книги из ГПНТБ / Дмитриев, В. Н. Основы пневмоавтоматики

Глава IV

СТРУЙНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДИСКРЕТНОГО ДЕЙСТВИЯ

В Институте Проблем управления (автоматики и телемеха­ ники) была предложена идея построения логических элементов, автоматики с использованием различных гпдрогазодинампческнх эффектов [41]. Идея оказалась весьма плодотворной, и в. настоящее время существует большое число струйных уст­ ройств, в том числе элементы, модули и системы управлении дискретного действия [42].

Как показала практика, одни и те же функциональные элементы можно реализовать, используя разные гидрогазоди­ намические принципы. На первый взгляд кажется не целесооб­ разным известное дублирование элементов. Однако логические струйные элементы разных типов находят каждый свою более рациональную область применения. Кроме того, важное значе­ ние имеют технологические приемы производства элементов и. модулей, определяющие мобильность их изготовления. Поэтому рассмотрим все основные типы струйных логических элементов. По сообщениям зарубежной печати, иностранные фирмы по­ ставляют на рынок струйные логические элементы и модули, тоже построенные на разных принципах. Дальнейшее развитие струйной техники и накопленный опыт покажут, какого типа логические элементы одного и того же функционального назна­ чения окажутся более перспективными.

Любой струйный логический элемент имеет соответствую­ щие его назначению функциональные характеристики [54], основ­ ные из которых следующие:

1. Характеристики давления. С помощью этих характери­ стик определяют выполнение той или иной логической операции

2. Характеристики расхода, которые показывают, как свя­ заны между собой расходы в разных каналах элементов. Такими характеристиками могут быть зависимости расхода в канале питания от давления питания либо расхода в выходном канале от управляющего расхода, т. е. Q 0 = Ыдо). QB =

и т. д.

11L

3. Нагрузочные характеристики, которые являются расход­ ными характеристиками во входных и выходных каналах. Иначе они называются входными и выходными характеристи­ ками. Этого типа характеристики определяются зависимостя­ ми Qy = М ру ), QB = ЫРв)-

1. струйные логические элементы, работа которых

ОСНОВАНА НА ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ТУРБУЛЕНТНЫХ СТРУЙ

Основные функциональные элементы. Использовать взаимо­ действие силовых струй для построения пневматических или гидравлических устройств было предложено впервые В. Ферме­ ром [57]. Исследования показали, что на силовом взаимодей­ ствии потоков целесообразно строить струйные элементы

.логического действия, выполняющие как простые логические

.операции ДА, НЕ, ИЛИ, И, так и более сложные.

Струйные элементы, действие которых основано на силовом отклонении потоков, бывают активными и пассивными. У ак­ тивных элементов имеется специальный питающий канал, по которому подводится давление питания. Пассивные элементы не имеют такого канала, и выходной сигнал в них формируется за счет сигналов управления.

Рассмотрим принципиальные схемы и действие струйных

.активных элементов.

112

питающим, а другой под некоторым углом к нему, то получится струйный логический элемент, выполняющий логические опера­ ции ДА и НЕ. Рабочая жидкость под давлением питания р0 подводится к каналу питания и вытекает из него со скоростью Vo, имея расход Q0. В свою очередь, к каналу управления Уі подается сигнал управления (входной сигнал) под давлением руі , благодаря чему на срезе канала устанавливается скорость Ѵу1 , а через канал протекает расход Qyi . Струя, вытекающая

из канала управления, отклоняет основную питающую струю. С выходных каналов В\ и В2 снимают выходные сигналы рві и рв2 - Часть мощности с выходного канала Во подается по кана­

лу положительной обратной связи ПОС во второй канал управ­ ления У0. Положительная обратная связь позволяет увеличить крутизну характеристики и коэффициент усиления элемента.

Логический элемент рассматриваемого типа реализует логические операции повторения (выходной сигнал рво) и отри­ цания (выходной сигнал рві)- Его работа может быть описана следующими логическими соотношениями

В2 = У]і Ві —УI.

Условное обозначение и таблица включений приведены на рис. 54, 6 и е соответственно. Одновременно с выполнением логической операции элемент осуществляет усиление входного сигнала, т. е. на выходах В\ и В2 значения сигналов рві и рв2

больше, чем р уі. Статическая характеристика (рис. 54, г) пока­ зывает изменение давлений рв\ и рв2 на выходах элемента в

зависимости от управляющего давления руі .

В набор струйных элементов входит также элемент, имею­ щий два входных (управляющих) канала и построенный в соответствии со схемой, показанной на рис. 55, а. Любой из двух

характеристики введена положительная обратная связь, линия

1 Как известно, логические переменные могут принимать лишь два зна­ чения— условные 1 и 0. Абсолютные значения давлении и расходов, соответ­ ствующие условные 1 и 0, выбираются исходя из обеспечения функционально устойчивой работы струйных логических элементов (см. гл. VI). В дальнейшем в таблицах включений приводятся значения двоичных переменных 1 и 0 на выходах, соответствующих определенным состояниям входов.

