Устройство для программного управления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик в1 987579 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30. 04. 81 (21) 3282526/18-24 с присоединением заявки Но(23) Приоритет—

Опубликовано 070Я33. Бюллетень Йо 1 (Я)М К 3

G 05 В 19/18

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий ЗЗ) УДК 621. 398 (088. 8) Дата опубликования описания 070183 в р.б.твалабеашвили, б.н.хбшвариа и щ,шаббмберилве

l

Тбилисский научно-исследовательский инРтивух,.пфиборофтроения и средств автоматизации (72) Авторы изобретения (71 ) За я в итель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАИМНОГО УПРАВЛЕНИЯ

- Изобретение относится к автомати-. ке и предназначено для управления режимом атомизации атомно-абсорбцион ных спектрофотометров, а также может быть использовано в различных установках, цепи управления которых требуют последовательности сигналов, определенной по заранее заданным законам.

Известно устройство, в котором запрограммированный контроллер вырабатывает управляющие импульсы в повторяющейся временной последовательности, используемые встроенным блоком контакторов для включения и отключения устройства. 1Иежду импульсами малой длительности имеются интервалы для ручного управления. бло- . ком контакторов. Систему можно применять для управления моторами или соленондными клапанами (1 ).

Известно также,програмное задающее устройство, содержащее блок набора временных интервалов, сумматор, блок сравнения, эадатчик точного времени, переключатель программ и шифратор, которое может быть использовано только для автоматического включения аппаратуры в заданное время с повьваенной точ". ностью f2 ).

Наиболее близким к изобретению является программирующее устройство с цифровой индикацией и аналоговым выходом, которое содержит серию пар декадных переключателей, шаговый регистр, счетчик времени, времяза ð дающее устройство со счетчиком, цифро-аналоговый преобразователь, вентильные схем. Устройство управляет эволюцией величины в функции времени посредством одинаковых или различных линейных приращений крутизны 3 1.

Однако s устройстве нет возможности задания градиента выходной функции, невелика точность вследствие чего оио неприменимо для управления режимом атомизации атомно-абсорбционного спектрофотометра.

Целью изобретения является повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство дЛя программного управления, содержащее генератор импульсов, выходом подключенный к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с первыми входами блока постоянной

987579памяти, второй выход — с первыми . входами блока оперативной памяти, вторыми входами подключенного к третьему выходу блока управления и вторым входам блока постоянной памяти, реверсивный счетчик, выходом соединенный с входом цифро-аналогового преобразователя и первым входом блока сравнения, формирователь сигналов, выходом подключенный к третьему входу блока оперативной памяти, и времязадающий блок, введены преобразователь кода, пульт оператора, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, первый и второй регистры и блок контроля и индикации, выходом соединенный с пультом оператора, а входами соответственно с выходами блока управления, формирователя сигналов, преобразователя кода, времязадающего блока и реверсивного счетчика, вход . которого подключен к выходу делителя частоты с переменным коэффициентом деления, первым входом соединенного с выходом блока сравнения, вторым входом — с выходом второго регистра, третьим входом - с выходом генератора импульсов, четвертым входом— с пятым выходом блока управления, первйм входом первого и второго регистров и первым входом времязадающе-30

i"o блока, второй вход которого подключен к первому выходу преобразователя кодов, к второму входу первого и второго регистров, третий вход— к выходу генератора импульсов, чет- 35 вертый вход — к выходу блока сравнения, второй выход времязадающего блока подключен к второму входу блока управления, третьими входами со-. .единенного с первымй выходами пуль- 0 та оператора, второй выход которого через формирователь сигналов подключен к третьему входу .блока оперативной памяти, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым. входами преобразователя кодов, третий

45 и четвертый входы — с первым и вторым выходами блока постоянной памяти соответственно,-а третий выход — свыходом устройства.

