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

Т а б л и ц а 7

Реализация логических операций на струйном элементе НЕ ИЛИ

240

Рассмотрим иной набор, включающий элемент ИЛИ — ИЕ ИЛИ и элемент И.

Учитывая, что в собственных функциях встречаются выраже­

ния вида Х\Х2 , можно ввести в набор комбинированный логиче­

ский элемент, для которого эти выражения являются собствен­ ными операторами по крайним выходам (см. гл. IV).

Реализацию дизъюнкции на ѣ входов можно осуществить в наборе ИЛИ — НЕ ИЛИ, а также с помощью активного эле­ мента ИЛИ, дополненного пассивным элементом ИЛИ.

Для осуществления конъюнкции на п входов можно исполь­ зовать п — 1 пассивных элементов И, каждый из которых осу­ ществляет конъюнкцию двух аргументов.

Следует заметить, что, хотя конъюнкцию двух аргументов выполняет также и комбинированный логический элемент по среднему выходу, однако для реализации большинства схем эле­ мент И не является необходимым. Введение элемента И оправ­ дано в тех случаях, когда нет необходимости соединять крайние выходы с атмосферой. При этом уменьшаются габаритные раз­ меры и упрощается компоновка схемы.

Операцию запоминания входного сигнала можно осуществить на одном специальном активном элементе памяти.

Таким образом, при построении дискретных устройств раз­ личного назначения на турбулентных логических элементах ло­ гически полный набор может состоять всего лишь из одного элемента НЕ — ИЛИ на четыре входа. Если используют плоские элементы с взаимодействием струй, то, учитывая удобство вы­ полнения логической операции И с одновременным отрицанием

Рис. 133. Реакция сумматора на единичное входное воздействие:

/ — входное воздействие; 2 — код суммы; 3 — код переноса

одного из входных сигналов на одном комбинированном логиче­ ском элементе, целесообразно дополнить им набор струйных элементов.

Пример 1 2 . В качестве примера рассмотрим синтез одноразрядного сумма­ тора на основе набора струйных элементов, состоящего из активного элемента ПЛИ — НЕ ИЛИ и пассивного комбинированного логического элемента. Обо­ значим как и ранее, рь р2 , рз— двоичный код входных величин, рс — код сум­ мы. р п — «од переноса.

Рис. 1 3 4 . Осциллограммы, поясняющие работу одноразрядного сумматора при периодическом воздействии:

1 — входное воздействие; 2 — код переноса

В дизъюнктивной совершенной нормальной форме для логических функций рс и р]-{ можно записать следующие выражения:

Pc = (Р1Р2Р3) + (Р1Р2Р3) + (Р1Р2Р3) + (P1P2P3);

РП = (Р1Р2Р3) + (Р1Р2Р3) + (Р1Р2Р3) + (Р1Р2Р3)-

Проведя преобразования алгебры логики, получим

Рс = Рз [(Р1Р2) + (Рі Ра)] + Рз [(РіРа) + (Р1Р2)];

Рп = (Р1 Р2 ) + (РіРз) + (Р2Р3)•

Для того чтобы синтезировать схему в выбранном наборе струйных эле­ ментов, сгруппируем члены так, чтобы между переменными выполнялись бы

только операции, реализуемые элементом ИЛИ и комбинированным логичес­ ким элементом. После преобразования получим:

для кода суммы

Рс = {/°з [ІР\Рг) + {РгРі)]} + {Рз [(РіРі) + (р2рі)]};

для кода переноса

Р п = ( Р 1Р 2 ) + ( Р з [ ( Р іР г ) + ( Р а Р і) ] } ■

Принципиальная схема полного одноразрядного сумматора показана па рис. 132.

На двух входах схемы предусмотрены усилительные не функциональные элементы У) и Уа. На вход р3 поступает сигнал переноса из предыдущего раз­

что рі = 1, а рз = рз = 0. Тогда усилительный элемент на выходе только по­ вторяет сигнал ри усиливая его. Далее комбинированный логический элемент

срабатывания для кода суммы Ді = 0,0027 с; для кода переноса Д2 = 0,00346 с.

Осциллограммы, поясняющие работу одноразрядного сумматора на часто­ те 135 Гц, показаны иа рис. 134.

