Лекція 4. Задаючі пристрої і елементи порівняння. Задаючі пристрої розімкнутих систем керування. Задаючі пристрої замкнутих систем керування. Мікропроцесори, контролери та логічні елементи.

 

Носії інформації які містять в собі мету керування називаються задаючими пристроями. Інформація, зафіксована в них, визначає протікання технологічного процесу в об'єкті керування і є програмою роботи. Програма містить відомості про характер руху виконавчих пристроїв, режими роботи об'єкта, різні команди керування та ін..

За способом перетворення інформації задаючі пристрої поділяються на два види: 

- задаючі пристрої розімкнутих систем керування; 

-  задаючі пристрої замкнутих систем керування.

 Задаючі пристрої розімкнутих систем керування

У розімкнутих системах керування використовується один потік інформації — від задаючого пристрою до об'єкта. 

Тому інформація, що зберігається в задаючому пристрої безпосередньо перетворюється в зручну форму для керування виконавчими механізмами.

 Оскільки в розімкнутих системах відсутній контроль за станом об'єкта керування, то збереження задаючої інформації повинне бути досить надійним, а її перетворення - дуже чітким. 

У зв'язку з цим як задаючі пристрої широко використовують перемикачі, різні комутуючі пристрої з механічним набором програм і швидкозмінні носії: мікроконтролери.

Переваги: Простота запису, надійність збереження інформації,  швидкість зміни програми обумовили широке застосування цих носіїв задаючої інформації у цифрових системах програмного керування 

 

До цих пристроїв висувають додаткові вимоги: Вихідний сигнал задаючого пристрою і вимірювального перетворювача, що контролює стан об'єкта керування, повинні мати однакову фізичну природу й обидва сигнали повинні бути зручні для порівняння. 

Промисловість випускає стандартні задаючі пристрої і суматори, що входять у державну систему промислових приладів і засобів автоматизації. 

У системах автоматичного регулювання рівня або витрати води як вимірювальні пристрої використовують поплавкові прилади, що перетворюють регулюючу величину в кут повороту вала. Тому задавачем також має бути вал з регульованим кутом повороту.

В деяких гідравлічних регуляторах задавачем є камера, переміщення поплавка в якій перетворюється в сигнал керування виконавчим органом. Існує багато інших конструкцій задаючих пристроїв у виді клапанів з змінною витратою, імпульсних трубок тощо.

У замкнутих системах з числовим програмним керуванням задаюча інформація виражається програмним кодом, запрограмованого мікроконтролера.

 

Логічний елемент — це електронний пристрій, що реалізує одну з логічних операцій, наприклад, суматор, тригер.

Логічні елементи являють собою електронні пристрої, у яких оброблювана інформація закодована у вигляді двійкових чисел, відображуваних напругою (сигналом) високого і низького рівня.

Термін «логічні» прийшов в електроніку з алгебри логіки, що оперує зі змінними величинами і їхніми функціями, що можуть приймати тільки два значення: «істинно» чи «хибно». Для позначення істинності чи хибності висловлювань використовують відповідно символи 1 чи 0. Кожна логічна змінна може приймати тільки одне значення: 1 чи 0. Ці двійкові змінні і функції від них називаються логічними змінними і логічними функціями. Пристрої, що реалізують логічні функції, називаються логічними або цифровими пристроями.

У системах керування складними технологічними процесами пристрої зберігання і перетворення інформації часто являють собою логічну схему, що реалізує задану логічну функціональну залежність. З алгебри логіки відомо, що будь-яку логічну функцію можна представити сукупністю простих логічних операцій: додаванням (диз'юнкцією), множенням (кон’юнкцією) і запереченням (інверсією). Пристрої, що реалізують ці прості операції з сигналами, називаються логічними елементами.

Логічні елементи характеризуються тим, що вхідні і вихідні сигнали приймають лише два значення. Ці значення умовно позначають математичними символами «0» і «1». За нуль найчастіше приймають низький рівень сигналу, а за одиницю - високий.

Конструктивно логічні елементи поділяються на контактні і безконтактні. Як контактні елементи використовують різні реле. При цьому розімкнутий стан контактів відповідає логічному 0, а замкнутий - логічній 1. Безконтактні елементи будуються на основі напівпровідникових приладів. Існує багато різних схем логічних елементів, з яких найбільш простими є діодні схеми. 

На рис. 4.1,а представлено схему діодного логічного елемента, що виконує операцію додавання сигналів х1 і х2. 

 

Рис. 4.1. Принципова схема напівпровідникових логічних елементів:  а - АБО; б - І; в - НІ.

Дійсно, при подачі на один із входів напруги - Uвх відповідний діод відкривається, і через опір Rн протікає струм. Тому що опір діода в провідному напрямку незначний, то Uвих  Uвх = 1, тобто у=0V1 = 1 або у=1V0=1. Якщо сигнали 1 подати на обидва входи, то вихідна напруга Uвих також буде близькою до - Uвх і у=1V1=1. При відсутності сигналів на обох входах сигналу на виході не буде. Отже, у=1, якщо х1=1 або х2=1; або х1=1 і х2=1. Тому схему, що реалізує операцію логічного додавання, називають елементом АБО.

Логічна схема, що реалізує операцію множення двох сигналів х1 і х2 (рис.4.1,б), працює у такий спосіб. При подачі на один із входів сигналу 0 (Uвх = 0) відповідний діод відкритий і струм протікає через відкритий діод і резистор Rк. Напруга на виході Uвих близька до нуля (у=0). Якщо на двох входах 0, то обидва діоди відкриті і Uвих =0. При подачі на обидва входи сигналів, рівних 1