На фиг. 1 приведена функциональная .блок-схема устройства, на фиг.2 диаграмма, поясняющая работу устройства; на фиг. 3 -. пример функциональной схемы блока управления; на фиг.4диаграмма, поясняющая работу блока управления; На фиг. 5 — схемы блоков регистра и делителя частоты на фиг. 6 - cxeMa времяэадающего бло" ка; на фиг. 7 - схема блока контроля и индикации. 60

Устройство содержит пульт 1 оператора, формирователь .2 сигналов, блок

3 управления, блок 4 оперативной памяти, блок 5 постоянной памяти, преобразователь 6 кода, времяэадающий 65 блок 7, первый 8 и второй 9 регистры, делитель 10 частоты с переменным коэффициентом, реверсивный счетчик

11, цифро-аналоговый преобразователь

12, блок 13 сравнения, генератор 14 импульсов, блок 15 контроля и.индикации.

Блок 3 управления (фиг. 3) содержит первый 16 и второй 17 одновибратор, счетчик 18 импульсов, элемент

ИЛИ 19, преобразователь 20, узел 21 синхронизации, триггер 22, элемент

И 23, счетчик 24, дешифратор 25, ;:коммутатор 26, блок элементов И 27, :элемент ИЛИ 28, триггер 29 и элемент И 30.

Блоки 9 и 10 (фиг. 5) состоят иэ регистра 31, счетчика делителя 32 частоты, триггер 33, элементов И 34

36, инвертора 37.

Блок 7 содержит регистр 38, счетчик 39, элемент И 40, триггер

41, элемент ИЛИ 42 и делитель 43 частоты.

BJIoK 15 (фиг. 7) содержит коммутаторы 44 и 45, дешифраторы 46 и 47, счетчик 48 и генератор 49 опорйой частоты.

Одновибратор 16 предназначен для формирования одиночного импульса при наборе на пульте оператора номера ступени, одновибратор 17 — для формирования импульса при запуске устройства (диаграмма 1,, фиг. 4 ), счетчик 18 — для формирования адреса ячеек памяти. При вводе программы тактовый импульс на счетчик 18 поступает из одновибратора 16, а при обработке программы с элемента

ИЛИ 19, на который поступает сигнал запуска устройства, а также сигнал с времязадающего устройства 7, являющихся сигналом завершения предыдущей ступени. Преобразователь 20 предназначен для выдачи информации о номере ступени на блок 15 контроля и индикации в двоично-десятичном коде.

Узел 21 синхросигналов предназначен для формирования Hs импульсов, поступающих с генератора 14 (диаграмма а), последовательностей импульсов, сдвинутых друг относительно друга (диаграммы .6, В, фиг. 4 ). Триггер

22 служит для выдачи сигнала разрешения (диаграмма д, фиг. 4 ) на прохождение импульсов 6 через схему

И 23 на счетчик 24 (диаграмма е .

Счетчик 24 предназначен для определения количества тактов формирования сигналов записи и выборки программы. Он является счетчиком на четыре состояния, три из которых определяют три такта, соответствующих. сигналам выборки (э ) и записи ,(K) программы, а четвертое состояние и используется для формирования

987579 сигнала запуска (диаграмма д, фи.".4) делителя 10 частоты.

Укаэанные состояния 3 формируются дешифратором 25 и используются для выборки памяти, а также являются сигналами разрешения для формирования из импульсов э сигналов записи к выбранных слов. Сигнал выхода дешифратора и используется для формирования сигнала записи следующей ступени д

Коммутатор 26 предназначен дяя передачи сигналов выборки з, выработанных в дешифраторе,. на блок 4 в случае работы с оперативной памятью и на блок 5 в случае работы с постоянной памятью. Выборка одного из этих двух режимов осуществляется двумя сигналами (" Эксперимент" и

"Автомат" ) поданными с пульта операт.ора.

Триггер 29 предназначен для формирования сигнала разрешения w-на прохождение импульсов s через элемент

И 30 на блок элементов И 27 только после первого импульса Б, проходящего на счетчик 24. Этим обеспечивается. временное соотношение между сигналами выборки и записи.

Блок управления приводится в исходное состояние сигналом "Сброс" с пульта оператора.