Одним из примеров практической реализации струйных си­ стем управления дискретного действия при элементном способе построения может служить применение системы элементов «Вол­ га», один из вариантов которой включает два типа струйных элементов: триггер с раздельными входами и элемент ИЛИ — НЕ ИЛИ на два входа [45]. Действие струйных элементов рас­ сматриваемого типа основано на эффекте Коанда и их схемы аналогичны схемам, приведенным на рис. 70, 71. Триггер с раз­ дельными входами (рис. 70) представляет собой бистабильный струйный элемент, имеющий два входа и два выхода. Элемент ИЛИ — НЕ ИЛИ — моностабильный струйный усилитель с тре­ мя входами — двумя управляющими и одним запрещающим. Такой набор элементов обеспечивает построение большинства ло­ гических сравнительно несложных систем управления машина­

244

ми-автоматами, прессами, литейными машинами и иным техно­ логическим оборудованием. Центральной частью структурной схемы подобных систем является логический блок.

Элементный принцип построения, используемый при проекти­ ровании логических блоков систем управления технологическим оборудованием, обеспечивает свободный доступ к струйным эле­ ментам, возможность контроля входов и выходов без нарушения логических связей, конструктивную простоту, дешевизну изго­ товления, удобство монтажа и обслуживания. Поэтому системы управления элементного принципа построения нашли наиболее широкое применение при практической реализации струйных си­ стем управления и в первую очередь блоков релейной автомати­ ки и защиты.

Системы управления, построенные на базе элементов «Вол­ га», могут работать в крайне тяжелых условиях окружающей среды, например при значительной запыленности воздуха, что объясняется сравнительно большими проходными сечениями ка­ налов струйных элементов (2 X 1 мм2 в сечении), однако при этом увеличиваются потребляемые расходы воздуха.

4. МОДУЛЬНЫЙ И АГРЕГАТНЫЙ СПОСОБЫ ПОСТРОЕНИЯ СТРУЙНЫХ УСТРОЙСТВ. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СТРУЙНЫЕ СХЕМЫ

Сложные цифровые или иные системы управления в ряде случаев целесообразно осуществлять на струйных модулях. Каж­ дый модуль выполняет определенную функциональную опера­ цию и представляет собой отдельный одноили двухразрядный блок. Модульный принцип построения струйных приборов нашел свое выражение в отечественной системе модулей струйной тех­ ники (СМСТ) [11], а также в ряде зарубежных разработок [64]. Была сделана попытка создания универсального логического мо­ дуля [34]. Ряд модулей, изготовленных на одной плате, образуют интегральную струйную схему. Отдельный модуль представляет собой плату нз пластмассы, керамики, металла, ситалла или ино­ го материала со струйными элементами, закрытую крышкой, ■соединяемую с платой винтами, заклепками или клеем. Для реализации прибора модули соединяют между собой в макромо­ дули или блоки с помощью коммуникационных каналов, выпол­ ненных в монтажных платах. Каналы соединяют входы и выходы модулей в соответствии со схемой устройства. При модульном способе построения предусматривают создание специализиро­ ванных функциональных блоков необходимой номенклатуры на струйных интегральных схемах.

Отступление от идеи функциональной универсальности, при­ сущей элементному способу построения, и реализация модуль-- ного способа позволяют строить сложные приборы в ряде случаев с меньшей избыточностью и более экономично, т. е. чем шире набор модулей, тем больше выбор для варьирования в схемах

245

и тем меньше избыточность при построении схем. Однако уве­ личение номенклатуры приводит к возникновению отдельных технологических трудностей. При наличии штампов на отрабо­ танные конструкции отдельных модулей и интегральных струй­ ных схем н налаженном серийном производстве модульный способ построения приборов струйной пневмоавтоматики являет­ ся вполне приемлемым.

Рассмотрим структуру системы модулей струйной техники СМСТ, которая с функциональной точки зрения разработана до­ статочно детально. Структура СМСТ содержит набор дополни­ тельных устройств, используемых при построении приборов и систем автоматизации. Система является более чем полным на­ бором, однако широкий выбор модулей позволяет избежать из­ лишней избыточности при создании схем.

