Устройство для цифрового программного управления объектом

Союз СоветскнкСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(5 ) М. Кл, О 05 В 19/18 Государственный комитет ей. 55(088.8) по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 23.08.82 ИностранцыХаральд Килленберг. Михаэль Крапп и Клаус Флуршотц(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОГО ПРОГРАММН ГО УПРА ВЛЕНИЯ ОБЪЕ КТОМ Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для управления, например, станками, построенным на интегральных схемах низкой и средней степени интет рации.Известны системы управления с дараллельной обработкой информации, которые представляют собой жестко смонтированные схемы. Они имеют преиму щества минимального расхода элементов и мвисемвльиого быстродействие 1. Однако в таких системах для каждой задачи управления требуются новые ,инди- видуальные схемы и каждое изменение- реализованного алгоритма управления влечет за собой вмешательство в построение схемы, Эти вмешательства вызывают. существенные расходы времени и матерна-. 20 лов, когда в схемы, выполненные на печатных платах, необходимо внести конструктивные изменения в платы, т. е.необходимь новые печатные платы, что, кроме того, чрезмерно увеличивает раэнообразие типов печатных плат. Данныйнедостаток устраняется, если группыплат системы имеют только отдельные несоединенные схемы, т, е, все входы отдельных схем выведенът через штеккерный разъем группы плат на соединительный монтаж, Однако в таких структурах схем количество используемых плати расходы на соединительный монтаж становятся чрезмерно большими. Системы же,в которых использованы матричные структуры (из диодов или транзисторов), имеютограниченную воэможность программирования и,. хотя являются более гибкими,чем системы с жестким монтажом, имеютмного избыточных элементов, что является большим недостатком при построениисложных схем управления,Известны такзке системы управления споследовательной обработкой информациис ограниченной или универсальной возможностью программирования, которые имеютпреимущество в высокой гибкости 21.Однако они требуют высоких затрати применения элементов с высокой сте53626 35: 40 45 50 55 3 9 пенью интеграции. Кроме того, вследствие применяемого в них принципе последовательного расчета переключательных функций, они имеют меньшее быстродействие по сравнению с системами с жестким монтажом. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройстводля программного управления, содержащее счетчик состояний, входы которогосоединены с выходами элементов И-НЕ,а. выходы - с входами дешифраторови мультиплексоре3,Недос. етками известного устройстваявляются узкая область применения исложность,Цель изобретения - упрощение и раоширение области применения устройства,Поставленная цель достигается тем,что устройство для цифрового программного управления объектом, содержащее триггерный накопитель, выходы которого подключены к входам дешифратора и блокзадания весовых коэфрициентов, состоящий из первых элементов И-НЕ, содержит формирователь управляющих команди формчрователь выходных функций, причем блок задания весовых коэффициентовсодержит вторые элементы И-НЕ, формирователь управляющих команд - первыеи вторые элементы НЕ, первые элементы И и первые элементы ИЛИ, а формирователь выходных функций - третьи элементы И-НЕ, вторые элементы ИЛИ ивторые и третьи элементы И, первыевходы которых соединены с прямыми выходемц дешифратора, е выходы - с первыми входами соответствующих вторыхэлемен ов ИЛИ, подключенных выходамик первым входам третьих элементовИ-НЕ, инверсные выходы дешифратора через первые элементы И-НЕ соединеныс. первыми входами первых элементов И,вторые входы которых, кроме двух изданных элементов И, подключены к выходам соответствующих вторых элементовИ-НЕ, подсоединенных входами к выходам соответствующих первых элементовИ-НЕ, вторые входы оставшихся первыхэлементов И связаны с первыми информационными входами устройства, выходывсех первых элементов И подключены кпервым входам соответствующих первыхэлементов ИЛИ, соединенных выходами свходами триггерного накопителя через вторые элементы НЕ, причем входы первыхэлементов И-НЕ подключены к вторыминформационным входам устройства, вторые входы первых и вторых элементов ИЛИ и вторых и третьих элементов И - к соответствующим управляющим входам устройства, а выходы третьих элементов И-НЕк выходам устройстве.Не чертеже представлена схема предлагаемого устройства,Устройство содержит блок 1 заданиявесовых коэффициентов, формирователь 2,управляющих команд, триггерный накопитель 3, дешифратор 4, формирователь 5выходных функций, первые 6 и 7 и вторые8 элементы И-НЕ, первый.