При вводе программы на каждую ступень (с первой до шестнадцатой )одновибратор 16 вырабатывает один импульс, а счетчик 18 — адрес выбора строки памяти. С пульта оператора коммутатор 26 передает на блок 4 три сигнала выборки столбца (диаграмма

3) соответствующие трем параметрам.

После завершения ввода значений параметров с пульта оператора на одновибратор 17 поступают сигнал запуска, которому соответствует первый адрес строки памяти, и сигналы, приведенные на фиг. 4 °

В дальнейшем сигналом запуска для формирования следующего адреса и формирования сигналов, приведенных на фиг. 4, является импульсный сигнал, поступающий с времязадающего блока 7, который соответствет отработке текущей ступени.

Устройство обеспечивает шестнадцати ступенчатое изменение выходного сигнала заданной оператором или автоматически программой.

Блок 4 оперативной памяти предназначен для накопления, запоминания информации о параметрах осуществляемой устройством функции и выдачи цанных и содержит три столбца, построенные иа быстродействующих запоминающих элементах.

Блок 5 постоянной памяти предназ-; начен для хранения информации о трех параметрах функций, реализуемых устройством в режиме "Автомат".

Блоки памяти 4 и 5 содержат шестнадцать двоично-десятичных разрядов, шестнадцатый разряд через блок 6 (фиг. 1 ) поступает на вход регистра

31 в разряд знака градиента.

Этим разрядом опеределяется режим работы реверсивного счетчика 11 (фиг. 1 ). В случае единичного состояния разряда выходной сигнал делителя .

32 частоты через элемент И 35 noct() тупает на вход прямого хода счетчика, а в случае нулевого состояния - на вход обратного хода. В дальнейшем, в зависимости от значения знакового разряда, меняется режим рабо1ы рьвер15 сивного счетчика для каждой ступени.

Преобразователь 6 осуществляет объединение информации с блоков 4 и 5 по схеме проводного ИЛИ и передачу ее на блок 15 и к объекту управле2О ния, а также преобразование двончнодесятичного кода в двоичный и передачу на времязадающий блок 7 и регистры 8 и 9.

Блок 7 является времязадающим блоg5 ком (таймер) и предназначен для определения продолжительности плоских участков диаграммы (фиг. 2).

Регистр 38 блока 7 построен на элементах К 1557ИЕ7, представляющих собой счетчики с предварительной установкой, что дает возможность использовать их в качестве буферных за поминающих элементов. Счетчик 39 построен на элементах К155НЕ2 и пред35 назначен для получения значения speмены в двоично-десятичном коде с последующей выдачей на блок 15 контроля и индикации (фиг. 1).

Устройство работает следующим

49 .ббразом.

После запуска программируемого устройства на время действия третьего сигналами (фиг. 4), предназначенного для выборки триггера столбца па45 мяти, на входе регистра 38 находится информация о значении длительности времени плоских участков диаграммы (фиг. 2 J, третий сигнал к (фиг. 4) является стробирующим сигналом для ц регистра 38 ° Отсчет времени в секундах начинается при завершении нарастающего участка диаграммы. (фиг. 2 ).

В этом момент на триггер 41 от блока

13 схемы сравнения (фиг. 1 ) поступает сигнал (импульсный ), перебрасывающий триггер в единичное положение.

В результате на регистр 38, являющийся уже счетчиком в режиме реверса, и счетчик 39 через элемент И 40 от блока 14.(фиг . 1 ) поступает импульсная последовательность с частотой 1 Гц.

В момент обнуления регистра 38 выдает ся импульс переноса, который через элемент ИЛИ 42 поступает на установку. нуля триггера 41 и счетчика 39, и счет прекращается. Этот же импульс, 987579

64

Цифро-аналоговый преобразователь

12 предназначен для преобразования выходного цифрового сигнала в соответствующее аналоговое значение и содержит собственно ЦАП с операционным усилителем на выходе.

