книги из ГПНТБ / Ретман А.А. Автоматика и автоматизация портовых перегрузочных работ учебник

только предыдущая операция завершена, в управляющем устрой­ стве к адресу выполненной команды добавляется единица. Так как команды размещаются в последовательных ячейках и выпол­ няются по очереди — автоматически получается адрес следующей команды, и работа машины повторяется в той же последователь­ ности.

(номера ячеек) тех цифр, над которыми будут производиться операции. Код

Арифметические устройства ЭЦВМ предназначены для выпол­ нения арифметических и логических операций над числами, вве­ денными в машину. Они бывают параллельного и последователь­ ного действия, и соответственно машины называются машинами последовательного и параллельного действия.

Варифметическое устройство последовательного действия цифры поступают одна за другой, и операции выполняются раз­ ряд за разрядом, как при ручном счете. В арифметическом уст­ ройстве параллельного действия все цифры одного числа посту­ пают одновременно, и операции выполняются над всеми разряда­ ми одновременно. Очевидно, что арифметические устройства параллельного действия работают быстрее, но они дороже, так как для них требуется большее количество различных схемных блоков.

Всостав арифметического устройства входят; сумматор; блок управления работой сумматора; блок управления умножением и делением; блок управления сдвигом разряда; блок преобразова­ ния кода числа и т. д. Эти блоки собираются из триггерных ячеек, вентильных схем, преобразователей, катодных повтори­ телей.

Благодаря применению логических элементов возможности ЭЦВМ еще более расширяются, потому что они позволяют вы­ полнять любые сложные логические задачи и арифметические операции (сложение, вычитание, умножение и деление). Эти по­ следовательно выполняемые арифметические операции при ис­ пользовании приближенных методов вычисления позволяют ре­ шать алгебраические и дифференциальные уравнения.

К логическим операциям, которые выполняют цифровые вы­ числительные машины, относятся: логическое сложение («ИЛИ»); логическое умножение («И»); логическое отрицание («НЕ»).

100

Эти операции могут быть изображены как элементы логической

му положению, когда электрический импульс на выходе В появ­ ляется или в случае подачи импульса на вход А, или на вход Б. При логическом умножении «И» (рис. 77,11) импульс на выход Л поступит только при одновременной подаче электрических им­ пульсов на вход А и вход Б. Логическое отрицание «НЕ»

(рис. 77,111) наступает при отсутствии сигнала на входе А. Пра­ вила сложения могут быть заменены набором логических опера­ ций, а сложением, в свою очередь, могут быть выполнены все арифметические операции.

С л о ж е н и е двоичных чисел выполняется поразрядно, т. е. первый раз­ ряд первого слагаемого складывается с первым разрядом второго слагаемого,

, ю'п-лхгз+охгчлхг^хг^и

f 1100=1Х 23+ 1 Х 2 а+ 0 Х 2 | + 0Х 2||=12

0111 = 1Х24+ 0 Х 2 3+ 1 Х 2 2+ 1 Х 2 1+ 1Х2°=23

При выполнении логических операций нуль появляется, если первое и вто­ рое слагаемые равны нулю и нет переноса Единицы в высший разряд. Следо­ вательно, два одинаковых импульса поступят на логический элемент «ИЛИ» и с него на логический элемент «И». Если же первое и второе слагаемые равны единицам, в результате получится нуль и логический элемент «НЕ» даст пере­ нос единицы в высший разряд. Единица в результате сложения получится, если первое или второе слагаемое равно единице и нет„единицы переноса.

101

Изображенная на рис. 77 логическая схема может, таким об­ разом, выполнять сложение одноразрядных двоичных чисел, по­ даваемых на вход логического элемента «ИЛИ». Такая схема на­

- Если одноразрядные сумматоры соединить параллельно, полу­

Рис. 78. Блок-схема многоразрядного сумматора

высшего разряда через линии задержки ЛЗ, которые задержива­ ют прохождение импульса с выдержкой времени, большей, чем время самого импульса. Выдержка времени необходима, чтобы импульс переноса не совпал по времени с импульсом слагаемого,

впротивном случае он «потеряется».

