Устройство для программного управления

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах и устройствах программного управления, - обеспечивающих контроль и коррекцию информации, поступающей от датчиков. Цель изобретения - повьшение достоверности функционирования и расгаиренне области применения. Устройство содержит блок 1 управления, первый 2, второй 3, четвертый 4, третий 5 блоки памяти, первый 6 и второй 7 аналогоцифровые преобразователи (АЦП) пер- S с tsD О)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО11ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4221291/24-24

} (22) 03.04.87. (46) 23.10,88.Бюл. 9 39 (72) С.С.Иощицкий, Г.H.Тимонькин, В.С.Харченко, С.H.Òêà÷åíêo, В.А.Ткаченко и В.П.Охматенко (53) 621.503.55 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

ll 999018, кл,О 05 В 19/08,. 1982.

Патент США ll 4109 185, кл.318-571, 1978.

Патент Великобритании Р 1507537, кл. СЗН, 1978.

Авторское свидетельство СССР

У 1242945, кл. G 05 В 19/08,1986. (5l) 4 G 05 В 19/18 19/08 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРА1ФШОГО

УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах и устройствах программного управления,обеспечивающих KQHTpоль и коррекцию информации, поступающей от датчиков.

Цель изобретения — повышение достоверности функционирования и расширение области пр н енения. Устройство содержит блок 1 управления, первый 2, второй 3, четвертый 4, третий 5 блоки памяти, первый 6 и второй 7 аналогоцифровые преобразователи (АЦП) пер1432 161 вый 8, второй 9 и третий 10 цифроаналоговые преобразователи (ЦАП.1, первый ll и второй 12 блоки ввода, первый 13, второй 14, третий 15 сумматоры, первый 16, второй 17 третий 18, четвертый !9 и пятый 20 регистры, преобразователь 21 прямого кода в дополнительный, коммутатор 22, пер-. вый 23 и второй 24 датчики, первый

25 и второй 26 выходы управления и первый 27, второй 28, третий 29 и ! четвертый 30 выходы синхронизации блока 1 управления, информационный выход 31, выходы аварии 32 и ошиб1

Изобретение относится к автомати-ке и вычислительной технике и может быть использовано в системах и уст:.ройствах программного управления, обеспечивающих контроль и коррекцию 5 информации, поступающей от датчиков параметров.

Цель изобретения — повышение достоверности функционирования и расшире-! ние области применения °

На фиг.l показана функциональная

1 схема устройства для программного управления с контролем; на фиг.2 и 3— функциональные схемы блоков управления и ввода соответственно; нафиг.4—

l5 временная диаграмма работы устройства, Устройство (фиг.l) содержит блок 1 управления, первый 2, второй 3, четвертый 4 и третий 5 блоки памяти, первый 6 и второй 7 аналого-цифровые преобразователи (АЦП), первый 8, второй 9 и третий 10 цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), первый 11 и второй 12 блоки ввода, первый l 3,,второй 14 и третий 15 сумматоры, первый

16, второй 17, третий 18, четвертый 19

19 и пятый 20 регистры, преобразователь 21 прямого кода в дополнительный, коммутатор 22, первый 23 и второй 24 30 датчики параметров, первый 25 и второй 26 выходы управления и первый 27, второй 28, третий 29 и четвертый 30 выхоДы синхронизации блока управления, информационный выход 31, выходы аварии 32 и ошибки 33 первого блока ки 33 первого блока 2 памяти, информационный выход 34, выходы аварии

35 и ошибки 36 второго блока

3 памяти, информационный выход 37, выходы аварии 38 и ошибки 39 третьего блока 5 памяти. Выходы первого 8, второго 9 и третьего 10 цифроаналоговых преобразователей являются первым, вторым и третьим выходами устройства.

Такое выполнение устройства для программного управления позволяет повы", сить достоверность функционирования и расширить область применения.

1 э.п. ф-лы, 4 ил.

2 памяти, информационный выход 34, вь1ходы аварии 35 и оа1ибки 36 второго блока 3 памяти, информационный выход

37, выходы аварии 38 и ошибки 39 третьего блока 5 памяти.

