Устройство для программного управления

СОЮЗ СО 8 ЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН ЯО 3246 51)4 С 05 В 9/ 08 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ЗОБРЕТЕНИ 9 39Г.Н.ТкаченОхмат8,8)етель1910 монькин тво СССР 1982.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАКЧНОГОУПРАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике иможет быть использовано в системах иустройствах программного управления,обеспечивающих контроль и коррекциюинформации, поступающей от датчиков.Цель изобретения - повьппение достоверности функционирования и расщирениеобласти прщенения, Устройство содержит блок 1 управления, первый 2, второй 3, четвертый 4, третий 5 блокипамяти, первый б и второй 7 анацифровые преобразователи (АЦП)1432461 вый 8, второй 9 и третий 10 цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), первый 11 и второй 12 блоки ввода, первый 13, второй 14, третий 15 сумматоры, первый 16, второй 17, третий 18, четвертый 9 и пятый 20 регистры, преобразователь 21 прямого кода в дополнительный, коммутатор 22, пер-.вый 23 и второй 24 датчики, первый 25 и второй 26 выходы управления и первый 27, второй 28, третий 29 ичетвертый 30 выходы синхронизации блока 1 управления, информационный выход 31, выходы аварии 32 и ошиб 1Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике и можетбыть использовано в системах и устройствах программного управления,обеспечивающих контроль и коррекцию 5информации, поступающей от датчиковпараметров.Цель изобретения - повышение достоверности функционирования и расширение области применения.1 ОНа фиг,1 показана функциональнаясхема устройства для программного управления с контролем; на Фиг.2 и 3 -функциональные схемы блоков управления и ввода соответственно; нафиг.4 -15временная диаграмма работы устройства,Устройство (фиг.1) содержит блок 1управления, первый 2, второй 3, четвертый 4 и третий 5 блоки памяти,первый 6 и второй 7 аналого-цифровыепреобразователи (АЦП), первый 8, второй 9 и третий 10 цифроаналоговые преобразователи (ЦЬЛ), первый 11 и второй 12 блоки ввода, первый 13, второй 14 и третий 15 сумматоры, первый16, второй 17, третий 18, четвертый 1919 и пятый 20 регистры, преобразователь 21 прямого кода в дополнительный,коммутатор 22, первый 23 и второй 24ЗОдатчики параметров, первый 25 и второй 26 выходы управления и первый 27,второй 28, третий 29 и четвертый 30выхоДы синхронизации блока 1 управления, информационный выход 31, выходы 35аварии 32 и ошибки 33 первого блока ки 33 первого блока 2 памяти, информационный выход 34, выходы аварии35 и ошибки Зб второго блока3 памяти, информационный выход Зl,выходы аварии 38 и ошибки 39 третьего блока 5 памяти. Выходы первого 8,второго 9 и третьего 10 цифроаналоговых преобразователей являются первым,вторым и третьим выходами устройства.Такое выполнение устройства для программного управления позволяет повы",сить достоверность Функционированияи расширить область применения.1 э.п. Ф-лы, 4 ил. 2 памяти, информационный выход 34, выходы аварии 35 и ошибки 36 второгоблока 3 памяти, информационный выход37, выходы аварии 38 и ошибки 39третьего блока 5 памяти.Блок управления (Фиг.2) содержитсчетчик 40 сикхронизации, первый 41,второй 42 и третий 43 счетчики ошибок, регистр 44 аварии, генератор 45импульсов, триггеры пуска 46 и управления 47, дешифратор 48, первый 49,второй 50, третий 51, четвертый 52,пятый 53, шестой 54, седьмой 55,восьмой 56 и девятый 57 элементы И,элемент ИЛИ 58, первый 59, второй60, третий 61 элементы ИЛИ-НЕ, элемент НЕ 62, тумблер 63, переключатель 64, первую 65.1 и вторую 65.2кнопки и элемент бб задержки.