Вы ч и т а н и е двоичных чисел осуществляется цифровыми машинами при помощи дополнительного кода, который заключается в том, что в двоичном числе в каждом разряде нуль заменяется единицей, а единица — нулем и до­ бавляется единица к низшему разряду. Преобразование кода производится в блоке преобразования.

Например, двоичное изображение числа 11 будет 1011. При замене в каж­ дом разряде нуля на единицу и единицы на нуль получим 0100. Теперь не­ обходимо добавить 0001, получим обратный код 0101. Чтобы вычесть, следует уменьшаемое сложить с дополнительным кодом вычитаемого и отбросить еди­ ницу старшего разряда в полученной сумме.

Например,

0X0 = 0; 1X0=0; 0X1=0; 1X1 = 1.

102

делимого со сдвигом разрядов делителя, т. е. деление двоичных чисел произ­ водится по тем же правилам, что и в десятичной системе счисления. При этом

Устройство вывода данных служит для получения окончатель­ ных результатов. Наиболее распространенный тип устройства вы­ дачи информации-— печатающие устройства: печатающая элек­ трифицированная пишущая машинка на пульте управления, кото­ рая дает оперативную информацию; быстропечатающий меха­ низм, который выдает цифровые данные; алфавитно-цифровое устройство, обеспечивающее изготовление графиков, сводок. Вто­

даваться на электроннолучевые трубки (телевизионные, экраны осциллографов), на неоновые лампочки.

В самонастраивающихся системах информация с выхода вы­ числительных устройств поступает к автоматическому регулятору.

Г Л А В А VI

ТЕЛЕМЕХАНИКА И ОСНОВЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

§ 13. ПОНЯТИЕ О ТЕЛЕМЕХАНИКЕ

Т е л е м е х а н и к а — область науки, изучающая вопросы контроля, управления и регулирования механизмов или машин на значительном расстоянии с применением специальных технических средств.

Системы телемеханики отличаются от рассмотренных выше систем автоматики тем, что в них включаются дополнительно пе­ редатчики, каналы связи, приемники. С помощью этих средств

103

осуществляется преобразование и передача информации на рас­ стояние с целью контроля, управления и регулирования производ­ ственных процессов. Телемеханика дополняет автоматику, связы­ вает отдельные части автоматизированной системы, разделенные расстоянием, и в этом случае вся система носит название т е л е ­ а в т о м а т и ч е с к о й .

Телемеханика включает в себя телеконтроль, телеуправление

ителерегулирование.

Те л е к о н т р о л ь может быть представлен телеизмерением и телесигнализацией. Телеизмерение производит передачу непре­ рывного ряда значений измеряемых величин, например темпера­ туры, давления, напряжения и других параметров, которые реги­

стрируются оператором или автоматически на диспетчерском

Рис. 79. Функциональные схемы:

а — телеконтроля; б — телеуправления; в — телерегулирования

пункте, а также могут вводиться в автоматические устройства. Телесигнализация, в отличие от телеизмерения, передает различ­ ного рода дискретные сообщения о достижении, например, пре­

сы, воздействующие на исполнительные механизмы управляемых установок для включения и выключения, изменения режимов ра­ боты и направления движения.

Т е л е р е г у л и р о в а н и е отличается от системы телеуправ­ ления тем, что и на управляемом объекте и на пульте управления установлены приемо-передающие устройства и имеются два кана­ ла связи, т. е. система замкнутая.

104

Системы телеконтроля, телеуправления и телерегулирования могут быть выражены с помощью функциональных схем.

На рис. 79, а дана функциональная схема телеконтроля. Ин­ формация от контролируемого объекта О снимается датчиком Д и через передатчик Пер по каналу связи передается на приемник Пр, а с него — на воспроизводящий орган В.

Телерегулирование является замкнутой системой телеуправле­ ния и потому состоит из двух цепей (рис. 79, в) : верхней (теле­ контроль) и нижней (телеуправление). Как и в первом случае, информация о состоянии объекта снимается датчиком, кодируется и вводится в телемеханическую систему. Сигналы от объекта че­ рез канал связи поступают в автоматическое управляющее уст­ ройство. Управляющее устройство, выбирая наиболее выгодные режимы не только для данного объекта, но и для всей системы, с помощью телемеханической системы управления передает управ­ ляемому объекту соответствующие команды. Такая замкнутая цепь воздействий в телерегулировании осуществляется без уча­ стия оператора.