Блок 13 сравнения представляет собой логическую схему поразрядного сложения по модулю два и предназна60 поступающий на блок 3, является сигналом запуска следующей ступени. Для плоского участка следующей ступени работа схемы, идет аналогично.

Регистры 8 и 9, представляющие собой триггериые схемы, предназначены для приема данных соответственно о величине выходной функции и о градиенте функции на каждой ступени. Делитель 10 частоты с переменным коэффициентом деления предназначен для по-® лучения импульсных последовательностей различной частоты. Выходной реверсивный счетчик 11 предназначен для получения кодового значения текущей величины выходного сигнала. 15

Режим работы счетчика (прямой или обратный счет ) определен заранее для каждой ступени по программе, так как схема дана с использованием одной ячейки К155ИЕ8 и, следователь- щ но, определение выходной частоты делителя 10 частоты (фиг. 1) и таблица кодовых значений градиента функций даны для этого случая при тактовой частоте 1000 Гц. 25

На фиг. 5 представлена функционнальная схема блоков регистра 9 и делителя 10 частоты с цепями управления. В исходном состоянии входы де-. лителя 32 частоты находятся в нуле- вом состоянии, тактовая частота

1000 Гц через запертый элемент И 34 также поступает на счетный вход.

После запуска программируемого устройства сначала на регистр 31 поступает импульс запйси к-1(фиг.4),который осуществляет запись двоичного значения градиента функций (коэф-. фициента М ), выбранного сигналом з-а (фиг. 4 ) из блока памяти.

После завершения записи инфор мации остальных двух параметров. (значение выходной функции-температуры и времени выдержки ) в регистрах 8 и 7 (фиг. 1 ) сигналами записи к-2 и к -э на триггер 33 пос- 45 тупает сигнал л (фиг. 4 ), являющийся сигналом запуска описываемого узла и, тем самым, началом работы программируемого устройства по диаграмме (фиг. 2). Делитель 32 50 частоты на элементы И .35 и 36 начинае1 выдавать импульсную последовательность с частотой, соответствующей коэффициенту M в формуле чен для выдачи сигнала запуска времязадающего устройства в момент достижения заданного значения выходной функции.

Генератор 14 тактовых импульсов вырабатывает прямоугольный импульсы стабильной частоты.

Блок 15 контроля и индикации (фиг. 1 ) обеспечивает выработку сигналов для десяти семисегментных индикаторов, расположенных на пульте

1 оператора (фиг. 1). Четыре из этих индикаторов служат для высвечивания значения выходной функции (в нашем конкретном случае значения температуры ), четыре — для высвечивания значений трех параметров величины выходной функции (температуры ), времени .выдержки и градиента выходной функции.

Коммутатор 44 (фиг. 7) построен на элементах, К155КП7 и предназначен для коммутации сигналов, поступающих из блоков 2, 6 и 7 (фиг. 1), несущих соответсвующую информацию. Адрес соответствующего режима определяется. с пульта 1 оператора с помощью клавишного переключателя через блок 2 (фиг. 1 ) .

Выходы коммутатора 44 являются информацией для указанных последних четырех семисегментных индикаторов.

Коммутатор 45 построен на элемен" тах К155КП1 и предназначен для коммутации информации упомянутых десяти семисегментных индикаторов.

На все семисегментные индикаторы информация подается параллельно с дешифратора 46, а выбор соответствующего индикатора осуществляется с помощью дешифратора 47, десять выходов которого используются для управления анодных цепей семисегментных индикаторов. Входами дешифратора 47 являются выходы счетчика 48, те же выходы используются в качестве адресных входов коммутатора 45, что определяет синхронную подачу информации на каждом индикаторе при соответствующем анодном сигнале.

Счетчик 48 работает постоянно с определенной опорной частотой (1 кГц)

Каждая ступень соответствует

Функционально законченному этапу цикла работы устройства °

Устройством задаются и управляются три параметра: значение выходной функции (как кодовое, так и аналоговое ), градиент выходной функции и время выдержки.

Устройство способно воспроизводить. сложные характеристики с кусочно-линейной апроксимацией.