Блок управления (фиг.2) содержит счетчик 40 синхронизации, первый 41, второй 42 и третий 43 счетчики ошибок, регистр 44 аварии, генератор 45 импульсов, триггеры пуска 46 и управления 47, дешифратор 48, первый 49, второй 50, третий 51, четвертый 52, пятый 53, шестой 54, седьмой 55, восьмой 56 и девятый 57 элементы И, элемент ИЛИ 58, первый 59, второй

60, третий 61 элементы ИЛИ-HF., элемент HE 62, тумблер 63, переключатель 64, первую 65.1 и вторую 65.2 кнопки и элемент 66 задержки.

Блоки 11 и 12 ввода содержат резистор 67 и реле 68.

Блок управления предназначен для синхронизации работы основных узлов схемы, управления коммутацией цепей передачи информации устройства и организации контроля функционирования.

Принцип действия блока 1 управления состоит в следующем.

В исходном состоянии элементы памяти обнулены. Цепи установки исходного условия не показаны. По нажатию кнопки 65. "Пуск" триггер

46 устанавливается в единичное состояние и разблокирует генератор 45 импульсов ° Импульсы с выхода генератора 45 импульсов поступают на

1432461 входы элементов И 50 и дешифратора

48. Если устройство работает в режиме "Основное функционирование, т.е, реализует процесс управления пере> 5 ключатель 64 находится в исходном положении и элемент И 49 закрыт нулевым сигналом. В результате элемент

И 50 и дешифратор 48 открываются по инверсному входу. Импульсы поступают на счетный вход счетчика 40, который совместно с дешифратором 48 формирует четыре сдвинутых во времени последовательности импульсов (фиг.4) на выходах 27 — 30 устройст-)5 ва.

В данном режиме периодически появляющиеся единичные сигналы на выходе элемента ИЛИ-НЕ 59 не блокируют работу элемента И 50. 20

Кроме того, по импульсам с нулевого и первого выходов дешифратора

48, проходящим через элемент ИЛИ 58, триггер 47 формирует управляющие сигналы на выходе 26 (фиг.4). 25

Останов работы устройства осуществляется при нажатии кнопки "Стоп"

65.2, либо по сигналу "Авария" с выхода элемента ИЛИ-НЕ 60, или по сигИ if налу Переполнение ошибки с выхода 30 элемента ИЛИ-. НЕ 61.

Сигнал нулевого уровня "Авария" формируется при установке одного из . триггеров регистра 44 в единичное состояние по входам 32,35 и 38. Нуле-35 вой сигнал "Переполнение ошибки" является следствием переполнения одного из счетчиков 41 — 43. Счетчики

41 — 43 осуществляют подсчет сигналов ошибки, поступающих по входам

33,36 и 39 блока 1 управления через элементы 52,54 56. Коэффициент деления счетчиков 41 — 43 выбирается исходя из учета допустимого числа сигналов сшибки, выданных подряд с выходов 33, 36 и 39 блоков 2,3 и 5 памяти. При исчезновении сигналов ошибки происходит обнуление счетчиков 41 — 43 импульсами, по".òóïàþùèми с, третьего выхода дешифратора 48 через элементы И 53, 55 и 57.

В режиме "Контроль" блок 1 -управлейия работает аналогично описанному, Отличие состоит в следующем. Тумo— лер 63 замыкается и "+" исто -.н.-ска пи55 тания выдается на выход 25 для перевода в режим контроля блоков il u

l2 ввода. При этом переключатель 64 остается в исходном нулевом состоянии, если контроль ocушес вляеTcR HH один цикл, или переклн чается в ели ничное состояние, когда KoHTp0$Ih яв— ляется многnø.êлсвым.

Если переключатель 64 подключается к выходу элемента НЕ 62, единичный сигнал приоткрывает элемент И 49.