Блоки 11 и 12 ввода содержат резистор 67 и реле 68.Блок управления предназначен длясинхронизации работы основных узловсхемы, управления коммутацией цепейпередачи информации устройства и организации контроля функционирования,Принцип действия блока 1 управле-,ния состоит в следующем,В исходном состоянии элементыпамяти обкулены. Цепи устаноьки исходного условия не показаны. По нажатию кнопки 65.1 "Пуск" триггер46 устанавливается в единичное состояние и разблокирует генератор 45импульсов, Импульсы с выхода генератора 45 импульсов поступают кавходы элеметов И 50 и дешифрятора48. Если устройство работает в режиме "Основное Функционирование, т,е,реализует процесс управления пере 5ключатель 64 находится в исходномположении и элемент И 49 закрыт нулевым сигналом, В результате элементИ 50 и дешифратор 48 открываются паинверсному входу. Импульсы поступают на счетный вход счетчика 40, который совместно с дешифраторам 48формирует четыре сдвинутых во времени последовательности импульсов(фиг.4) на выходах 27 - 30 устройства.В данном режиме периодически появляющиеся единичные сигналы на выходе элемента ИЛИ-НЕ 59 не блокируютработу элемента И 50. 20Кроме того, по импульсам с нулевого и первого выходов дешифратора48, проходящим через элемент ИЛИ 58,триггер 47 формирует управляющие сигналы на выходе 26 (фиг.4). 25Останов работы устройства осуществляется при нажатии кнопки "Стоп"65,2, либо по сигналу "Авария" с выхода элемента ИЛИ-НЕ 60, или по сиг яналу Переполнение ошибки с выхода 30элемента ИЛИ-НЕ 61,Сигнал нулевого уровня "Авария"формируется при установке одного из, триггеров регистра 44 в единичноесостояние по входам 32,35 и 38. Нуле вой сигнал "Переполнение ошибки" является следствием переполнения одного из счетчиков 41 - 43. Счетчики41 - 43 осуществляют подсчет сигналов ошибки, поступающих по входам33,36 и 39 блока 1 управления черезэлементы 52,54 и 56. Коэффициент деления счетчиков 41 - 43 выбираетсяисходя из учета допустимого числасигналов сшибки, выданных подряд свыходов 33, 36 и 39 блоков 2,3 и 5памяти, При исчезновении сигналогошибки происходит обнуление счетчиков 41 - 43 импульсами, поступающими с, третьего выхода дешифратара 48через элементы И 53, 55 и 57.50В режиме "Контроль" блок 1 -управлейия работает аналогично описанному,Отличие состоит в следующем. Тумб -лер 63 замыкается и "+" источника пи 55тания выдается на выход 25 для перевода в режим контроля блоков 11 и12 ввода. При этом переключатель 64остается в исходном нулевом состояниц, если катрал;. ссушесвляется цяодин цикл, или переключается в елисостояие, когда котрельляется многацклс вым.Если переключатель 64 подключается к выходу элемента НЕ 62, единичный сигнал приоткрывает элемент И 49.После наж;,тия кнопки 65.1 триггер 46устанавливается в единичное состояние, однако элемент И 49 остается закрьтым пс третьему входу на время Формирования генераторам 45 первого импульса и срабатывания счетчика 40 иэлемента ИЛИ-НЕ 59. После того, как всчетчик 40 запишется первый импульс,элемент И 49 закроется нулевым сигналом с выхода элемента ИЛИ-НЕ 59,Таким образом, элемент бб задержки и элемент И 49 обеспечивают разрешение одного цикла работы счетчика40 при наличии единичного сигнала навыходах переключателя 64,Блоки 2 и 3 памяти предназначеныдля хранения кодов коррекции информации, поступающей от датчиков 23 и 24.