книги / Основы пневмоавтоматики

Рассмотрим иной набор, включающий элемент ИЛИ — НЕ 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 п 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:

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

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

для кода суммы

Рс = <Рз [(Р1Р2) + (Р2Р1)]} + (рз [(Р1Р2) + (Р2Р1)]};

для кода переноса

рим работу схемы при каком-либо состоянии входов. Например, допустим, что р\ = 1, а р2 = рг = 0. Тогда усилительный элемент на выходе только по­ вторяет сигнал рь усиливая его. Далее комбинированный логический элемент

Динамические исследования показали, что при прохождении сигнала по наиболее длинной цепи (код переноса) сумматор без сбоев пропускает вход­

срабатывания для кода суммы Aj = 0,0027 с; для кода переноса А2 = 0,00346 с. Осциллограммы, поясняющие работу одноразрядного сумматора на часто­

те 135 Гц, показаны на 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) [И], 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 из 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 номенклатурына 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 и 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 усилителей 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 операцйй относятся модули пол­ ного одноразрядного сумматора, полного одноразрядного вычитателя, 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 на раз­ решающий вход сигнале пропускать записанное в параллельном двоичном коде многоразрядное число, которое хранится в запо­ минающем регистре на его входе.

246

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 двухпозиционных 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

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 переходе на переменные токи точность может значительно воз­ расти.

247

а)

В СМСТ входят также модули дискретного и аналогового усилителей мощности. Дискретный усилитель мощности пред­ ставляет собой пятикаскадный струйный усилитель, причем вы­ ходные каскады усилителя построены на элементах, действие которых основано на использовании явления отрыва погранич­ ного слоя.

Для соединения струйных приборов с датчиками различных величин, введения в приборы команд, задаваемых оператором, преобразований сигналов и т. п. предусмотрен ряд дополнитель­ ных входных устройств. Предусмотрены также и выходные уст­ ройства, служащие для передачи воздействий на исполнитель­ ные механизмы, вывода или считывания сигналов в приборах и системах автоматики. К ним относятся усилитель мощности, двоичные и цифросинтезирующие индикаторы, пневмоэлектрические преобразователи и т. д.

Структуру системы модулей струйной техники СМСТ-2 иллю­ стрирует рис. 135, а. Эта система скорректирована с целью мак­

симального приближения к техническим средствам автоматики ГСП [43]. Как следует из рассмотрения рис. 135, а, функциональ­ ные модули относятся к центральной части структуры — к груп­ пе средств обработки информации и выработки команд управ­ ления. Центральная группа функциональных модулей разбита на четыре подгруппы: модули логических операций; модули арифметических устройств; модули запоминающих устройств и модули вспомогательных устройств.

Все струйные модули имеют единые уровни входных и вы­ ходных сигналов: 0 (от —4 до + 4 мм вод. ст.) и 1 (от 40 до 80 мм вод. ст.). Нагрузочная способность не менее 3, коэффици­ ент запаса по срабатыванию не ниже 1,2.

Для реализации релейных устройств внутри центральной части структуры выделена подветвь, в которую входят: струй­ ный усилитель ДА — НЕ с двумя взаимоинверсными выходами и плата с пассивными элементами, которая выполняет операции

нала 1 от 40 до 1000 мм вод. ст. Коэффициент разветвления ра­ вен 6.

Развитием модульного принципа является создание приборов

ля — декадный счетчик и блок сравнения двух двоичных вось­ миразрядных чисел. Число макромодулей можно увеличивать по мере необходимости. Набор первичных элементов состоит из де­ вяти элементов, работа которых основана на использовании принципа свободного взаимодействия турбулентных струй и взаимодействия струйных течений со стенками — эффект Коанда. Характеристики базовых элементов системы СМСТ-2 улуч­ шены [11]. В последовательной цепочке модулей сочетаются и

250