После нажатия кнопки 65.1 триггер 46 устанавливается в единичное состояние, одна;.о элемент И 49 остается закрь1тым l10 третьему входу на время формирования генератором 45 первого импульса и срабатывания счетч 1ка 40 и элемента ИЛИ-НЕ 59. После того, как в счетчик 40 запишется первый импульс, элемент И 49 закроется нулевь1м сигналом с выхода элемента ИЛН-НЕ 59.

Таким образом, элемент 66 задержки и элемент И 49 обеспечивают разрешение одного цикла работы счетчика

40 при наличии единичного сигнала на выходах переключателя 64, Блоки 2 и 3 памяти предназначены для хранения кодов коррекции информации, поступающей от датчиков 23 и 24.

Старшие разряды информации с выходов

А1Е 6 и 7:подаются на адресные входы блоков 2 и 3. В соответствии с адресом на их выходах появляются коды коррекции (выходы 31 и 34), сигналы ошибки, если код выходов датчика выходит из нормы (выходы 33 и 36), и сигналы аварии, если код с выходов датчиков соответствует аварийной ситуации (выходы 32 и 35).

Блок 4 памяти служит для хранения кодов функции 1>(I „), где I < — скорректированный код датчиков 23 и 24.

Блок 5 памяти осуще твляет хранение кодов управляющих воздействий, выдаваемых на объект управления в соответствии с адресом сигнала ошибки и аварии, формируюшихся на вьгходах 39 и 38.

Блоки 2 — 5 памяти являются запоминающими ПЗУ устройства статического типа и могут быть выполнены на микросхемах 556 РТ5.

А11П 6 и 7 предназначены для преобразования аналоговых сигналов, поступающих с выходов блоков 11 и 12 ввода в цифровые коды, и могут быть реализов".Hû на микросхемах серии К 1107.

ЦАП 8 — 10 служат для преабразо-! вания цифровых кодов с выходов регистров 16, 17 и 20 в аналоговые управляющие сигналы, поступающие на

5 14324 выходы устройства и могут быть выполнены на микросхемах серии К 572.

Блоки 11 и 12 ввода осуществляют коммутацию аналоговых сигналов в со5 ответствии с управляющими сигналами от блока 1 управления. При отсутствии высокого потенциала на выходе 25 блока 1 реле 68 (фиг,3) обесточено H аналоговый сигнал через его нормально замкнутый контакт поступает с вы-хода датчика 23 (34) на выход блока

11 (12) ввода (режим "Основное функционирование").

При подаче высокого потенциала на обмотку реле 68 оно срабатывает и сигнал на выходе блока 11 (12) ввода полностью определяется сопротивлением резистора 67, которое может быть изменено в широких пределах для задания тестового аналогового сигнала требуемой величины (режим

"Контроль" ).

Сумматоры 13 и 14 осуществляют арифметическое суммирование кодов 25

I u I, поступающих с выходов

АЦП 6 и 7,и кодов коррекции Л Т„ и ЛТ,считываемых иэ блоков 2 и 3 памяти соответственно, что позволяет получить откорректированные значе- ЗО ния кодов Т и I zk

Т к Т1 + Т11

Izk Т, + 4Т,.

Необходимость коррекции информации, поступающей от датчиков, может быть вызвана, например, нелинейностями характеристики передаточной функ- 411 ции датчика, амплитуда KOTopblx зависит от величины входного сигнала °

Сумматор 15 реализует функцию арифметического вычитания скорретированного и преобразованного кода, поступа- 45 ющего от первого датчика через блоки

2 и 4 памяти и от второго датчика через блоки 3 и 4 памяти.

Таким образом, на выходе сумматора 15 формируется код, пропорциональный величине а

4 g(Iz<) - P (Т„„).

Сумматоры 13-15 могут быть построены на микросхемах К 155 ИМ 1, Регистры 16-20 предназначены для приема, хранения и выдачи кодов, считываемых из блоков 2-5 памяти и пре61 6 образуемых в процессе функционирования,и могут быть выполнены на микросхемах К 155 ИР 17.

Преобразователь 21 служит для преобразования прямого кода числа в дополнительный, что позволяет реализовать на сумматоре 15 операцию арифметического вычитания, и построен на микросхеме К 115 ПР 6.