алемент НЕ 9,первые элементы И 10, вторые элементыНЕ 11, первые 12 и вторые 13 элементы ИЛИ, вторые и третьи элементыИ 14 - 16, третьи алементы И-НЕ 17и резисторы 18 и 1 9.Принцип работы устройства заключаетсяв следующем,В графах состояний алгоритма управления высовые выражения И представляют собой логические выражения входных сигналов устройства управления, действующих на процесс управления от состояния . до состояния 1 . Для реализа 1ции этих выражений используются платыс управляемыми элементами И-НЕ. Двуступенчатый элемент И-НЕ образуетосновную функцию Количество входных сигналов 6 на каждый элемент И-НЕ и количество самих элементов И-НЕ ". первой ступени обработки (блока 1 ) зависят от конст руктивных данных. Каждый входной сигнал 8 выводится через разъем платы только один паз и при необходимости может быть разветвлен на плате и выведен к нескольким элементам И-НЕ первой ступени обработки, Тем самым платы в любом случае зависят от рода выполняемой задачи.Для изменений алгоритма управлений и блокировки неиспользуемых комбинатор. ных выражений каждый элемент И-НЕ первой ступени обработки имеет независимый управляющий вход Р . Посредством подачи сигнала "Оф на вход Рможно блокировать соответствующий элемент И-НЕ,Функция переходов устройства реализуется дизъюктивно объединенными выражениями, ъ е, когда достигается состояййе и загрузка входа в данный момент в устройстве предполагается=1, тогда со следующим тактом пройсходит переход в состояние У626 ьлибо когда реализуемое выражение со держит только конъюнктнвные связи; либо после изменения реализованное выражение уже не требуется, либо когда блокировка на нуль производится через блок 1, Это необходимо, так как каждый вхЬдной сигнал выводится Мерез разъем один раз и разветвляется на плате. Эта мера способствует разгрузке разъема и тем самым увеличению плотности монтажа платы, но с другой стороны, эта плата зависит от рода решаемой задачи и применима для того типа станков, для которогоона была разработана,В формирователе 2 элементы И 10имеют открытый контур, а общее сопротивление коллектора подсоединено к сборной шине и рабочему напряжению О , что,образует элемент ИЛИ 12.Накопитель 3 состоит из триггеров(или более сложных элементов памяти),размещенных на платах памяти. Входныесигналы для смещения и возврата представляют собой управляющие функциипамяти, тактовый сигнал Т и выходныесигналы у и у памяти выведены наоазъем.Дешифратор 4 формирует из сигналови ч. сигналы состоянияи егоотрицаниеи может быть выполненна одноступейчатых или многоступенчатых платах и совмещен с платами памати,Так, .:апример, для каждого преобразуемого сигнала состояния в дешифраторе 4может применяться один элемент И-НЕ.Выходная плата, соответствующая,формирователю 5, выполнена на элементах 14 - 16 с открытым коллектором,подключенных к сборной шине, Они образуют элемент ИЛИ 13 и реализуютдизъюнкции сигналов состояния 1;)3а также конъюнкции У Ф 1 кг, необходимые в случае непосредственного воздействия входных сигналов на выходные сигналы в состоянии Ук1Посредством загрузки блокирующих сит- налов Че сигналом нуль и Ч 0 е сигналомединицы У = 90 е=О) 7 р накладывается насигнал единица, а посредством загрузкиЧ 0 е сигналом нуль и Че сигналом единица (Ч 0 = УО)2 Е накладывается на сигнал нуль. Тем самым независимо. от сиг- налов состояния создается жесткая нагрузка выходов, Условие Ч 0 = Чр =1 не создает блокировки и соответствует обычномурежиму работы. Выбирать блокировку выходного сигналана нуль или единицузависит от рода решаемой задачи и мо Дизъюнкция между указанными выражениями необходима по следующм причинам Во-первых, состояние У может получитьса из нескольких предыдущих состояний; во-вторых, состояния кодируются 5 несколькими запоминающими сигналами и тем самым каждый разряд накопителя может быть установлен или смещен назад в несколько состояний.Выражения1 и их дизъюнкции 0 реализуются на платах с элементами "распределяемого" ИЛИ, которые вследствие их однородного, независящего от конкретной проблемы, построения могут быть стандартизованы. 15Расширение дизъюнкций возможно с помощью схем с открытым коллектором, с выходной стороны параллельно подключенным к сборной шине, которая в качестве расширительного входа 20 выводит ся на разъем.Устройство работает следующим образом.Устройство запускается от станка множеством сигналов Е,г и после внутрен ней обработки выдает множество выходных сигналов; на станок. Под входными сигналами понимаются сигналы, получаемые на станке, например, механическими контактами или индуктивными дат- зс чиками и определяющие рабочее положение станка в каждый момент.