Старшие разряды информации с выходовАПП б и 7 подаются ца адресные входыблоков 2 и 3. В соответствии с адресом на их выходах появляются коды коррекции (выходы 31 и 34), сигналы ошибки, если код выходов датчика выходит из нормы (выходы 33 и 36), и сигналы аварии, если код с выходов датчиков соответствует аварийной ситуации (выхадь 32 и 35) . Блок 4 памяти служит для хранения кадаг фУнкции С 1" (1), где Т к - скоР- ректированный код датчиков 23 и 24, Блок 5 памяти осущетвляет хранение кодов управляющих воздействий, выдаваемых на объект управления в соответствии с адресом сигнала ошибки и аварии, формируюшихся на вьгхадах 39 и 38.Блоки 2 - 5 памяти являются запоминающими ПЗУ устройства статического типа и могут быть выполнены на микросхемах 556 РТ 5.АЦП б и 7 предназначены для преобразавянчя аналоговых сигналов, поступающих с выходов блоков 11 и 12 ввода в циФровые коды, и могут быть реализованы ца микросхемах серии К 1107.ЦАП 8 - 10 служат для преабразо вания цифровых кодов с выходов регистров 16, 17 и 20 в аналоговые управляющие сигналы, поступающие ца5 14324 выходы устройстваи могут быть выполнены на микросхемах серии К 572.Блоки 11 и 12 ввода осуществляют коммутацию аналоговых сигналов в со 5 ответствии с управляющими сигналами от блока 1 управления. При отсутствии высокого потенциала на выходе 25 блокареле 68 (Фиг,З) обесточено и аналоговый сигнал через его нормально замкнутый контакт поступает с вы- . хода датчика 23 (34) на выход блока 11 (12) ввода (режим "Основное функционирование" ).При подаче высокого потенциала на обмотку реле 68 оно срабатывает и сигнал на выходе блока 11 (12) ввода полностью определяется сопротивлением резистора 67, которое может быть изменено в широких пределах для задания тестового аналогового сигнала требуемой величины (режим "Контроль" ),Сумматоры 13 и 14 осуществляют арифметическое суммирование кодов 25 11 и 12поступающих с ВыхОдОВ АЦП 6 и 7,и кодов коррекции д 1 и б 1 у,считываемых иэ блоков 2 и 3 памяти соответственно, что позволяет получить откорректированные значе- ЗОния КОДОВ 1и 1 2 к1 к 11 + " 11Необходимость коррекции информации, поступающей от датчиков, можетбыть вызвана, например, нелинейностями характеристики передаточной Функ Оции датчика, амплитуда которых зависит от величины входного сигнала,Сумматор 15 реализует функцию арифметического вычитания скорретированного и преобразованного кода, поступающего от первого датчика через блоки2 и 4 памяти и от второго датчикачерез блоки 3 и 4 памяти,Таким образом, на выходе сумматора 15 формируется код, пропорциональный величине лСумматоры 13-15 могут быть построены на микросхемах К 155 ИМ 1,Регистры 16-20 предназначены для приема, хранения и выдачи кодов, считываемых из блоков 2-5 памяти и пре 61 6образуемых в процессе Функционирования,и могут быть выполнены на микросхемах К 155 ИР 17.Преобразователь 21 служит для преобразования прямого кода числа в дополнительный, что позволяет реализовать на сумматоре 15 операцию арифметического вычитания, и построен на микросхеме К 115 ПР 6.Коммутатор 22 управляет передачей информации 11 к и 1к с выходов регистров 16 и 17 на вход блока 4 памяти в соответствии с управляющим сигналом с выхода 26 блока 1.К гг 1 ь Ц и 1 гк "2Данный узел устройства. может бытьпостроен на микросхемах 564 ЛС 2,Датчики 23 и 24 служат для преобразования измеряемого (контролируемого ) параметра в электрический аналоговый сигнал. Если такими параметрами являются, например, статическое Р и динамическое Рри давления, то в качестве датчиков мсгут быть использованы индуктивные датчики.устройство для программного управления с контролем работает следующим образом.Возможны два основных режима работы устройства: основное функционирование, в котором реализуются алгоритмы преобразования информации, поступающей от датчиков, в управляющие сигналы (в данном режиме осуществляется также оперативный контроль работы устройства и объекта управления) и тес-товый контроль, в котором производится подача различных аналоговых сигналов с целью самопроверки устройства.