Система передачи информации при телеконтроле, телеуправ­ лении и телерегулировании обычно состоит из передатчика, пре­ образующего сообщение в сигнал, линии связи для передачи сигнала и приемника, который вновь преобразует сигнал в сооб­ щение.

В отличие от дистанционного контроля, управления и регули­ рования, когда эти функции также осуществляются на ^расстоя­ нии, в телемеханических системах для передачи информации в качестве линий связи используются не обычные цепи управления,

радиоканалы, высокочастотные кабели, усилители, фильтры, ан­ тенны, приемники, передатчики и др. Эти средства передачи со­ общений отличаются большой пропускной способностью. Связь может быть одноканальной и многоканальной.

Благодаря линиям связи управление подвижными и неподвиж­ ными объектами, сосредоточенными и рассредоточенными по пло­ щади, осуществляется на больших расстояниях. Применение те­ лемеханики может оказаться целесообразным и при небольших расстояниях, если невозможно проложить большое количество кабельных или троллейных линий, например для управления кра­ нами с причала.

Каналы связи в телемеханических системах могут быть про­ водными и беспроводными (по радио). Проводные линии, в свою очередь, делятся на воздушные и кабельные. Воздушные линии связи дешевле, но активное сопротивление проводов зависит от температуры окружающего воздуха, атмосферных воздействий

105

(дождь, гололед, изморозь), и активная проводимость их изменя­ ется в значительной степени.

Кабельные линии меньше подвержены воздействиям окружаю­ щей среды, но стоимость их намного больше стоимости воздушных линий.

Желательно для передачи телемеханической информации ис­ пользовать силовые кабели. С этой целью необходимо правильно выбрать диапазон частот канала связи и способ модуляции. К недостаткам такого способа передачи сигналов относятся вы­ сокий уровень помех и большие затухания. Поэтому приходится применять сложные методы кодирования и модуляции, что приво­ дит к усложнению приемной и передающей аппаратуры. Из-за большой величины затухания приходится увеличивать мощность передатчиков. Однако силовые цепи как каналы связи очень на­ дежны.

Для радиоканалов связи также требуется правильно выбрать диапазон частот. Так, ультракороткие волны диапазона 30— 40 МГц, отражаясь от ионосферы, распространяются на большие расстояния, что приводит к нарушению локальности. Улучшение локальности связи достигается переходом в диапазон .более высо­ ких частот — до нескольких сотен мегагерц. В системах телемеха­ ники дальнего действия целесообразно применять радиорелейные линии, работающие на частоте 1760—3900 МГц. Волны такого диапазона частот распространяются в пределах прямой видимо­ сти.и потому через каждые 70—150 м необходимо устанавливать ретрансляторные устройства, которые состоят из приемника, пе­ редатчика и остронаправленной приемной и передающей антенн. По сравнению с проводными каналами связи пропускная способ­ ность радиосвязи очень велика, но линии радиосвязи подвержены помехам.

Сигналы, как и сообщения, могут быть непрерывными и ди­ скретными. Превращение сообщения, полученного от источника информации, в сигнал состоит из трех операций: преобразования, кодирования и модуляции. П р е о б р а з о в а н и е — это перевод сообщения, которое может иметь любую физическую природу, в

применяется в электрических каналах связи и заключается в на­ несении информации на переносчик, в качестве которого исполь­ зуется постоянный или переменный ток.

Простейшими непрерывными сигналами являются сигналы ин­

сообщения можна передавать дискретными сигналами, но пред­ варительно их необходимо квантовать.

К в а н т о в а н и е — это разделение непрерывных сообщений на конечные, каждый из которых отличается друг от друга на вели­ чину Ах.

106

Конечное количество значений сообщений N определяется по формуле

рывно, а дискретно по времени, т. е. через определенные проме­ жутки времени. Дискретные и квантованные сообщения переда­ ются дискретными сигналами в виде кодовых комбинаций (ко­ дов).

Более универсальны, чем сигналы интенсивности, модулиро­ ванные сигналы. Они получаются в результате воздействия на один из параметров постоянного или переменного тока, при ко­ тором в изменениях этого параметра оказывается заложенным передаваемый сигнал.