Коммутатор 22 управляет передачей информации I >< и I z < с выходов регистров 16 и 17 на вход блока 4 памяти в соответствии с управляющим сигналом с выхода 26 блока 1.

I > U zgvI 2к Uzg

Данный узел устройства может быть построен на микросхемах 564 ЛС 2.

Датчики 23 и 24 служат для преобразования измеряемого (контролируемого ) параметра в электрический аналоговый сигнал. Если такими параметрами являются, например, статическое Р, и динамическое Рррр давления, то в качестве датчиков мсгут быть использованы индуктивные датчики. устройство для программного управления с контролем работает следующим образом.

Возможны два основных режима работы устройства: основное функционирование, в котором реализуются алгоритмы преобразования информации, поступающей от датчиков, в управляющие сигналы (в данном режиме осуществляется также оперативный контроль работы устройства и объекта управления) и тес- товый контроль, в котором производится подача различных аналоговых сигналов с целью самопроверки устройства.

Работа устройства в режиме "Основное функционирование".

В исходном состоянии все элементы памяти обнулены. Цепи установки исходного состояния условно не показаны. Переключатель 64 подключен к нулевому полюсу источника питания, а тумблер 63 находится в разомкнутом состоянии. Блоки 11 и 12 ввода настроены на передачу информации от датчиков 23 и 24 (фиг.3).

После подачи питания и нажатия кнопки "Пуск" 65.1 триггер 46 разрешает работу генератора 45 (фиг.2 и 4) ° В соответствии с описанным алгоритмом на выходах 27-30 синхрониU = f(d(p) Этот код преобразуется затем

ЦАП 10 в аналоговый сигнал и подается на выход устройства.

Затем цикл работы устройства повторяется. Если датчики 23 и 24 формируют сигналы, пропорциональные, например, статическому Р ., и динамическому Р давлениям, то блок 4 памяти может реализовать логарифмическую зависимость для этих откорректированных на узлах 2, 3,13,14 величин

1g Г (P ), сумматор 15 позволяет получить код, пропорциональный к

1g -- —, а блок 5 памяти реализует пт функциональную зависимость числа И, характеризующего отношения скорости движения объекта к скорости звука и зависящего от указанного логарифма к

M = f(1g - - ).

P р,Этот код далее может восприниматься как управляющие воздействия или как предварительный результат обработки информации для устройства управления верхнего уровня.

Останов устройства в данном режиме может быть осуществлен либо при появлении сигналов аварии на одном из выходов 32,35 и 38 блоков 2,3 и 5, свидетельствующих о возникновении аварийной ситуации по одному нз контролируемых параметров, либо нажатием кнопки "Стой 65.2, либо при переполнении одного из счетчиков 41-43 ошиб- ки, что свидетельствует о превьппении числа ошибок по одному из параметров.

Таким образом, в процессе основного функционирования осуществляется контроль объекта, обеспечивающий выявление аварийных ситуаций и многократно выдаваемых ошибок, что свидетельствует либо от отказе датчиков, либо о нарушении процесс; управления. В режиме "Тестовый контроль" работа устройства отличается тем, что тумблер

63 замыкается, блоки 11 и 12 ввода подключают выходы резистора 67 для подачи тестовых аналоговых сигналов.

Если требуется провести один цикл контроля, то переключатель 64 подключается к выходу HE 62 и разблокирует элемент И 49. Благодаря этому при появлении единичного сигнала на

q(I2ê ) („)

По коду Й.Ю, поступающему на адрес ные входы блока 5 памяти, в регистр

20 по синхроимпульсу с выхода 30 блока 1 управления записывается код управряощего воздействия

7 143246 зации блока 1 управления появляются последовательности импульсов.

По импульсу с выхода 27 в регистры

16 и 17 заносятся откорректированные

5 коды информации, поступающей от датчиков 23 и 24 и АЦП 6 и 7 и преобразованной с помощью блоков 2 и 3 памяти и сумматоров 13 и 14 соответственно.

Коды I u I в регистрах 16 и 17 10 хранятся в течение всего цикла отработки информации до поступления очередного импульса с выхода 27 блока 1.