В устройстве реализуется функция

FSSiX = (), — время в секундах, а для Р „,„ имеется как цифровое, так и аналоговое значение.

987579

Первый параметр определяет значение функции F = f(t ) в различные моменты времени, второй — скорость изменения нарастающих участков диаграммы, третий — длительность плоских участков диаграммы.

По одному значению этих параметров для каждой ступени находится .в блоке

5 или вводится с наборного поля йульта 1 оператора при работе с блоком

4. На фиг..4 приведены сигналы, сопровождающие процесс ввода этих параметров.в блок 4. Сигналы s, t, Ь являются сигналами выборки соответствующей каждому из названных параметров столбца памяти, а сигналы предназначены для ввода набранных значений параметров в блок памяти.

Формируются эти сигналы в блоке 2 при нажатии соответствующего клавиш ного переключателя на пульте 1 оператора.

Для получения импульсных последовательностей различных частот при получении как участков подъема, так и участков спада использУется делитель 10 частоты с переменным коэффициентом деления. Частота выходных импульсов .задается в зависимос-. ти от того, с какой скоростью (гра диентом).должен меняться выходной сигиал IIAII 12, который опеределяется скоростью изменения кодового сигнала реверсивного счетчика 11, что в свою очередь определяется частотой выходных импульсов делителя частоты.

В таблице приведена часть как кодовых значений градиента выходной функции (коэффициент М ), так и приближенных значений Гэь, . При использовании устройства для управления температурными режимами атомно-абсорбци онных спектрофотометров числовое значение частоты выходных импульсов определяет скорость изменения температуры (градиент температуры)

Зная требуемое значение градиента температуры, оператор вводит значение коэффициента И, соответствующее требуемому значению градиента, с пульта оператора в блок памяти.

Вместе со значением коэффициента М с пульта оператора в блок памяти вводится знак градиента с помощью

:клавишного переключателя, которым в последнем разряде столбца памяти, где накапливаются значения градиента температуры, записывается "0 (DTрицательное значение градиента ) или

"1" .(положительное значение градиента).

Частота выходного сигнала счетчика (155HES) определяется формулой

Коэффициент М является числом, вводимым оператором с пульта, f „ = 1000 Гц. . Устройство работает в двух режимах: "Эксперимент" и "Автомат".

В режиме "Эксперимент" производится ручной ввод программы в блок

4 с пульта оператора.

В режиме "Автомат" работа идет по заранее определенным законам управления, информация о которой хранится в блоке 5.

Рассмотрим работу устройства по функциональной блок-схеме в режиме ."Эксперимент". (Работа устройства

15 в режиме "Автомат" производится аналогично с той лишь разницей, что ,при этом отсутствует процесс ввода программы с пульта оператора). I

Набранная на пульте 1 оператора информация через формирователь 2 сигналов поступает на блок 4, туда же одновременно ноступает импульс записи программы. В результате происходит ступенчатое накопление информации по адресам, определенным счетчиком 18 адреса иэ блока 3 управления.

Нажатием кнопки "Пуск " на пульте

ЗО оператора начинается отработка накопленной в блоке 4 (или xpclHHMDR в блоке 5 в режиме "Автомат" ) информации. В . блоке 3 управления вырабатываются сигналы записи. и

35 выборки информации, определяющие запись выбранной из памяти информации соответственно во времязадающий блок

7 в регистры 8 — величины выходной ! функции, а в регистр 9 - градиента

4Р выходной функции. С задержкой во времени относительно укаэанных сигналов формируется сигнал запуска делителя 10 частоты с переменным коэффициентом деления. Выходной сигнал

45 этого делителя является тактовым сигналом для выходного реверсивного счетчика 11. Скоростью его переполнения определяется скорость нарастания выходного сигнала. При равенстве кодов содержимых счетчика 11 и регистра 8 блок 13 сравнения вырабатывает сигнал запрета дальнейшего возрастания (при положительном значении градиента ) илй уменьшения (при отрицательном значении градиента функции ). Этим же сигналом осуществляется запуск времязадающего блока

7, определяющего время выдержки полученного уровня выходной функции, после чего вырабатывается импульс

6О "Конец цикла". На этом отработка одной ступени заканчивается, запускается. следующая ступень программы.

