число (Л0_1О = 2⁴- 1 = = (15)₁₀=(1111)₂.

Делитель частоты. Схему, приведенную на рис. 2, а, можно использовать и для деления частоты.

Рисунок 2

Установка счетчика в нулевое исходное состояние (очистка счетчика) осуществляется подачей единичного сигнала X_R на Л-входы всех триггеров.

Реверсивные счетчики обеспечивают как суммирование, так и вычитание чисел, а вычитающие - только вычитание. Эти счетчики строятся по аналогичным схемам.

Устройства памяти предназначены для запоминания, хранения и выдачи информации. К ним относятся регистры, матрицы-накопители и запоминающие устройства.

Регистр предназначен для записи, запоминания и выдачи многоразрядного двоичного числа и выполнения над ним некоторых несложных логических операций.

На рис. 3 приведена схема регистра для хранения трехразрядного числа А. Основу схемы составляют три триггера и шесть логических элементов И, обозначенных &.

Записи предшествует подача на входы R сигнала - 1, который устанавливает нулевые сигналы на выходах триггеров, т. е. «стирает» предыдущее число и подготавливает регистр к записи нового. Запись двоичного числа с разрядами a_Q, a_v а, производится при поступлении сигнала Х_} = 1, который «открывает» входы триггеров для приема числовой информации. Записанное число запоминается и хранится в регистре и при Х_} = 0. Для считывания записанного числа подается сигнал X = 1, который позволяет вывести на выходы Г₀, Г,, У₂ записанные разряды числа А.

Рассмотренный порядок работы схемы, показанной на рис. 3, соответствует вводу числа в регистр в параллельном коде, когда информация записывается одновременно по всем разрядам.

Кроме параллельного, при записи чисел в регистр применяется и последовательный код, который предусматривает ввод числа по одному входу за п тактов, соответствующих п разрядам записываемого числа.

Введение дополнительных связей и логических элементов в регистрах позволяет выполнять такие логические операции, как инвертирование кода, сдвиг числа вправо или влево на требуемое число разрядов, передача чисел в другой разряд и др.