книги из ГПНТБ / Челюсткин А.Б. Применение вычислительной техники для управления металлургическими агрегатами

рицательное (0) и на вход Х3-—положительное (1). Тогда ,в

сердечниках 4 и 6 будет создана положительная намагничен­ ность, а сердечник 5 останется с отрицательной намагниченно- а стью. Для считывания записанного числа на вход У2 подается отрицательное напряжение, а на все вертикальные входы Xi, Х2, Х3— отрицательные импульсы напряжения, последовательно

один за другим. При подаче импульса на вход X'i произойдет пе­ ремагничивание сердечника 4, вследствие чего в считывающей обмотке этого сердечника возникнет э. д- с. При подаче импуль­

са на вход Х2 э. д. с. в считывающей обмотке не возникнет, так

как сердечник 5 не перемагничивается и индукция в нем сохра­ няет практически неизменное значение. Сердечник 6 перемагни­ тится, и в нем появится э. д. с. в момент подачи импульса на вход Х3.

Таким образом, по мере подачи импульсов гашения на вер­

тикальные входы возникают импульсы напряжения в цепи счи­

тывания, соответствующие записанному числу.

Небольшие размеры сердечников и замена обмоток провода­ ми, продеваемыми через отверстие сердечника, позволяют полу­

чать малогабаритные запоминающие устройства с высокой ско­ ростью записи и считывания. Поэтому запоминающие устройст­ ва на ферритах используются как в качестве оперативной памя­ ти для работы арифметического устройства вычислительной ма­ шины, так и в качестве ее внешней памяти.

Наиболее распространенным видом внешней памяти вычис­

лительных машин является так называемая магнитная память,

в которой используется запись на магнитной ленте (применяе­ мой в магнитофонах) или на барабане, покрытом ферромагнит­

ным слоем. При движении ленты или барабана под записываю­ щей головкой в ферромагнитном слое под действием поступаю­ щих в головку импульсов тока создаются намагниченные участ­ ки — диполи.

Считывание может осуществляться той же записывающей го­ ловкой: при прохождении диполей мимо головки в ее обмотки индуцируются импульсы э. д. с., воспроизводящие записанные импульсы. На 1 см длины магнитной ленты удается записать до 30 диполей; это позволяет записывать на одной бобине не­ сколько десятков тысяч многоразрядных чисел.

Следует отметить, что емкость внешней памяти имеет исклю­ чительно большое значение при использовании вычислительной машины для управления производственным процессом, так как в этом случае обычно необходимо хранить большой объем ин­

формации о ходе процесса.

Как уже упоминалось выше, последовательность выполне­

ния отдельных операций в машине достигается путем соответ­ ствующего переключения цепей, как и при работе автоматиче­ ской телефонной станции. Однако в отличие от контактных ус­

тройств такой станции переключение цепей в машине осущест-

41

•вляется бесконтактным путем при помощи специальных элек­

тронных схем. Эти схемы выполняют простейшие логические операции по выдаче команд лишь при определенном сочетании

сигналов, подаваемых на вход.

Понятие «логическая операция» заимствовано из раздела ма­

тематики — математической логики, расчленяющей сложные действия на простейшие операции, важнейшими из которых яв ляются: отрицание, обозначаемое «НЕТ», логическое умноже­ ние, обозначаемое «И», и логическое сложение, обозначаемое «ИЛИ». На рис. 32, а приведена схема реализации логической

■Рис. 32. Схемы бесконтактных логических элементов

операции «НЕТ», называемая также схемой инвертора. На сет­ ку лампы подано большое отрицательное смещение — £с, пол­ ностью запирающее лампу, благодаря чему напряжение на ее аноде максимально и равно Еа. При подаче на вход положи­ тельного потенциала (достаточной амплитуды) лампа пол­ ностью отпирается, и напряжение на выходе, снимаемое с анода, резко снижается вследствие падения напряжения в сопротив­ лении R. Таким образом, при наличии напряжения на входе схе­ мы на ее выходе напряжения НЕТ.