Количество отрабатываемых ступе-., ней определяется оператором до нача65 ла процесса отработки.

987579 заданным законам, так и.при различных экспериментах технологического процесса. Увеличена гибкость системы °

Устройство имеет выходы дискретных сигналов, способных управлять по программе различными органами управляемого объекта по принципу

"открыт/закрыт".

Предусмотренная в устройстве индикация текущего значения функции, а также вводимой оператором программы и воэможность проверки накопле.ния в блоке 4 или же помещенной в ;блоке 5, устраняет ошибхи программи15 рования.

Кодовое значение Реальное значение градиента функ- градиента функции ций (С/с) 30

50

60

80, 80

110

125

140

140

155

250

250

500

500

Формула изобретения

Устройство для программного управления, содержащее генератор импульсов, выходом подключенный к первому 50 входу блока управления, первый выход .которого соединен с первыми входами блока постоянной памяти, второй выход — с первыми входами блока оперативной памяти, вторыми входами подключенного к третьему выходу блока управления и вторым входам блока постоянной памяти, реверсивный счетчик, выходом соединенный с входом цифро-аналогового преобразователя и @р первым входом блока сравнения, формирователь сигналов, выходом подключенный .к третьему входу блока оперативной памяти, и времязадающий блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цел>ю повышения точности устройст-

Таким образом введенный в предлагаемое устройство делитель частоты с переменным коэффициентом деления позволяет эацавать программным путем скорость переполнения выходного счетчика, режим работы которого (сложение или вычитание ) определяется заранее для каждой ступени по программе. Э результате можно получить выходную функцию с положительным (участки подъема ) или отрицательным

1участки спада ) градиентом,т.е. можно получить кривую любой формы.

Оборудование устройства блоками оперативной и постоянной памяти дает возможность работы как по заранее ва, в него введены преобразователь кода, пульт оператора, делитель час". тоты с переменным коэффициентом деления, первый и второй регистры и блок контроля и индикации, выходом соединенный с пультом оператора, а входами соответственно с выходами блока управления, формирователя сигналов, преобразователя кода, времязадающего блока и реверсивного счетчика, вход которого подключен к выходу делйтеля частоты с переменным коэффициентом деления, первым входом соедиНенного с выходом блока сравнения, вторым входом - с выходом второго регистра, третьим входом с выходом генератора импульсов, четвертым входом - с пятым выходом блока управления,.первым входом первого и второго регистров и первым входом времязадающего блока, второй вход которого под.

987.579 ключен к первому выходу преобразова- ми преобразователя кодов, третий и теля кодов, к второму входу первого четвертый входы - с первым и вторым и второго регистров, третий вход - выходами блока постоянной памяти сок выходу генератора импульсов, четвер- ответственно, а третий выход — с тый вход - к выходу блока сравнения, выходом устройства. второй выход времяэаДающего блока . 5 Источники информации, подключен к второму входу блока управ- принятые во внимание при экспертизе ления, третьими входами соеднненно- 1. Заявка Великобритании 9 147438, го с первыми выходами пульта операто- кл. G 3 N, 1972. ра, второй выход которого через фор- 2. Авторское свидетельство СССР мирователь сигналов подключен к 10 Р 667955, кл. О 05 Р 15/00, 1972., третьему входу блока оперативной па- 3. Заявка Франции 9 2254816, мяти, первый и второй выходы которо- KJI 05 В 19/04, 05 Э 23/QQt у4» го соединены с первым и вторым входа- лик. 1975 (прототип).

И обьекту улраЬения ап дю.

om дл.

Фиг. 7

Составитель И. Ивец

Редактор И. Николайчук Техред Л.Пекарь Корректор Г. Решетник

987579

om А . Ф

Заказ 10301/35 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал IIIIII "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная; 4 ( г