Устройство для программного управления

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик п 1987579(И) М. Кл. 6 05 В 19/18 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 070183 Р.б.твалабейшвили, б.н.ибшвариа и ф 1 шайймберидвеТбилисский научно-исследовательский инРтивух,.пфиборофтроенияи средств автоматизации(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 встроенном блоком контакторов для включения и отключения устройства. 1 Иежду импульсами малой длительности имеются интервалы для ручного управления. бло- . ком контакторов. Систему можно применять для управления моторами или соленоидными клапанами 1 ).Известно также .програмное задающее устройство, содержащее блок набора временных интервалов, сумма" тор, блок сравнения, эадатчик точного времени, переключатель программ и шифратор, которое может быть использовано только для автоматического включения аппаратуры в заданное время с повьааенной точ".ностью 21.Наиболее близким к изобретению является программирующее устройство сциФровой индикацией и аналоговым выходом, которое содержит серию пардекадных переключателей, шаговой. регистр, счетчик времени, времяза О дающее устройство со счетчиком,цифро-аналоговый преобразователь,вентильные схевиа. Устройство управляет эволюцией величины в функциивремени посредством одинаковыхили различных линейных приращенийкрутизны 3 3Однако в устройстве нет возможности задания градиента выходнойфункции, невелика точность вследст"вие чего оио неприменимо для управления режимом атомизации атомно-абсорбционного спектрофотометра.Целью изобретения является повышение точности устройства.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство дЛя программного управления, содержащее генератор импульсов, выходом подключенный к первому входу блока управления, первый выход которого соединенс первыми входами блока постояннойСоставитель И. ывецчук Техред Л.Пекарь Корректор Г. Решетник едактор И. Ник аж 872 енного коми етений и от-35, Раушск Заказ 1 лиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная; 4 1/35 ТВНИИПИ ГосУДаРспо делам изо113035, Иосква,987579 ол ИФ Подписиеха СССРрытийя наб., д, 987579.памяти, второй выход - с первымивходами блока оперативной памяти,вторыми входами подключенного ктретьему выходу блока управленияи вторым входам блока постояннойпамяти, реверсивный счетчик, выходом соединенный с входом цифро-аналогового преобразователя и первымвходом блока сравнения, формирователь сигналов, выходом подключенныйк третьему входу блока оперативнойпамяти, и времязадающий блок, введены преобразователь кода, пульт оператора, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, первыйи второй регистры и блок контроляи индикации, выходом соединенный спультом оператора, а входами соответственно с выходами блока управления, формирователя сигналов, преобразователя кода, времязадающегоблока и реверсивного счетчика, входкоторого подключен к выходу делителячастоты с переменным коэффициентомделения, первым входом соединенногос выходом блока сравнения, вторымвходом - с выходом второго регистра, 25третьим входом - с выходом генератора импульсов, четвертым входом -с пятым выходом блока управления,первйм входом первого и второго регистров и первым входом времязадающе го блока, второй вход которого подключен к первому выходу преобразователя кодов, к второму входу первогои второго регистров, третий вход -к выходу генератора импульсов, четвертый вход - к выходу блока сравнения, второй выход времязадающегоблока подключен к второму входу блока управления, третьими входами со-..единенного с первымй выходами пульта оператора, второй выход которогочерез формирователь сигналов подклю-чен к третьему входу .блока оперативной памяти, первый и второй выходыкоторого соединены с первым и вторымвходами преобразователя кодов, третий45и четвертый входы - с первым и вторымвыходами блока постояннойпамяти соответственно, а третий выход - свыходом устройства,На фиг. 1 приведена функциональ"ная .блок-схема устройства, на фиг.2диаграмма, поясняющая работу устройства; на фиг, 3 -. пример Функциональной схемы блока управления; на Фиг.4 диаграмма, поясняющая работу блокауправления; На фиг. 5 - схемы блоков регистра и делителя частотына фиг. 6 - схема времяэадающего бло"ка; на фиг. 7 - схема блока контроляи индикации. 