Эти коды, кроме того, поступают 15 на ЦАП 8 и 9, преобразуются в управляющие аналоговые сигналы, подаваемые на выходы устройства.

Задним фронтом импульса с нулевого выхода дешифратора 48 переводится 20 в единичное состояние триггер 47 и формирует единичный сигнал на выходе 26 блока 1. Этим сигналом коммутутор 22 открывается для передачи информации от регистра 16. 25

Импульсом с выхода 28 в регистр

18 заносится код g(I

Задним фронтом этого импульса ", 30 устанавливается в нулевое состояние триггер 47, который перестраивает коммутатор 22 на передачу информации .I „ от регистра 17.

Очередным импульсом с выхода 29 блока 1 в регистр 19 заносится результат обработки информации от датчиков.

Алгоритм ее обработки состоит в следующем. По коду Т„„ в регистре 4о

18 фиксируется код, пропорциональный ч"(?, ),который затем преобразуется в дополнительный код преобразователем 21. Этот код поступает на сумматор 15, где суммируетс» (вычита- 45 ется) с кодом ц (1 к), считываемым из блока 4 памяти после подключения его адресных цепей к выходу регистра

17. В результате на выходе сумматора

15 Формируется код d Ц, равный разности кодов

9 143 выходе элемента ИЛИ-ИЕ 59 после обнуления счетчика 40 обеспечивается бло2461

CO0ТВЕТСТБ Е11 10 > ВЫХОД1! ПЕРВОГО И В ТОрого аналогci-цифровых преобраэоватекировка подачи импульсов от генератора 45. Если требуется провести многоцикловый контроль, то переключатель

64 остается в исходном положении.

В этом режиме вне1пними средствами могут быть проанализированы величины выходных сигналов устройства, а внут-! .ренними средствами с,помощью регистI ра 44 и счетчиков 41-43 произведена ! проверка устройства по выдаче сигна лов аварии и ошибки.

Таким образом сущность изобрете3 ния состоит в повьппении достоверности ! функционирования путем обеспечения возможности периодического тестового ! самоконтроля на основе подачи на вход устройства контролирующих воздействий в различном диапазоне значений сигна-! лов и анализа, в осуществлении встроенного аппаратного контроля устройства и объекта управления по граничным значениям локализации аварийных ситуаций, а также в расширении области применения за счет организации предварительной обработки информации., поступающЕй от датчиков, и ее коррекции.

Формула изобретения

1. Устройство для программного управления, содержащее первый и второй датчики параметров, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первый и второй блоки памяти, первый и второй регистры, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, причем выходы первого и второго цифро" аналоговых преобразователей являются первым и вторым выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности функционирования и расширения обласTH применения, дополнительно содержит блок. управления, третий и четвертый блоки памяти, третий — пятый регистры, первый — третий сумматоры, преобразователь кодов, первый и второй блоки ввода,, третий цифроаналоговый преобразователь и коммутатор„ причем выходы первого и второго датчиков параметров соединены с информационными входами первого и второго блоков ввода соответственно, выходы которых соединены с входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей

1C:

2! I

5. 3

Б. j

1лняормационным входом пят01 О pсг лот ра, выходы ошибки:.ервого, H !OpOI 0 и третьего блоков -.IPìÿòè соединены с четвертым — п1естым входами блока управления соответс:.венно, выход пятоГо реГHcTpF через тоетии цифроаняло говый преобразователь соединен с третьим выход 0!I устройства.