Ра?

каналу, расположенному ближе к каналу питания, то получает­ ся элемент памяти (рис. 56). Элемент памяти осуществляет запоминание факта подачи управляющего входного сигнала благодаря наличию сильной положительной обратной связи (СПОС).

Кроме управляющего канала Уь в элементе имеется управ­ ляющий канал Сі (сбросовый канал), при подаче сигнала в который элемент переходит в первоначальное состояние. Работа элемента состоит в следующем. При подаче давления питания Ро в канал питания (рис. 56, а) струя направляется в выходной канал В\, где появляется давление рві (расход QBi). Элемент памяти находится в одном устойчивом состоянии. Если подать

канал В2, где появляется сигнал рвгЭтот поток идет полностью на создание сильной положительной обратной связи. В канале

114

ßi при этом рві = 0. Элемент памяти переходит в другое устой­

сигнал будет снят, состояние элемента памяти не меняется. Для перевода элемента памяти в первоначальное устойчивое

состояние необходимо подать сигнал управления рсі в канал Сь

а — принципиальная схема; б — условное обозна­ чение; в — таблица включении

следует, что элемент памяти работает как триггер с раздельны­ ми входами.

Элемент памяти можно сделать более универсальным в функциональном отношении, добавив еще два канала управле­ ния (рис. 57). Элемент реализует не только операцию запоми­

однотактные логические операции. Одним из таких элементов является пассивный элемент И (рис. 58).

и У2Выходной сигнал формируется в канале В. Соответствую­ щим выбором угла а и расстояния / между кромками входных

116

и выходного канала добиваются такого положения, что сигнал в выходном канале В появляется лишь при наличии сигналов как в канале Уь так и У2 . Поданный в какой-либо один из уп­

равляющих каналов входной сигнал направляется в атмосфер­

Рис. 59. Пассивный комбинированный логический элемент К:

а — принципиальная схема; 6 — условное обозначение; в — таблица включении

вканалы У\ и У2 - В зависимости от сочетания входных сигналов

вкаких-либо из выходных каналов формируется выходной сиг­ нал. Если подан сигнал только в канал Уі, то сигнал будет на выходе By. Если сигнал подан только в канал У2, то на выходе В2 появляется сигнал. При наличии сигналов одновременно в каналах Уі и У2 формируется единичный выходной сигнал в выходном канале В3. Таким образом, элемент реализует сле­ дующие логические операции:

ВХ= УХУ2, В2 = УХУ2В3 = УХУ2.

Схема, условное обозначение и таблица включений пока­ заны на рис. 59.

Рассмотрим примеры выполнения некоторых логических

Функция равнозначности реализуется на двух логических элементах: пассивном комбинированном логическом элементе и усилителе с двумя входами. Логические переменные дц и х2 поступают на входы пассивного логического элемента, сигналы

117

с крайних выходов которого управляют усилительным элемен­ том. Выходной сигнал у, снимаемый с инверсного выхода уси­ лительного элемента, реализует искомую функцию равнозначно­ сти по формуле

[Хо -р Х2-Х[ —(Xj -р Х2) (Хі -р Х2) —

Функция сложения по модулю два, используемая для построения двоичных сумматоров, эквивалентна операции

Рис. 60. Внешний вид платы со струнными элементами

отрицания равнозначности и по своей реализации аналогична операции равнозначности с той лишь разницей, что сигналом у является сигнал с прямого выходного канала усилительного элемента. При этом осуществляется логическая операция:

Х[Х2 + Х2Х[ = Xi ~ Х 2 = X, V х2= У-

Функция штрих Шеффера реализуется на одном пассивном комбинированном логическом элементе и одном усилительном элементе. Над логическими переменными хі и Хг, поступающими на вход пассивного логического элемента, выполняется опера­ ция И с последующим инвертированием в усилительном элемен­ те. Сигнал у снимают с инверсного выхода усилительного эле­ мента. Операция осуществляется в соответствии с логической формулой

Х[Х2 = Х[/Х2 = у-

Другая схема последовательного включения пассивного логического и усилительного элементов реализует функцию импликации по логической формуле

х ,х 2 = х , —>Х2= У-

118

Функция стрелка Пирса осуществляется на одном элементе в соответствии с логической формулой

+ Х? = X) { Х2 —У •

Рассмотренные функции дают возможность синтезировать произвольные, более сложные функции алгебры логики. Существуют разные способы реализации сложных функций из элементарных. На приведенном наборе струйных элементов

Триггер с раздельны­ ми входами

наиболее удобно синтезировать логические схемы, используя известные в алгебре логики два способа: способ перенумерации аргументов и способ подстановки в данную функцию новых функций вместо аргументов этой функции.

Пример 7. В качестве примера рассмотрим реализацию какой-либо слож­ ной логической функции, на данном наборе струйных элементов.

119