60Устройство содержит пульт 1 оператора, Формирователь .2 сигналов, блок3 управления, блок 4 оперативной памяти, блок 5 постоянной памяти, преобразователь 6 кбда, времяэадакщий 65 блок 7, первый 8 и второй 9 регистры, делитель 10 частоты с переменнымкоэффициентом, реверсивный счетчик11, цифро-аналоговый преобразователь12, блок 13 сравнения, генератор 14импульсов, блок 15 контроля и индикации.Блок 3 управления (фиг. 3) содержит первый 16 и второй 17 одновибратор, счетчик 18 импульсов, элементИЛИ 19, преобразователь 20, узел 21синхронизации, триггер 22, элементИ 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 иэрегистра 31, счетчика делителя 32частоты, триггер 33, элементов И 3436, инвертора 37,Блок 7 содержит регистр 38,счетчик 39, элемент И 40, триггер41, элемент ИЛИ 42 и делитель 43частоты.Блок 15фиг, 7) содержит коммутаторы 44 и 45, дешифраторы 46и 47, счетчик 48 и генератор 49 опорйой частоты.Одновибратор 16 предназначен дляформирования одиночного импульса принаборе на пульте оператора номераступени, одновибратор 17 - дляФормирования импульса при запускеустройства диаграмма 1 фиг, 4 ),счетчик 18 - для формирования адреса ячеек памяти. При вводе программы тактовый импульс на счетчик 18поступает из одновибратора 16, апри обработке программы с элементаИЛИ 19, на который поступает сигналзапуска устройства, а также сигналс времязадающего устройства 7, являющихся сигналом завершения предыдущей ступени. Преобразователь 20предназначен для выдачи информациио номере ступени на блок 15 контро"ля и индикации в двоично-десятичномкоде. Узел 21 синхросигналов предназначен для формирования из импульсов, поступающих с генератора 14 (диаграмма а), последовательностей импульсов, сдвинутых друг относительно друга диаграммы .5, В, фиг. 4 ), Триггер 22 служит для выдачи сигнала разрешения (диаграмма д, фиг. 4) на про" хождение 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 , К) программы, а четвертое состояние и используется для формированиясигнала запуска диаграмма л , фиг.4) делителя 10 частоты.Укаэанные состояния 3 формируются дешифратором 25 и используются для выборки памяти, а также являются сигналами разрешения для формирования из импульсов е сигналов записи к выбранных слов. Сигнал выхода дешифратора и используется для формирования сигнала записи следующей ступени дКоммутатор 26 предназначен для 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 Ъвтомат"), поданными с пульта операт.ора.Триггер 29 предназначен для формирования сигнала разрешения а на прохождение импульсов е 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 одно- вибратор 17 поступают сигнал запуска, которому соответствует первый адрес строки памяти, и сигналы, приведенные на Фиг. 4В 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 "Автоматп. Блоки памяти 4 и 5 содержат шестнадцать двоично-десятичных разрядов,шестнадцатый разряд через блок 6фиг. 1 ) поступает на вход регистра31 в разряд знака градиента.Этим разрядом опеределяется режимработы реверсивного счетчика 11фиг. 1 ). В случае единичного состояния разряда выходной сигнал делителя32 частоты через элемент И 35 пос тупает на вход прямого хода счетчика,а в случае нулевого состояния - навход обратного хода. В дальнейшем, взависимости от значения знаковогоразряда, меняется режим рабо 1 ы рьвер сивного счетчика для каждой ступени.Преобразователь 6 осуществляетобъединение информации с блоков 4и 5 по схеме проводного ИЛИ и передачу ее на блок 15 и к объекту управле О ния, а также преобразование двончнодесятичного кода в двоичный и передачу на времязадающий блок 7 и регистры 8 и 9.Блок 7 является времязадающим бло ком 1 таймер) и предназначен дляопределения продолжительности плос,ких участков диаграммы фиг. 2).Регистр 38 блока 7 построен наэлементах К 1557 ИЕ 7, представляющихсобой счетчики с предварительнойустановкой, что дает возможность использовать их в качестве буферных за.- поминающих элементов. Счетчик 39построен на элементах К 155 ИЕ 2 и предназначен для получения значения времени в двоично-десятичном коде споследующей выдачей на блок 15 контроля и индикации фиг, 1). Устройство работаетследующим 46 .ббразом.После запуска программируемогоустройства на время действия третьего сигналами (фиг, 4), предназначенного для выборки триггера столбца па мяти, на входе регистра 38 находится информация о значении длительности времени плоских участков диаграммы 1 фиг. 2 ), третий сигнал к (фиг. 4)является стробирующим сигналом для у) регистра 38Отсчет времени в секундах начинается при завершении нарастающего участка диаграммы. (Фиг. 2 ).В этом момент на триггер 41 от блока13 схемы сравнения фиг. 1 ) поступает сигнал импульсный ), перебрасываю.