Работа устройства в режиме "Основное функционирование".В исходном состоянии все элементы памяти обнулены. Цепи установки исходного состояния условно не показаны. Переключатель 64 поцключен к нулевому полюсу источника питания, а тумблер 63 находится в разомкнутом состоянии. Блоки 11 и 12 ввода настроены на передачу информации от датчиков 23 и 24 (фиг.З).После подачи питания и нажатия кнопки "Пуск" 65,1 триггер 46 разрешает работу генератора 45 (фиг.2 и 4)В соответствии с описанным алгоритмом на выходах 27-30 синхрони0 = Г(д С) 2 к ) ( к)7 143246 зации блока 1 управления появляются последовательности импульсов.По импульсу с выхода 27 в регистры 16 и 17 заносятся откорректированные5 коды информации, поступающей от датчиков 23 и 24 и АЦП 6 и 7 и преобразованной с помощью блоков 2 и 3 памяти и сумматоров 13 и 14 соответственно. Коды 1 и 1 в регистрах 16 и 17 10 хранятся в течение всего цикла отработки информации до поступления очередного импульса с выхода 27 блока 1.Эти коды, кроме того, поступают 15 на ЦАП 8 и 9, преобразуются в управляющие аналоговые сигналы, подаваемые на выходы устройства.Задним фронтом импульса с нулевого выхода дешифратора 48 переводится 20 в единичное состояние триггер 47 и формирует единичный сигнал на выходе 26 блока 1. Этим сигналом коммутутор 22 открывается для передачи инФормации от регистра 16. 25Импульсом с выхода 28 в регистр 18 заносится код (1 к), считываемыйв соответствии с адресом (кодом 1 к) из блока 4 памяти.Задним Фронтом этого импульса", 30 устанавливается в нулевое состояние триггер 47, который перестраивает коммутатор 22 на передачу информации ,Т от регистра 17.Очередным импульсом с выхода 29 блока 1 в регистр 19 заносится результат обработки информации от датчиков.Алгоритм ее обработки состоит в следующем, По коду 1 в регистре 4 о 18 фиксируется код, пропорциональный С(, ),который затем преобразуется в дополнительный код преобразователем 21. Этот код поступает на сумматор 15, где суммируетс (вычита ется) с кодом ц(1), считываемым из блока 4 памяти после подключения его адресных цепей к выходу регистра 17. В результате на выходе сумматора 15 формируется код д Ц, равный разности кодов По коДУ Й.Ч, постУпаюЩемУ на аДрес-.55 ные входы блока 5 памяти, в регистр 20 по синхроимпульсу с выхода 30 блока 1 управления записывается код управряощего воздействия Этот код преобразуется затем ЦАП 10 в аналоговый сигнал и подается на выход устройства.Затем цикл работы устройства повторяется. Если датчики 23 и 24 формируют сигналы, пропорциональные, например, статическому Рс., и динамическому Р давлениям, то блок 4 памяти может реализовать логарифмическую зависимость для этих откорректированных на узлах 2, 3,13,14 величин 1 я Р, (Р ), сумматор 15 позволяет получить код, пропорциональныйк1 я- , а блок 5 памяти реализует Функциональную зависимость числа И, характеризующего отношения скорости движения объекта к скорости звука и зависящего от указанного логарифмакИ = Г(1 я ).Р Этот код далее может восприниматься как управляющие воздействия или как предварительный результат обработки информации для устройства управления верхнего уровня.