Схема логического умножения, называемая также схемой совпадений, приведена на рис. 32, б. Эта схема представляет со­ бой многополюсник с любым количеством входов и одним вы­ ходом. При отсутствии положительных напряжений на входах схемы через сопротивление R течет ток, создавая падение напря­ жения, почти равное Еа, поскольку сопротивление диодов и входных сопротивлений RB мало по сравнению с R. Таким об­ разом, на выходе схемы напряжение практически равно нулю. Очевидно, что такое положение возможно лишь в том случае, -если хотя бы один диод будет проводящим и через него будет

протекать ток. Напряжение ва выходе схемы появится только в том случае, если И на первый, И на второй, И на остальные

42

■входы будут поданы положительные напряжения, делающие,

диоды непроводящими.

Схема, реализующая логическое сложение, приведена на рис. 32, в. Эта схема дает на выходе напряжение положитель­ ного знака, если на первый вход ИЛИ на любой другой подано напряжение (положительной полярности).

Как показывают рассмотренные схемы реализации логичес­ ких операций, на их входах и выходах существуют только два со-

что эти напряжения достаточно велики). Так же, как и в рас­ смотренных выше элементах цифровой техники (триггерах, счет­ чиках), отсутствие напряжения выражается символом 0, а на­ личие его — символом 1.

Комбинируя различные элементарные схемы можно осущест­ влять сложные логические преобразования. На рис. 33 приведе­ на схема с четырьмя входами, на два из которых подаются сиг­ налы Л и й, а на два других — управляющие сигналы S/ и S2.

В зависимости от того, на какой из управляющих входов (S1 или S2) подан управляющий сигнал, на выход Р схемы будет про­ пущен либо сигнал А, либо сигнал В.

Если, например, управляющий сигнал подан на вход S1, то на выход Р пройдет сигнал А, а сигнал В пройдет через прово­ дящий диод иа зажим S2. В случае подачи управляющего сиг­ нала на вход S2, на выход В пройдет сигнал В, а сигнал А прой­ дет на зажим S1. Таким образом, в рассмотренной комбиниро­ ванной схеме реализуются две операции логического умножения (И) и одна операция логического сложения (ИЛИ)'.

43

схема избирает одну из четырех позиций в зависимости от по­ ложения ключей KJ и К.2. Эти ключи показаны условно, и их

роль обычно выполняют электронные реле. Если ключи нахо­

дятся в положении, указанном на рис. 34, то напряжение Еа

подается только на зажим 1, поскольку все остальные цепи ока­ зываются закороченными на землю через диоды, соединяющие вертикальные и горизонтальные шины. Если перевести ключ К1 в положение б, то напряжение будет подано на зажим 2, и т. п. Таким образом, в зависимости от положения ключей напряже­

ние Еа появляется только на одном из зажимов. Подача на­ пряжения на зажим матричной схемы вызывает отпирание нор­

мально закрытой лампы, напряжение с которой используется для управления триггерными ячейками счетных схем.

Рис. 35. Схема одноразрядного сумматора на логических элемен­ тах

Такую схему применяют в многопозиционных переключате­

лях с большим числом положений, что позволяет осуществлять необходимые соединения блоков цифровой вычислительной ма­ шины в соответствии с программой вычислений.

Элементы логических схем используют также для осуществле­ ния переключений в сумматорах. На рис. 35 показана блок-схе­ ма одноразрядного сумматора, выполняющая те же операции.,

что и схема, приведенная на рис. 27. Слагаемые вводятся в ви­

де электрических импульсов на входы А и В сумматора, имею­ щего два выхода: С — сумма и П— перенос. Если на один из входов поступил импульс, то его пропустит только блок «ИЛИ», а блок «И» в цепи выхода П не 1пропу1стит. Так как при отсутст­ вии сигнала на входе блока «НЕТ» на его выходе сигнал присут­

ствует, то блок «И» в цепи выхода С пропустит сигнал из блока «ИЛИ». Подача второго сигнала на другой вход обеспечит его прохождение через блок «И» в цепи выхода П, благодаря чему блок «НЕТ» не пропустит сигнал, идущий от блока «ИЛИ» че­ рез блок «И» на выход С.