щий триггер в единичное положение.В результате на регистр 38, являющийся уже счетчиком в режиме реверса, исчетчик 39 через элемент И 40 от блока 14 фиг, 1 ) поступает импульсная фф последовательность с частотой 1 Гц.В момент обнуления регистра 38 выдает.ся импульс переноса, который черезэлемент ИЛИ 42 поступает на установку. нуля триггера 41 и счетчика 39, И и счет прекращается. Этот же импульс, 98757960 поступающий на блок 3, является сигналом запуска следующей ступени. Дляплоского участка следующей ступениработа схемы, идет аналогично.Регистры 8 и 9, представляющие собой триггериае схемы, предназначеныдля приема данных соответственно овеличине выходной функции и о градиенте функции на каждой ступени. Делитель 10 частоты с переменным коэффициентом деления предназначен для по-лучения импульсных последовательностей различной частоты. Выходнойреверсивный счетчик 11 предназначендля получения кодового значения текущей величины выходного сигнала.15Режим работы счетчика (прямой илиобратный счет ) определен заранеедля каждой ступени по программе,так как схема дана с использованиемодной ячейки К 155 ИЕ 8 и, следователь- щно, определение выходной частоты делителя 10 частоты ( фиг, 1) и таблица кодовых значений градиента функций даны для этого случая при тактовой частоте 1000 Гц. 25На фиг, 5 представлена функционнальная схема блоков регистра 9 иделителя 10 частоты с цепями управления. В исходном состоянии входы де-,лителя 32 частоты находятся в нуле-вом состоянии, тактовая частота1005 Гц через запертый элемент И 34также поступает на счетный вход.После запуска программируемого устройства сначала .на регистр 31 поступает импульс запйсик(фиг.4),который осуществляет запись двоичного значения градиента функций (коэффициента М ), выбранного сигналомз(фиг. 4) из блока памяти.После завершения записи информации остальных двух параметров.( значение выходной функции-температуры и времени выдержки ) в регистрах 8 и 7 (фиг. 1 ) сигналами записи к- и к -э на триггер 33 поступает сигнал л (фиг. 4), являющийся сигналом запуска описываемогоузла и, тем самым, началом работыпрограммируемого устройства подиаграмме (фиг. 2). Делитель 32 50частоты на элементы И 35 и 36 начинае 1 выдавать импульсную последовательность с частотой, соответствующейкоэффициенту М в формуле 8 Ы 64Цифро-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 предназначен для выдачи сигнала запуска времязадающего устройства в момент достижения заданного значения выходнойФункции.Генератор 14 тактовых импульсоввырабатывает прямоугольный импульсы стабильной частоты.Блок 15 контроля и индикации(фиг, 1 ) обеспечивает выработку сигналов для десяти семисегментных индикаторов, расположенных на пульте1 оператора (Фиг. 1). Четыре из этихиндикаторов служат для высвечивания значения выходной функции (внашем конкретном случае значениятемпературы ), четыре - для высвечивания значений трех параметроввеличины выходной функции (температуры ), времени .выдержки и градиентавыходной функции,Коммутатор 44 (фиг. 7) построенна элементах, К 155 КП 7 и предназначендля коммутации сигналов, поступающихиз блоков 2, 6 и 7 (фиг. 1), несущихсоответсвующую информацию. Адрес соответствующего режима определяется. спульта 1 оператора с помощью клавишного переключателя через блок 2(,фиг. 1 ).Выходы коькутатора 44 являютсяинформацией для указанных последнихчетырех семисегментных индикаторов,Коммутатор 45 построен на элемен"тах К 155 КП 1 и предназначен для коммутации информации упомянутых десятисемисегментных индикаторов.На все семисегментные индикаторыинформация подается параллельно сдешифратора 46, а выбор соответствующего индикатора осуществляется спомощью дешифратора 47, десять выходов которого используютсядля 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 подачуинформации на каждом индикаторе присоответствующем анодном сигнале.Счетчик 48 работает постоянно сопределенной опорной частотой (1 кГц)Каждая ступень соответствуетФункционально законченному этапуцикла работы устройстваУстройством задаются и управляются три параметра; значение выходнойфункции (как кодовое, так и аналоговое ), градиент выходной функции ивремя выдержки. Устройство способно воспроизводить. сложные характеристики с кусочно-линейной апроксимацией.В устройСтве реализуется функция Р= Е(1 ),- время в секундах, а для Р ,д имеется как цифровое, так и аналоговое значение..Устройство работает в двух режимах: "Эксперимент" и "Автомат",В режиме "Эксперимент" производится ручной ввод программы в блок4 с пульта оператора.