В.А. Старовойтов Логическое управление периодиескими процессами химической технологии

20

делает выходное давление ячейки Р равным давлению Рп, а второе (входное) выполняет функцию пневмоклапана, включающего или отключающего камеру, где устанавливается давление Рп, с входной линией P1. Пневмоклапан управляется давлением Pt; для ячейки первого типа (рис.10, а) клапан закрыт при Pt = 1 и открыт при Pt = 0, а для ячейки второго типа, наоборот, закрыт при Рt = 0 и открыт при Рt = 1. Такое устройство ячейки приводит к тому, что либо ее выход равен входу (для ячейки первого типа при Рt = 0, а для ячейки второго типа при Рt = 1), либо выход не связан со входом и сохраняет неизменное значение (в ячейке первого типа при Рt =1, а в ячейке второго типа при Рt=0), которое определяется величиной давления Рп в глухой камере.

Две ячейки памяти первого и второго типа, соединенные последовательно, образуют элемент задержки на такт (рис.10, в).

Элемент работает следующим образом. В момент tn, когда Pt принимает значение 1 (момент начала n-го такта), первая ячейка «запоминает» значение входа, т. е. P(tn) = P1(tn)', вторая ячейка памяти в этот же момент времени (точнее, в момент времени tn + ∆t, где ∆t обусловлено тем, что смещение в пневмоклапане второй ячейки памяти больше, чем в первой) пропускает запомненную в первой ячейке величину на выход элемента; на выходе устанавливается давление Р(tn) = Р1(tn) =Р(tn). В дальнейшем, пока Рt = 1, никаких изменений в элементе произойти не может, так как его состояние определяется тем, что первая ячейка памяти все это время «помнит» значение входа P1(tn). Значит, при tn <t < tn’, где tn’ — момент, когда Рt примет значение 0, P(t) = P(t)= =P1(tn).

В момент времени (см. рис. 10,г) вторая ячейка памяти, имея на входе величину Р (tn') = Р(tn), «запоминает» ее, а это приводит к тому, что и в этот момент выход элемента сохраняет свое значение P(tn’)=P1(tn); первая ячейка памяти в момент времени tn’+ ∆t переходит в режим повторения (X=Y). В дальнейшем, пока Рt=0, выход элемента задержки меняться не будет; он может принять новое значение лишь тогда, когда в момент t(n+1) командное давление Рt (временной вход) снова обратится в единицу.

Таким образом, рассмотренное пневматическое устройство выполняет функции элемента задержки на такт: его выход в момент наступления такта (при Рt = 1) приравнивается ко входу и, что бы ни происходило после этого на входе, остается неизменным до наступления следующего такта.

21

Следует отметить, что подача вспомогательного (временного) сигнала о наступлении очередного такта поступает извне, от специального устройства, в качестве которого можно рассматривать, например, положение исполнительного механизма или его сигнал об окончании какой-либо операции в аппарате, стоящей “на очереди”. Аналогичное устройство реализует функцию “память” на выполнение на электронных ЛЭ, ИЛИ – НЕ, показано на рис. 11. При подаче входного сигнала а=1 на выходе первого логического элемента будет 0, а на выходе второго –1. За счёт обратной связи это состояние сохраняется при а=0 и а=1 до тех пор, пока сигнал (“Сброс памяти”) bп=0. На основе элемента ИЛИ-НЕ можно реализовать триггерное устройство, обладающее двумя устойчивыми состояниями и запоминающее своё состояние после снятия управляющих сигналов [5, с.191].

Рис.11. Структурная схема ЛЭ памяти

Помимо рассмотренных выше полупроводников и пневматических ЛЭ в промышленной автоматике используются логические устройства на магнитных элементах [3,с.151] и магнитно-транзисторных

[3,с.154].

ЛЭ вместе с запоминающими элементами составляют основу устройств цифровой (дискретной) обработки информации – вычислительных машин, цифровых измерительных приборов и устройств автома-

тики [5,с.185].

В связи с общей тенденцией к минимизации размеров этих устройств логические схемы в настоящее время выпускаются в виде интегральных микросхем.

Интегральные микросхемы (ИC) − это устройства конденсаторов, которые изготовлены в едином технологическом процессе, электрически соединены между собой по определенной схеме, смонтированы в общем пластмассовом или металлическом корпусе и составляют еди-

22

ную, нераздельную конструкцию. Одна интегральная микросхема эквивалентна электронной схеме, состоящей из сотен и более диодов, транзисторов, резисторов и других элементов.

Основные преимущества ИС − высокая надежность и быстродействие, малые габариты и масса, небольшая потребляемая мощность, усложнение реализуемых функций, большая нагрузочная способность. Более подробно с логическими ИО можно ознакомиться в книге

[3,с.146; 5,с.186].