В настоящее время логические элементы не только использу­

ются в вычислительных машинах, но и имеют большое само­ стоятельное значение для систем автоматического управления производственными процессами, заменяя релейные схемы уп­ равления. Такие логические элементы, не требующие одень вы­ сокого быстродействия, выполняются на магнитных усилителях с прямоугольной петлей гистерезиса. Они выпускаются в виде отдельных герметизированных малогабаритных блоков с кон­ тактными разъемами, что позволяет легко заменять элементы и

собирать их в любых комбинациях, обеспечивающих необходи-

44

мую последовательность и порядок работы схемы. Мощность на выходе логического элемента достаточна для управления магнитным усилителем, в цепь выхода которого включается нормальный силовой контактор. Чрезвычайно высокая надеж­ ность логических элементов на магнитных усилителях делает их весьма ценными для систем управления ответственными тех­

нологическими процессами.

Испытания схемы, составленной из логических элементов,

электромагнитных реле, начала давать сбои в работе в услови­ ях нормальной эксплуатации через 6 мес.

Схемы с магнитными логическими элементами применяются в системах управления загрузкой доменных печей, для автома­ тизации управления транспортированием материалов на обога­ тительных и агломерационных фабриках и в системах программ­ ного управления прокатными станами.

7. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ НЕПРЕРЫВНЫХ ВЕЛИЧИН В ЦИФРОВЫЕ

Как следует из описания принципа действия цифровой вычис­ лительной машины, данные должны быть введены в машину в цифровой форме. Такая форма ввода удобна при использовании машины для расчетов (ручной ввод данных), но неприемлема в тех случаях, когда машина применяется для контроля техноло­

гических процессов. Почти все измерительные приборы, служа­ щие для контроля процессов, являются непрерывными, т. е. от­ счет измеряемых параметров осуществляется в непрерывной форме. Поэтому для ввода значений этих параметров в цифро­ вую вычислительную машину приходится применять специаль­ ные преобразователи непрерывных величин в цифровые.

Наиболее простым типом такого преобразователя является автоматический компенсатор, на валу которого установлен специальный диск-прерыватель (рис. 36). Непрерывная величи­ на в виде напряжения постоянного или переменного тока пода­ ется на электронный усилитель 1 (рис. 36, а), к выходу которо­ го подключен балансировочный двигатель 2 с реохордом 3. Напряжение, снимаемое с ползунка реохорда, . балансируется с напряжением на входе усилителя. На валу реохорда установ­

лен коммутатор-прерыватель, представляющий собой диск с большим количеством сегментов (рис. 36, б); при повороте дис­ ка со щеточных контактов снимаются напряжения. Сочетание этих напряжений, или код, однозначно определяет угол поворо­ та диска, т. е. (величину напряжения, подаваемого на вход пре­

образователя.

Сегменты диска, показанного на рис. 36, б, расположены в шесть рядов. Каждый ряд соответствует номеру разряда двоич­ ного счисления. Заштрихованные сегменты представляют собой

45

контактирующие поверхности, через которые замыкаются цепи

щеток; число щеток равно числу рядов (а следовательно, и раз­

рядов). Если изобразить замкнутую цепь символом 1, то при по­

ложении диска в точке т код будет выражен символом 010011, что соответствует десятичному числу 19'. В точке п код будет 101001, что изображает число 41, и т. д. Таким образом, любое

угловое смещение диска относительно точки 0 соответствует оп­

ределенному коду, изображающему некоторое число.

Полный оборот диска, .показанного на рис. 36, б, соответ­ ствует числу 48, и точность отсчета угла поворота диска равна

— или 2,1% (обычно диск с шестью разрядами позволяет из48

мерить угол с точностью 1,58%). Увеличивая число рядов (раз­ рядов) до 9, можно повысить точность до 0,4%.