Объединение входных сигналов Г в блоке 1 выдает множество сигналов 1.Ц представляющих собой логические выражения всех переходов состояния, Переход может произойти только из состояний, в котором устройство находится в данный момент, поэтому для получения управляющих функций 1 и К в формирователе 2 40 для накопителя 3 необходимо множество инверсных сигналов состояния.Накопитель 3, состоящий из триггеров 21 типа 11(, выдает сигналы памяти У и 9, из массы которых дешнфра тор 4 формирует множества сигналов У и 1 состояния, Множество 1 для получения управляющих сигналов передается на вход формирователя 2, а множество у для получения выходных сигналов на вход формирователя 5. Если же выходные сигналы включаются непосредственно от входных сигналов, выходы блока 5 соединяются со входами блокировки блока 1.55Блок 1 управляется через входы Р - Р, так как сигнал "0 на этомКвходе может блокировать соответствующий элемент И-НЕ 6 или.7. Это имеет место, ММ 2640 жет быть предусмотрено заранее подготовленными контактами для перемычек наплатах.Каждый узел 1-5 устройства содержит группу плат, которые полностью загруженыы.При первой реализации расширительныевходы 20 и 22, не требуются,На чертеже устройство имеет четыре состояния о -копируемые накопителем 3 и формирователем 2.Дешифратор 4 представлен в виде сложной схемы, способной реализовать преобразование "3. из 8 ф, Так как требуетсятолько четыре состояния, вход С загружец сигналом "0". В формирователе 5отсутствует блокируюшаяся схема, поэтому все входы Чо и Ч загружены сигналом "1"После запуска устройства необходимо 20произвести изменение алгоритма управления, при этом требуется выходной сигналИзменение требует дополнить схему еще четырьмя платами (плата узлов1 - 3 и 5, показанные внизу чертежа)одинакового типа и ввести дополнительный соединительный монтаж (показанштрихом), Дополнительные платы используютсячастично, т. е. с их помощьюможно реализовать еще другие части схем, 30Еше один дешифратор не требуется,так как дешифратор "1 из 8 ф может формировать также состояниено при этомвход С подключается к выходу Ч дополнительной платы накопителя 4, 35Входы 20 и 20 и соответственно22 и 22 совместно соединены. Относящиеся к ним резисторы коллекторов имеюттакие сопротивления, что это возможнов широких пределах.Таким образом, предлагаемое устройство состоит частично из стандартныхплат с внутренним логическим соедине-.нием и позволяет последующее изменениереализуемого алгоритма управления осуществлять без изменения примененныхплат лишь путем изменения соединительного монтажа и количества примененныхплат, причем все возможные изменениямогут быть описаны в графах состояний 50алгоритма управления,ф о р.м у л а и з о б р е т е н и яУстройство для цифрового программного управления объектом, содержащее триггерный накопитель, выходы которогоподключены к входам дешифратора, и блокзадания весовых коэффициентов, состоящий из первых элементов И-НЕ, о т л ич а ю ш е е с я тем, что, с целью расширения области применения и упрощенияустройства, оно содержит формировательуправляющих команд и формировательвыходных функций, причем блок заданиявесовых коэффициентов содержит вторыеэлементы И-НЕ, формирователь управляющих команд - первые и вторые элементы НЕ, первые элементы И и первыеэлементы ИЛИ, а формирователь выходных функций - третьи элементы И-НЕ,вторые элементы ИЛИ и вторые и третьиэлементы И, первые входы которых соединены с прямыми выходами дешифратора,а выходы - с первыми входами соответствующих вторых элементов ИЛИ, подключенных выходами к первым входамтретьих элементов И-НЕ, инверсные выходы дешифратора через первые элементыНЕ соединены с первыми входами первых, элементов И, вторые входы которых,кроме двух первых элементов И, подключены к выходам соответствующих вторыхэлементов И-НЕ, подсоединенных входами к выходам соответствующих первыхэлементов И-НЕ, вторые входы оставшихся элементов И связаны с первыми информационными входами устройства, выходы всех первых элементов И подключенык первым входам соответствующих первых элементов ИЛИ, соединенных выходами с входами триггерного накопителя через вторые элементы НЕ, причем входыпервых элементов И-НЕ подключены квторым информационным входам устройства, вторые входы первых и вторых элементов ИЛИ и вторых и третьих элементовИ - к соответствующим управляющим входам устройства, а выходы третьих элементов И-НЕ - к выходам устройства,Источ ники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Глушков Б.М. Теория абстрактных.,автоматов, "ФЕБ Дойчер Ферлаг дер Виссеншафтен", Берлин, 1963.2."Зег же%-НесЫо-аи Сареи Ьоо", й3, йеИ, 4,3 ес,ев Ье,1976.3, Журнал "Электроника". ЛЪ 3, 1973,с, 49-58 (прототип).