Останов устройства в данном режиме может быть осуществлен либо при появлении сигналов аварии на одном из выходов 32,35 и 38 блоков 2,3 и 5, свидетельствующих о возникновении аварийной ситуации по одному из контролируемых параметров, либо нажатием кнопки "Стой 65.2, либо при переполнении одного из счетчиков 41-43 ошиб- ки, что свидетельствует о превьппении числа ошибок по одному из параметров. Таким образом, в процессе основного Функционирования осуществляется контроль объекта, обеспечивающий выявление аварийных ситуаций и многократно выдаваемых ошибок, что свидетельствует либо от отказе датчиков, либо о нарушении процесс; управления. В режиме "Тестовый контроль" работа устройства отличается тем, что тумблер63 замыкается, блоки 11 и 12 ввода подключают выходы резистора 67 для подачи тестовых аналоговых сигналов. Если требуется провести один цикл контроля, то переключатель 64 подключается к выходу НЕ 62 и разблокирует элемент И 49. Благодаря этому при появлении единичного сигнала на9 143 выходе элемента ИЛИЕ 59 после обнуления счетчика 40 обеспечивается блокировка подачи импульсов от генератора 45. Если требуется провести многоцикловый контроль, то переключатель64 остается в исходном положении.В этом режиме вне 1 цними средствамимогут быть проанализированы величинывыходных сигналов устройства, а внут ,ренними средствами с,помощью регист ра 44 и счетчиков 41-43 произведенапроверка устройства по выдаче сигна лов аварии и ошибки.Таким образом сущность изобрететния состоит в повьпцении достоверностифункционирования путем обеспечениявозможности периодического тестовогосамоконтроля на основе подачи на входустройства контролирующих воздействийв различном диапазоне значений сигна лов и анализа, в осуществлении встроенного аппаратного контроля устройства и объекта управления по граничнымзначениям локализации аварийныхситуаций, а также в расширении области применения за счет организации,предварительной обработки информациипоступающЕй от датчиков, и ее коррекции,Формула изобретения1. Устройство для программного управления, содержащее первый и второй датчики параметров, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первый и второй блоки памяти, первый и второй регистры, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, причеь 1 выходы первого и второго цифро" аналоговых преобразователей являются первым и вторым выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности функционирования и расширения области применения, дополнительно содержит блок управления, третий и четвертый блоки памяти, третий - пятый регистры, первый - третий сумматоры, преобразователь кодов, первый и второй блоки ввода третий цифроаналоговый преобразователь и коммутатор причем выходы первого и второго датчиков па" раметров соединены с информационными входами первого и второго блоков ввода соответственно, выходы которых соединены с входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей24 б 1 50 55 2 тт 30 5.Э СОО.ЬЕГСтБЕНБО Б.1 ХОД 11 т,ЕРБО, 0 И,З тОРОГО т 1 на 110 ГОифрОБых преобразовгтте лей соединены с первыми входами перБОГО Ет ВТОРОГО СУММБТОР 01 т СООТБЕГСТ -БЕННО, ВЫХОДЫ КОТОРЬХ СОЕДИЕтЕНЫ Синформационными входами первого и второго регистров соответственно. выходи старших разрядов перного н второго аналого-цифровых преобразователей соединены с входами первого ивторого блоков памяти соответственно,информационные выходы которых соединены с вторыми входами первого и БтоРОГО СУММатОРОБ СООТБЕтСТБЕГптс ВЬ 1- хсды аварии первого второго и третьего блоков памяти:.Оединены соответственно с перв 1 гл - третьим входамибгока управления, первый управляктщийвыход которого соединен с управляющими БхОДами перБОГО и БтОрОГО б;10 коьВВОДа, ВтОРОй УГтРаБЛЯЮЩИ.1 БЫХОД, СОЕДИНЕН С УПРЯВЛЯЮЩИМ БХОДОМ КОММттатО Ра, ПЕРБЫй ВЫХОД СИНХРОНИэаЦ 11 И т СЕДИ- нен с входами синхронизации первого и второго регистров, второй - четвергЫй БЫХОДЬт СИНХРОНИэаЦИИ СОЕДИНЕНЫВХОДБМИ 01 ЛЕЕХРО.ЕИЗаЦтлИ ТРЕТЬЕГО пятого ре.