2. Устройство но п.!, .о т л ч а ю щ е е с я тем., To блок управ1 QI1èÿ содержит o÷&T „"ик синхронизi!цтли первый — третий сч= тч-!ки 01пибок, реГистр аварии, генератор и. Иун сов, лей соединены с первыми входами первого и второго "ум1!аторов соотве г"",— венно, выходы которых соеди11ены с информационными входами первого и второго регистров соответственно. выходи старших разрядов первого и в,орого аналого-цифровых преобразователей соединены с входами первого и второго G!IoKQB памяти cOQTBOтственно, информационные выходы которых соединены с вторыми входами первого и втоРОГО СУММbb TOPOII OOO! ice TCTHPHI!0 Vbiхсды аварии первого„ второго и третьегo блоков памяти: оединегп! соответственно с первьпл — третьим входами блока управления, первый управляю>щий выход которого с.оединен с управляющими входа IH I!PpHoi О и вторОГО б;1Окйв

ВВОДа, ВТОРОЙ УПРаВЛЯЮЩИ. 1 ВЫХОД, гоединен с упрг1влчюп1им вход01л коммутатО ра, первый выход синхронизации < сединен с входами синхронизации первого и второго регистров, второй — четвертый вьгходы синхронизации соединены входа;1и си11хр011изации третьегo пятогс ре: истров соответственно вы— ходы первого и второ! î pегистров соед.лнены с входами П-ервого и в-:бурого цифроаналоговых:.p=образователей,-с

IIPPHbIM H BT0PbBI и1ЕЪОвмад1101л1лыми вхо дами коммутатор"-. с 10тв"-тственно., выход которого coepHнен с входо четверпо о блока па!ят1л, выход которого соединен с перин!м входом тр . снего сумматора и с инфор;101плсн и:.,! входом третьего регистра, вьгход которого че рез-преобразователь кодов соединен с вторым входогл третьего суммато-Ра, ВЫХОД КОТОРОГО СОЕДИНЕН С 1лифОРмационны вход01л ч= Tâepòîãо рег -стра.

HbIxop cIeтвертО1.0 регистра соед11.-1ен о

БходОм третьеГО Олока !ПиБ1т1i: 1!нд op""

МаЦИОННЫй ВЫХОД KOTOPOГО СОЕ11И11Е С

1432 триггеры пуска и управления, дешифратор, первый — девятый элементы И, .элемент ИЛИ, первый — третий элементы ИЛИ-НЕ, элемент НЕ, тумблер, переключатель, первую и вторую кнопки, элемент задержки, причем шина положительного потенциала источника питания через тумблер соединена с первым управляющим выходом блока управления,1О первый — третий входы которого соединены с первым — третьим входами ре" гистра аварии соответственно, шина нунулевого потенциала источника питания соединена с нормально замкнутым, а через элемент НЕ с нормально разомкнутыми контактами переключателя, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход первого элемента И соединен с инверсным управляющим входом дешифратора и инверсным входом второго элемента И, выход кото: рого соединен со счетным входом счетчика синхронизации, шина нулевого потенциала источника питания через 25 .первую и вторую кнопки соединена соответственно с единичным входом триггера пуске и первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с нулевым входом триггера пуска, вы- gg ходы счетчика синхронизации соединены с информационными входами дешифратора, первый — четвертый выходы которого . являются первым - четвертым выхода461 12 ми синхронизации блока управления соответственно, выходы счетчика синхронизации через первый элемент ИЛИ-НЕ соединены с вторым входом первого элемента И, выход триггера пуска соединен с входом генератора, выход которого соединен с прямым входом второго элемент,". И и прямым управляющим входом дешифратора, третий вход первого элемента И через элемент задержки соединен с выходом триггера пуска, первый и второй выходы дешифратора соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом триггера управления, выход которого является вторым управляющим выходом блока управления, первый — третий выходы регистра аварии через второй элемент ИЛИ-НЕ соединены с вторым входом третьего элемента И, i-й вход блока управления (i = 4,5,6) соединен с первым входом r-ro и инверсным входом (r+1}-го элементов. И (r=2i-4), выходы которых соединены со счетным и установочным входами j-ro счетчика ошибки (j = i-3) соответственно, выходы первого — третьего счетчиков ошибки через третий элемент KIN-HE

,соединены с третьим входом третьего элемента И, четвертый выход дешифра» тора соединен с вторыми входами четвертого — девятого элементов И.

143с46) 32

О

Юб

1 432461

ЗО

Составитель И.Швец

Редактор А.Козориз Техред Л.Сердюкова Корректор Г.Решетник

Заказ 5438/39

Тираж 866 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

-по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4