Если переносчиком является постоянный ток, то дискретный сигнал можно непосредственно передавать по каналу связи в ви­ де прямоугольных импульсов постоянного тока. Такой способ мо­ дуляции называется импульсным. Изменяя величину и длитель­ ность амплитуды, получают различные виды импульсной моду­ ляции.

Импульсная модуляция возможна в низкочастотной части спектра всей полосы частот, которую пропускает канал связи. Чтобы использовать область более высоких частот, применяют в качестве переносчика синусоидальное напряжение. В этом слу­ чае представляется возможным воздействовать на амплитуду, ча­ стоту и фазу синусоидального напряжения: получают соответст­ венно амплитудную, частотную или фазовую модуляцию.

Рассмотрим примеры некоторых видов модуляции сигналов. На рис. 80, а, б, в представлены сигналы при временной импульс-- ной модуляции (модуляции по времени). Широтно-импульсная модуляция (см. рис. 80, б) заключается в том, что длительность импульса (сигнала) является функцией параметра сообщения х. При фазово-импульсной модуляции (см. рис. 80, в) непрерывный импульс длительностью t заменяется короткими импульсами, по­

ческих колебаний. На рис. 80, г приведена частотно-импульсная модуляция сигналов, в которой частота следования импульсов из­

частоте следования), но дискретны по времени.

Передача многоэлементных сигналов требует отделения каж­ дого сигнала от соседнего при сохранении их порядкового места.

107

При использовании одной линии связи для независимой передачи сигналов от разных источников телемеханических сообщений воз­ никает необходимость в разделении сигналов.

Различают три основных способа разделения сигналов: элект­ рический, или кондуктивный, частотный, временной.

J ( U )

- —| -

АППП/)П(\ L

должно быть равно количеству сигналов плюс один общий провод для подключения приемного устройства с источником питания, установленного на передающем пункте. Такой способ разделения сигналов экономичен при небольших расстояниях (1—1,5 км).

Ч а с т о т н о е р а з д е л е н и е , когда вся полоса возможных частот, которую пропускает данный физический канал связи, де­ лится на ряд более узких полос и каждая полоса является уже самостоятельным каналом с отдельным источником сообщения (рис. 82). В этом случае определенное количество генераторов гар­ монических колебаний Г1, Г2, ... , Гп генерируют соответственно частоты колебаний f u / г , . ■ • , f n, которые поступают в полосовые фильтры 1ПФ, 2ПФ, ... , пПФ передающей стороны. Эти фильтры

108

ствуют пропусканию частотных составляющих одного сигнала че­ рез приемные фильтры рядом стоящих полос частот. В пункте приема сигналы проходят через полосовые фильтры 1ПФ', 2ПФ',

. . пПФ' приемной стороны и поступают через диоды на катуш­ ки соответствующих реле IP, 2Р, . . пР. Однако фильтры рабо­ тают неидеально и пропускают не только частоты своей полосы, но и ослабленные частоты за пределами ее. Поэтому между по­

ханические сообщения от отдельных источников поступают в за­

следующего реле от предыдущего сигнала, импульсы и сигналы ме­ жду собой должны быть разделены защитными временными ин­ тервалами. Это означает, что каждый последующий импульс в канал_ связи посылается через некоторый промежуток времени.

Передача N количества дискретных сообщений по каналу свя­ зи может быть обеспечена только в том случае, если будет сфор­ мировано такое же количество отличающихся друг от друга дис­ кретных сигналов, т. е. будет произведено кодирование. При этом сигналы формируются в виде условных комбинаций импульсов, различающихся по амплитуде, полярности, длительности, частоте и другим признакам. Такие параметры называются импульсными признаками. Кодирование означает построение сложного сигнала из отдельных элементов алфавита по определенному математи­ ческому закону. Это равносильно переводу сигналов с одного языка на другой с сохранением количества информации.

Кодирование может осуществляться различными методами, например простым качественным методом, качественно-комбина­ ционным, распределительным, качественно-распределительным.

та должно быть равно числу сообщений. Это означает, что каж­ дому сообщению соответствует элементарный символ алфавита.

109