4. ОПИСАНИЕ СТЕНДА

На стенде представлены ЛЭ, реализующие простейшие логические функции. Это прежде всего ЛЭ ИЛИ, НЕ, И, а также их комбинации. Поскольку техническая реализация этих функций возможна на базе любых устройств, работающих в режиме “ключа”, то в качестве последнего использован обычный тумблер на два положения. Одно из положений (замкнутый, или включен) принимается за «1», а другое положение (разомкнутый, или же отключен) – за «0». Символу «1» соответствует уровень напряжения 10В, полученного от сетевого трансформатора. Прохождение сигнала на выходе регистрируется с помощью загорающегося светодиода. Схема расположения технических средств стенда представлена на рис.12 и отражена мнемосхемой на лицевой панели стенда. При проведении работы следует считать, что загорание светодиодов VDI-VD5 соответствует логической «1» на выходе элемента (схемы).

23

Рис.12. Схема соединения логических элементов

5. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

После ознакомления с методическими положениями приступить к проведению работы, для чего необходимо установить тумблер “Сеть” в положение “Вкл” и убедиться в том, что над ним сигнальная лампа загорелась.

1. Рассмотрим работу ЛЭ ИЛИ, подавая на его вход все возможные комбинации сигналов Х1 И Х2 с помощью тумблеров SA1 и SA2.

24

По результатам составить таблицу включений (истинности) по образу табл. 2, 3, 4.

2.Изучить работу ЛЭ И, подавая на его вход все возможные комбинации сигналов Х2 И Х3 с помощью тумблеров SA3 и SA4. Результаты внести в таблицу включений.

3.Изучить работу ЛЭ НЕ, подавая на его вход все возможные комбинации сигналов Х5 с помощью тумблеров SA5. При этом тумблер SA6 должен стоять в положении «0». По результатам составить таблицу включений.

4.Изучить работу ЛЭ ИЛИ-НЕ, подавая на его вход все возможные комбинации сигналов Х5 И Х6 с помощью тумблеров SA5 и SA6. По результатам составить таблицу включений.

5.Изучить работу логической схемы, состоящей из трёх элементов ИЛИ, подавая на его вход все возможные комбинации сигналов Х7-Х10 и регистрируя выходной сигнал Y по загоранию световода VD4. По результатам составить таблицу включений.

6.Изучить работу логической схемы, состоящей из двух элементов ИЛИ и одного элемента И, подавая на его вход все возможные комбинации сигналов Х11-Х14 с помощью тумблеров SA11 и SA14. По результатам составить таблицу включений.

По окончании работы установить все тумблеры в положение «0», а тумблер “сеть” в положение “Откл”. Приступить к составлению отчёта.

6.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Каким образом отразить на структурной схеме часть алгоритма “Кто раньше” на примере двух технологических аппаратов?

2.Приведите пример конкретного использования элемента ИЛИ

сиспользованием любого вида энергии в качестве носителя информации.

3.Объясните очерёдность прохождения сигналов на структурной схеме алгоритма управления тремя аппаратами в соответствии с рис. 5.

4.Каким образом функционируют ячейки памяти на основе двухсоплового пневматического реле?

5.В чём отличие временных диаграмм ЛЭ ИЛИ и И?

25

6.Какой смысл в составленных таблицах включений (истинности) для ЛЭ и их схем?

7.Какой смысл в интегрировании ЛЭ на основе микросхем?

8.Каким образом реализовать элемент памяти на основе электромагнитных реле?

9.Каковы основные задачи логического управления?

10.В чём заключаются задачи оптимального переключения при осуществлении управления любыми известными вам периодическими процессами?

7.РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. − М.: Химия, 1985. − 448 с.

2.Теория автоматического управления: Учеб. для вузов / Под ред.

Ю.М. Соломенцева. − М.: Высш. шк., 1999. − 268 с.

3.Коновалов Л.М. Элементы и системы автоматики / Л.М. Коновалов, Д.П. Петелин. − М.: Высш. шк., 1985. − 268 с.

4.Айзерман М.А. Логика, автоматы, алгоритмы. − М.: Наука, 1975. − 546 с.

5.Основы промышленной электроники / Под ред. В.Г. Герасимо-

ва. − М.: Высш. шк.,1980. − 336 с.

26

Составитель

ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ СТАРОВОЙТОВ

ЛОГИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Методические указания к практическим занятиям по курсам «Управление техническими системами» и «Технические средства автоматизации»

для студентов специальностей 170500, 250100, 250400

Редактор З.М. Савина

ИД№ 06536 от 16.01.02.

Подписано в печать 15.06.01. Формат 60х84/16. Бумага офсетная. Печать на ризографе. Уч.-изд. л. 1,2. Тираж 50 экз. Заказ

ГУ Кузбасский государственный технический университет. 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография ГУ Кузбасский государственный технический университет.

650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4А.