Недостатком такого кодирующего диска является неопреде­ ленность отсечета кода при остановке диска на стыке контакти­ рующих сегментов. Поэтому обычно добавляют по периферии диска фиксирующее кольцо, предотвращающее остановку дис­ ка на стыках сегментов (связь диска с валом при этом выпол­

няется эластичной). Кроме обычного двоичного кода, применя­ ется также более сложный код, называемый кодом Грея, кото-

*46

рый исключает неопределенность в отсчете угла поворота дис­ ка при остановке его на стыке сегментов.

Помимо дисков описанного выше типа, существуют бескон­ тактные кодирующие диски, изготовленные из прозрачного ма­ териала, на которые фотохимическим путем наносится кодирую­ щая шкала- С одной стороны такого диска устанавливается ос­ ветитель, -а с другой — фотоэлементы или фотодиоды. При пово-

Рис. 37. Шаговый преобразователь непрерывных величин в цифровые (цифровой вольтметр):

/ — вход (второй полюс — земля); 2— усилитель; 3 — переключатель; 4—шаговые искатели Ml, М2, М3; Г, II, III — поля шаговых искателей

'ных участков шкалы, возникают токи, сочетание или последо­ вательность которых является кодом.

В ряде случаев напряжение, подаваемое на вход преобразо­ вателя, не является линейной функцией измеряемой величины, поэтому, чтобы получить отсчет в цифровой форме, реохорд вы­ полняют нелинейным, шунтируя отдельные секции его сопро­ тивлениями 6 (см. рис. 36, а). Для линеризации квадратичных,

зависимостей (например, у расходомеров) применяются непре­ рывные вычислительные устройства, которые могут быть выпол­ нены, например, по схеме рис. 5.

Помимо автоматических компенсаторов с реохордами, для преобразования непрерывных значений в цифровые применяют­ ся компенсаторы с шаговыми переключателями, контакты кото­ рых подключены к сопротивлениям, через которые течет ток не­ изменной величины. На рис. 37 показан такой преобразователь,

47’

кодированный в десятичной системе. Уравновешивание напря­ жения, подаваемого на вход преобразователя, осуществляется путем перехода ползунков шагового искателя из одного по­ ложения в другое. Сопротивления, подключенные к полям кон­ тактов шаговых искателей, разбиты на участки таким образом, что шаг второго искателя дает в 10 раз большее напряжение, чем шаг первого, а шаг третьего искателя — в 10 раз большее,

Рис. 38. Электронный быст­ родействующий преобразо­ ватель непрерывных вели­

образного напряжения); 4—блоь сравнения (динамической ком­

чем шаг второго. Шаговые искатели устанавливаются в положе­ ние, при котором напряжение на входе уравновешивается сум­ марным напряжением, снимаемым с их полей. При этом сочета­ ние напряжений, снимаемых со второго ряда контактов шаговых искателей, является кодом измеренной величины.

В преобразователях рассмотренных выше типов время пре­ образования определяется временем работы балансировочного

двигателя и временем работы искателей. Однако в ряде случа­

ев может потребоваться значительно меньшее время преобразо­ вания.

На рис. 38 приведена схема электронного быстродействующе­

го преобразователя (со временем преобразования в несколько микросекунд), работающего по принципу динамической компен­ сации. Напряжение, подаваемое на вход преобразователя, не­ прерывно сравнивается с пилообразным напряжением, генери­ руемым специальным генератором развертки (правая часть рис. 38). Одновременно с началом развертки высокочастотный генератор (с частотой 1 мггц) подает через электронный пере­

ключатель импульсы в электронный счетчик. В момент, когда

пилообразное напряжение достигает значения напряжения на

48

входе преобразователя, электронный переключатель отключа­ ет счетчик. Таким образом, счетчик сосчитает число импульсов,

пропорциональное напряжению на входе. Обычно полная шкала преобразователя, т. е. один период пилы напряжения, соответ­

ствует 1000 импульсам, что определяет точность преобразова­

ния 0,1%.

