Лекція №4. Задаючі пристрої і елементи порівняння

Хоча діодні логічні елементи досить прості, їх використовують не часто через те, що сигнали на виході завжди менші сигналів на входах. Цього недоліку позбавлені транзисторні логічні елементи, що одночасно з виконанням логічних операцій підсилюють вхідні сигнали. На рис. 4.1,в показана схема транзисторного елемента, що виконує операцію заперечення  . При відсутності вхідного сигналу (Uвх = 0) транзистор VT закритий позитивною напругою Uзм. Струм колектора і спад напруги на резисторі Rк будуть дуже малі і майже вся напруга джерела живлення Ек прикладається до переходу колектор-емітер і Uвх Eк. Отже, при х=0 у=1. Якщо на вхід подати від’ємний потенціал, який приймають за 1, то транзистор відкривається, опір його зменшується і Uвих знижується до мінімального рівня (частини вольта), прийнятого за логічний 0. Цим забезпечується виконання інверсії   і одночасно підсилюється вихідний сигнал, тому що Uвх < Uвих. Схема, що реалізує операцію заперечення, називається елементом НІ.

 

  Рис. 4.2. Позначення логічних елементів: а – АБО; б – І; в – НІ.

 

Графічні позначення логічних елементів показані на рис. 4.2. При цьому з лівої сторони прямокутника показується стільки лінії, скільки є входів.

З метою уніфікації здійснюють об'єднання діодних і транзисторних логічних елементів. Найбільше поширення одержали елементи АБО-НІ і І-НІ. За допомогою кожного з цих елементів можна реалізувати будь-яку логічну функцію.

Схема діодно-транзисторного елемента АБО-НІ на три входи (рис. 4.3,а) являє собою послідовне з'єднання елементів АБО і НІ. За допомогою діодів VД1-VДЗ виконується операція АБО, а транзистор VT, підсилюючи й інвертуючи вхідні сигнали, реалізує операцію НІ.

У залежності від конструктивного виконання логічні елементи поділяються на мікромодульні й інтегральні. Останні в даний час використовують найбільше часто.

Інтегральні логічні елементи виготовляють методами інтегральної технології у виді плівок або кристалів. Основні переваги інтегральних схем – висока щільність розміщення елементів (до 500 елементів у 1 см2), малі габарити і маса, висока надійність і низька вартість.

 

Рис. 4.3. Принципові схеми базових логічних елементів: а – АБО-НІ (модульна); б – І-НІ (інтегральна).

 

У даний час випускається багато серій логічних елементів та інтегральних мікросхем. У системах автоматики частіше всього використовують серію з базовим елементом І-НІ (рис. 4.3,б). Вхідна частина схеми, виконана на транзисторах VT1-VТ4, реалізує операцію І на чотири входи й одночасно посилює вхідні сигнали. Транзистор VT5 є буферним підсилювачем. Діод VД1 забезпечує динамічну завадостійкість, тому що прискорює розсіювання основних носіїв струму у області бази транзистора VT5. Діод VД2, що має поріг відкриття 6В, забезпечує статичну стійкість. Транзистори VT6 і VT7 утворять вихідний інвертор і виконують операцію НІ. Схема передбачає розширення входів шляхом підключення до виводу Е транзисторного елемента І.

Серія К.511 складається з 11 типів мікросхем: шести логічних елементів І-НІ з різним числом входів, двох елементів НІ, перетворювачів високого рівня напруги в низький і навпаки, двох тригерів, двійково-десяткового лічильника і дешифратора двійково-десяткового коду в десятковий. Напруга живлення мікросхем 15 В, вихідна напруга логічного 0 не більш 1,5 В; логічної 1 - не менш 12 В; вхідний струм логічного 0 не більш 0,48 мА; логічної 1 - не більш 0,005 мА і час затримки не перевищує 400 нс.

 

Застосування логічних схем як елементів автоматичних систем виправдано у тих випадках, якщо програма роботи змінюється рідко. При частій зміні програми або коли формування керуючих впливів зв’язано з обробкою великого числа змінних доцільно використовувати мікропроцесори, що виконують арифметико-логічні операції відповідно до записаної в запам'ятовуючому пристрої програми. Вони складаються з двох основних частин: операційної, у якій виконуються операції над кодами чисел, і керуючої, де формуються сигнали керування.

Мікропроцесори виконують у виді однієї або декількох великих інтегральних схем (ВІС) зі ступенем інтеграції до десятків тисяч компонентів в одному кристалі. Тому вони мають низьку вартість, малі габарити і невисоку споживану потужність, що обумовлює їхнє широке застосування. Операції з числами роблять мікропроцесори універсальними. Для зручності реалізації різноманітних програм випускають мікропроцесори, що виконують дії над вісьми- і шістнадцяти розрядними числами.

 

Програмований логічний контролер (ПЛК) - це спеціалізований мікропроцесорний керуючий пристрій, пристосований до використання безпосередньо у виробничих умовах і програмований на спрощених мовах, доступних користувачам, що не мають спеціальної підготовки із програмування.

Основне функціональне призначення ПЛК - програмно-логічне керування технологічним, транспортним й іншим виробничим устаткуванням дискретної циклічної дії.

До основних його характеристик (параметрів) належать [13]:

•кількість входів-виходів, - визначають максимально можливу кількість контрольованих давачів і керованих механізмів, які можуть бути підключені до ПЛК;

•номенклатура пропонованих модулів вводу-виводу - характеризує можливості адаптації ПЛК різних фірм до умов промислового використання в частині номенклатури й величин живлячих напруг і комутуючих струмів органів керування, давачів і виконавчих механізмів;

•об’єм пам'яті для збереження програм користувача - визначає можливості даного ПЛК у частині створення прикладного програмного забезпечення;

•типи пам'яті: у ПЛК використовуються три види