Система модулей включает в себя несколько групп модулей: дискретного действия, аналоговых операций и усилителен мощ­ ности. Модули этих групп можно использовать в любых сочета­ ниях при построении различных по назначению приборов и си­ стем.

Группа модулей дискретного действия включает модули ло­ гических и арифметических операций и запоминающих уст­ ройств. Модуль, относящийся к этой группе,— триггер со счет­ ным входом можно использовать как для выполнения арифмети­ ческих операций, так и при построении запоминающих устройств.

Для выполнения логических операций над двумя логически­ ми переменными предназначены модули таких логических опе­ раций, как НЕ — ИЛИ, равнозначность и неравнозначность, НЕ — И, импликация. Модули собирательной схемы ИЛИ и ло­ гической операции И имеют по четыре входа. Последовательное соединение модулей позволяет реализовать логические схемы для произвольного числа входных сигналов.

К модулям арифметических операций относятся модули пол­ ного одноразрядного сумматора, полного одноразрядного вычптателя, вентили и ячейки поразрядного сравнения, необходимые для построения вычислительных устройств.

Полный одноразрядный сумматор представляет собой один разряд блоков суммирования, которые можно строить путем со­ единения в цепочку нужного числа разрядов. Аналогично на базе полного одноразрядного вычитателя можно собирать блоки вы­ читания на нужное число разрядов. Блоки сложения и вычита­ ния можно применять в управляющих вычислительных устрой­ ствах, для построения в сочетании с запоминающими регистрами интегрирующих и дифференцирующих устройств, в цифровых регуляторах и т. п.

Блок вентилей служит для того, чтобы при поданном па раз­ решающий вход сигнале пропускать записанное в параллельном двоичном коде многоразрядное число, которое хранится в запо­ минающем регистре на его входе.

2-16

Модули поразрядного сравнения, соединенные в блок сравне­ ния, позволяют сравнивать два числа в параллельном коде и получать сигналы о равенстве этих чисел или неравенстве с уче­ том знака неравенства. Такие блоки применяют в цифровом следящем приводе, в двухпозициопных регуляторах, системах с автоматическим поиском и т. д.

Модули запоминающих устройств позволяют строить запо­ минающие статические и сдвигающие регистры на произвольное число разрядов, устройства десятичного счета (декатроны), обе­ гающие устройства, линии задержки, матричные запоминающие устройства и другие многотактные схемы. Элементарная ячейка памяти представляет собой устройство запоминания на такт. В модуле фиксируется то значение входного сигнала (1 или 0), которое соответствует моменту наступления очередного тактового сигнала. Дискретная информация остается запомненной до мо­ мента подачи следующего тактового сигнала. Логическая схема одной из модификаций элементарной ячейки памяти позволяет осуществлять запись при наличии двух поданных сигналов (чи­ слового и командного) и стирание — при подаче специальной команды на дополнительный вход.

Триггер с раздельными входами, имеющий два положения устойчивого равновесия, обеспечивает запоминание факта нали­ чия одного или нескольких входных сигналов, поданных на вза­ имно исключающие управляющий или сбросовый входы. Триггер со счетным входом представляет собой ячейку с двумя устойчи­ выми состояниями, имеющую один рабочий вход и вход для установки на нуль. При каждом воздействии на рабочий вход триггера происходит смена его устойчивого состояния, т. е. осу­ ществляется деление на два частоты входных сигналов. Триггер со счетным входом позволяет создавать различные счетные схе­ мы, интеграторы, таймеры и т. п.

В группу модулей аналоговых операций входят модули, пред­ назначенные для реализации линейных и нелинейных непрерыв­ ных математических операций. Устройством для формирования линейного закона управления служит решающий усилитель, три разновидности которого отличаются по числу входов, типу вход­ ного каскада и по выходной мощности.

На базе модулей непрерывного действия можно создавать аналоговые и регулирующие устройства, а также выполнять не­ которые нелинейные математические операции, такие, как воз­ ведение в квадрат, извлечение квадратного корня, умножение и деление независимых переменных. Хотя функциональные воз­ можности аналоговой ветви достаточно широки, однако точность выполнения аналоговых операций на современных средствах струйной техники пока еще не велика. Погрешность выполнения операций составляет величину порядка 2—4%. Однако при пе­ реходе на переменные токи точность может значительно воз­ расти.

247

248