Для того чтобы электронный переключатель работал надеж­ но, напряжение на входе преобразователя должно быть поряд­

ка нескольких вольт. Если .преобразуются показания термопары,

снимаемое с нее напряжение должно быть предварительно уси­

лено, что требует применения высокостабильных электронных усилителей (с коэффициентом усиления порядка 1000 и стабиль­ ностью порядка 0,1%).

В ряде случаев измерение некоторых параметров удается осуществлять непосредственно в цифровой форме. Так, путь пе­ ремещения механизма или детали может быть измерен как число импульсов, даваемых датчиком-прерывателем, который

механически связан с движущимся телом. При измерении расхо­

да жидкости при помощи вертушки на ее валу может быть уста­ новлен прерыватель и число импульсов будет пропорционально суммарному расходу жидкости. В США разработан преобразо­ ватель для измерения давления — «Вибратрол». В этом преоб­ разователе давление измеряется при помощи мембраны или сильфона, натягивающего стальную струну. Собственная часто­

та струны прямо пропорциональна ее натяжению, т. е. давлению, приложенному к мембране. Специальный электромагнит вызы­ вает колебания струны, улавливаемые электромагнитным адап­ тером. Таким образом, частота э. д. с., снимаемой с адаптера,

пропорциональна измеряемому давлению. Эта частота измеря­ ется электронным счетчиком как число периодов за единицу времени.

8. СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЦИФРОВОЙ РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ

В обычных системах контроля технологических процессов показания приборов периодически записываются и затем обра­ батываются специальным штатом. На основании этой обработ­ ки делаются выводы о работе агрегата. Однако обработка за­ писи показаний большого числа приборов занимает много време­

ни, поэтому такая система не дает возможности быстро прини­ мать соответствующие меры по улучшению технологического процесса. В ряде случаев автоматизация обработки данных по­

казаний приборов, позволяя своевременно .выявлять нарушения в ходе процесса, дает больший экономический эффект, чем авто­ матизация процесса. Поэтому вопросу автоматической обработ­ ки этих данных уделяется очень большое внимание, и в настоя­ щее время разработан ряд систем автоматической цифровой ре-

гистрации показаний приборов, измеряющих параметры техно'

логического процесса.

Общий принцип работы такой системы поясняет схема, при­ веденная на рис. 39. Напряжения, пропорциоиальные покаваниям приборов, снимаемые с датчиков 1, поочередно подключают­ ся при помощи обегающего устройства 2 к преобразователю не­

прерывных величин в цифровые 3. Измеренный и преобразован­

ный параметр подается через устройство 4, учитывающее коэф-

Рис. 39. Блок-схема системы автоматиче­ ской регистрации параметров:

1 — датчики; 2 — обегающее устройство; 3 — преобразователь непрерывных величин в циф­ ровые; 4 — устройство учета коэффициента преобразователь непрерывных величин в циф- 6 — печатающее устройство; 7 — программиру­ ющее устройство; 8 — устройство для установ­ ления пределов отклонения параметров; 9 — устройство для сравнения значения пара­ метра с пределами; 10 — устройство для запо­ минания отклонений параметров; 11 — сигналь­

ное устройство

фициент преобразования, в запоминающее устройство 5, кото­ рое хранит значение параметра до тех пор, пока он не будет от­ печатан в соответствующей графе таблицы печатающим устрой­ ством 6. После окончания печатания программное устройство 7

переключает обегающее устройство 2 на следующий датчик и т. д. Обегающее устройство может быть электронным, если при­ боры, измеряющие параметры процесса, дают на выходе напря­ жение электрического тока достаточной величины. В тех случа­ ях, когда в систему измерений входят показания термопар (в милливольтах), в качестве обегающего устройства обычно ис­ пользуется переключатель в виде шагового искателя или релей­ ной схемы. Малое контактное сопротивление и почти полное отсутствие помех у такого переключателя позволяют достаточ­ но просто осуществлять переключение системы для измерения очередного параметра.

В США разработан специальный быстродействующий ртут­ ный коммутатор для обегающего устройства. По окружности цилиндра, внутри которого с большой скоростью вращается сопло, размещено контактное поле. Благодаря центробежной си-

50,