В режиме "Автомат" работа идетпо заранее определенным законам 10 управления, информация о которойхранится в блоке 5.Рассмотрим работу устройства пофункциональной блок-схеме в режиме,при этом отсутствует процесс вводапрограммы с пульта 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 зависимости от того, с какой скоростью (гра диентом).должен меняться выходной сигиал ЦАП 12, который опеределяет" ся скоростью изменения кодового сигнала реверсивного счетчика 11, что в свою очередь определяется частотой выходных иьщульсов делителя частоты. гВ таблице приведена часть как кодовых значений градиента выходной Функции (коэффициент М ), так и приближенных значений Гэь При использо О вании устройства для управления температурными режимами атомно-абсорбционных 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"(отрицательное значение градиента ) или "1" .(положительное значение градиента).Частота выходного сигнала счетчика 155 ИЕ 8) определяется формулой Р 8 ык Первый параметр определяет значение функции Р = й(1 ) 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 а, 1, 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 2при нажатии соответствующего клавишного переключателя на пульте 1 оператора. ЪНабранная 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 уп" ,давления. Нажатием кнопки "Пуск" на пульте оператора начинается отработка накопленной в блоке 4 (или хранимой в блоке 5 в режиме "Автомат" ) информации. В . блоке 3 управления вырабатываются сигналы записи. и выборки информации, определяющие запись выбранной из памяти информации соответственно во времязадающий блок 7 в регистры 8 - величины выходнойфункции, а в регистр 9 - градиента выходной функции. С задержкой во времени относительно укаэанных сигналов формируется сигнал запуска делителя 10 частоты с переменным коэффициентом деления. Выходной сигнал этого делителя является тактовые 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 "Конец циклами. На этом отработка одной ступени заканчивается, запускается следующая ступень программы,Количество отрабатываемых ступе-., ней определяется оператором до нача" ла процесса отработки.987579 заданным законам, так и при различ"ных экспериментах технологическогопроцесса. Увеличена гибкость системыеУстройство имеет выходы дискретных сигналов, способных управлятьпо программе различными органами управляемого объекта по принципу"открыт/закрыт",Предусмотренная в устройстве ин 10 дикация текущего значения функции,а также вводимой оператором программы и воэможность проверки накопле.ния в блоке 4 или же помещенной в;блоке 5, устраняет ошибхи программи 15 рования. Кодовое значение Реальное значение градиента функ- градиента Функцииций ( С/с) 30 30 50 50 60 60 80,80 95 110 125 140 140 155 10 155 250 250 500 32 500 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 55 подключенного к третьему выходу блока управления и вторым входам блока постоянной памяти, реверсивный счетчик, выходом соединенный с входом цифро-аналогового преобразователя и щ 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 целью повышения точности устройстТаким 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 участки 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 преобразователькода, пульт оператора, делитель час".тоты с переменным коэффициентом деления, первый и второй регистры и блокконтроля и индикации, выходом соединенный с пультом оператора, а входами соответственно с выходами блокауправления, формирователя сигналов,преобразователя кода, времязадающего блока и реверсивного счетчика,вход которого подключей к выходу делйтеля частоты спеременным коэффициентом деления, первым входом соедиНенного с выходом блока сравнения,вторым входом - с выходом второго регистра, третьим входом " с выходомгенератора импульсов, четвертым входом - с пятым выходом блока управления,.первым входом первого и второгорегистров и первым входом времязадающего блока, второй вход которого порчключен 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. Заявка Великобритании В 147438, го с первыми выходами пульта операто- кл. С 3 Б, 1972.ра, второй выход которого через фор. Авторское свидетельство СССР мирователь сигналов подключен к 10 В бб 7955, кл. О 05 Р 15/00, 1972 третьему входу блока оперативной па. Заявка франции Ф 2254816, мяти, первый и второй выходы которо- кл. 6 05 В 19/04, 6 05 2 23/00, опуб го соединены с первым и вторым входа- лик, 1975 1 прототип).л обьекту улраЬения