истрОБ соответственно Бы - ходы первого и второго регистров соединены с входами Еервого и в -:Орого це 1 фроаналоговьгх:треобраэователей, - с ПЕРЕЗЬ 1 М И БТОРЬЕМ ИЕЛфтОТма 1 т 1101 ЛЕЛЫМЕ 1 ВХО- дами коммутатора сооБетственнот выход которого соединен с Бходо;1 четвер".от о блока памят.тл, выход которого СОЕДИНЕН С ПЕРБЫМ БХОДОМ тРт.ТЬЕГОСУММатОРа И С ИнфОР;.Г:Ц ОПт 1 Ь.,т БХОДОМ тРЕтЬЕГО РЕГИСТРа, ВЬГХОтД КОТОРОГО ЧЕ рез-преобразователь кодов соединен С БтОРЫМ БХОДО.1 тттЕТЬЕГО СУММато Ра, БЬГХдд КОТОРОГО СОЕДИттатт С ЕлнфОРмационньц 1 БКОдО.л четвертОГО реГ 51 стра. БЬ 1 ХОД ЧЕТБЕРТОт.о РЕГИСТРа СОЕДИт 1 ЕН С БХОДОМ ТРЕ тЬЕГО Опока 11 ам 111 т 1 т ЕтнфОР- мационный Бьгход которОГО соейинее 1 с Елнс 110 рмационеЕЬ 1 м БхоеОм пят 010 рсг 1 лст ра, выходы ошибки первого, ьторого и третьего блоков памяти соединены с четвертым - шестым входами блока управления соответственно, выход пятого регистра через третий цифроаналоговый преобразователь соединен с третьим выходом устройства,2, УСтрОйСтво ПО П.т О т Л ч а ю Щ е е с Я темт то блок УпРавЛвттИ 5 т СОДЕРжит СттЕТЧИК СИНХРОН ЗаЦтЛттт первь 1 Й - третий ст 1 етч 1 ки 01 пибок с реГИСтр аварии, ГЕНЕратср 1 Л.тптут 1 ЬСОБ,432 триггеры пуска и управления, дешифратор, первый - девятый элементы И, .элемент ИЛИ, первый - третий элементы ИЛИ-НЕ, элемент НЕ, тумблер, переключатель, первую и вторую кнопки, элемент задержки, причем шина положительного потенциала источника питания через тумблер соединена с первым управляющим выходом блока управления,10 первый - третий входыкоторого соединены с первым - третьим входами ре" гистра аварии соответственно, шина нунулевого потенциала источника питания соединена с нормально замкнутым, а 1 ч через элемент НЕ с нормально разомкнутыми контактами переключателя, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход первого элемента И соединен с инверсным управляющим входом дешифратора и инверсным входом второго элемента И, выход котот рого соединен со счетным входом счетчика синхронизации, шина нулевого потенциала источника питания через 25 .первую и вторую кнопки соединена соответственно с единичным входом триггера пуске и первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с нулевым входом триггера пуска, вы- ЗО ходы счетчика синхронизации соединены с информационными входами дешифратора, первый - четвертый выходы которого . являются первым - четвертым выхода 461 12ми синхронизации блока управления соответственно, выходы счетчика синхронизации через первый элемент ИЛИ-НЕ соединены с вторым входом первого элемента И, выход триггера пуска соединен с входом генератора, выход которого соединен с прямым входом второго элемент:; И и прямым управляющим входом дешифратора, третий вход первого элемента И через элемент задержки соединен с выходом триггера пуска, первый и второй выходы дешифратора соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом триггера управления, выход которого является вторым управляющим выходом блока управления, первый - третий выходы регистра аварии через второй элемент ИЛИ-НЕ соединены с вторым входом третьего элемента И, д-й вход блока управления ( = 4,5,6) соединен с первым входом г-го и инверсным входом (г+1)-го элементов И (г=21-4), выходы которых соединены со счетным и установочным входами -го счетчика ошибки Ц = -3) соответственно, выходы первого - третьего счетчиков ошибки через третий элемент ИЛИ-НЕ соединены с третьим входом третьего элемента И, четвертый выход дешифра тора соединен с вторыми входами четвертого - девятого элементов И.осударственноголам изобретенийква, Ж, Раушс одписноеомитета СССРоткрытийая наб., д.