Силовые элементы автоматики
Под силовыми элементами автоматики электромеханических систем в частности для полиграфического оборудования будем понимать полупроводниковые преобразователи, находящиеся между сетью питания и электромеханическим преобразователем (Электродвигатели постоянного и переменного токов, электромагнитные муфты и т. д.). Одним из таких силовых элементов является управляемые выпрямители, которые реализуют способ регулирования скорости за счет изменения напряжения на его выходах.
Преобразователь может быть 1 комплектным и 2-х контактным (для реверсирования) и в зависимости от этого выполняют построение логической части преобразователя. В современных преобразователях для реверсивного управления, переход работы двигателя из одного комплекта на другой, т. е. для изменения направления вращения необходимо проконтролировать значение тока протекающего через двигатель и только в эту бес токовую паузу разрешить управление другого комплекта. Если не выполнить указанное условие, то может быть случиться короткое замыкание фаз питающей сети. Для обеспечения этого условия необходимо спроектировать схему, которая называется датчик проводимости вентилей, который контролирует включение или отключение состояние вентиля силового ключа.
Датчик проводимости состоит:
из трех двухполярных нуль–органов на транзисторах VT1–VT4; VT2–VT5; VT3–VT6;
из схемы ИЛИ на транзисторах VT7, VT8, VT9;
транзисторного ключа VT10
узла гальванической развязки на оптроне VT11;
выходного транзистора VT12.
Гальваническая развязка предотвращает проникновение контролируемого на силовом ключе напряжения в слаботочную часть схемы управления. При проводящем состоянии хотя бы одного из контролируемых вентилей (тиристоров), например VS2, соответствующий двухполярный нуль орган (VT2–VT5) фазы В закрыт. Транзистор VT8 схемы ИЛИ открыт, а транзисторный ключ VT10 закрыт. Оптрон VT11 находится в непроводящем состоянии. За счет создавшегося смещения базы транзистор VT12 открыт и на его выходе имеется логический нуль, запрещающий переключение логическим устройством импульсов на управление вентилями другого комплекта. При закрытых вентилях всех трех плеч преобразователя нуль–органы открыты, транзисторы VT7…VT9 сборки ИЛИ закрыты, транзисторный ключ VT10 открыт, светодиод оптрона VT11 включен, а выходной каскад VT12 закрыт, на выходе появляется логическая единица, разрешающая переключение логическим устройством импульсов на управление вентилями другого комплекта.
Элементы цифровой автоматики
Основу элементов цифровой автоматики составляют цифровые микросхемы. Они характеризуются рядом особенностей, сказывающихся на их применении:
а) цифровые микросхемы имеют большую функциональную законченность и универсальность, что позволяет создать аппаратуру с минимальным количеством навесных компонентов. При этом в значительной степени облегчается монтаж и его автоматизация.
б) цифровые микросхемы имеют наибольшую степень интеграции, что позволяет создавать микроэлектронные устройства с минимальным количеством корпусов и внешних соединений. Это приводит к упрощению разработки и конструирования аппаратуры и повышению её надёжности.
в) цифровые микросхемы имеют относительно большие допуски на параметры, что позволяет обходиться без точных регулировок. Число контролируемых параметров ограничено и имеется достаточно полная информация о них в справочной литературе.
г) автоматизированные методы проектирования сложной аппаратуры на цифровых микросхемах в настоящее время хорошо разработаны.
Основные области использования цифровых микросхем – вычислительная и микропроцессорная техника, промышленная автоматика, средства автоматизации производственных процессов, устройства связи и обработки данных, бытовая аппаратура.
Сейчас трудно себе представить современное устройство обработки дискретной информации, которое было бы построено без использования микросхем. Достоинства цифровых микросхем, отработанность методов по строения цифровой аппаратуры обусловливает широкое внедрение цифровых методов обработки информации в традиционно аналоговые узлы. В последние годы все шире применяют синтезаторы частот, фильтры, линии задержки и т. п. Разработка и внедрение цифро-аналоговых и аналого-цифровых микросхем еще больше расширили области применения цифровых методов обработки информации.
Логическая сторона процессов функционирования цифровых устройств описывается формальным аппаратом, который носит название алгебры логики (алгебра Буля). Алгебра логики в технике имеет дело с логическими переменными, которые принимают значения 0 или 1. Эти логические переменные хорошо описывают физическое состояние различного рода объектов, их элементов, в том числе и элементов автоматики – реле, кнопок, тумблеров, микросхем, источников питания и т. п. Кодирование логических переменных в системах автоматики выполняется различными уровнями сигналов, например, логическую единицу можно закодировать высоким уровнем напряжения, а логический нуль низким уровнем напряжения этого же напряжения. Такой способ кодирования называют соглашением положительной логики. Если используется инверсное кодирование, используется соглашение отрицательной логики. Физическая работа устройства от этого не меняется. Над логическими переменными могут производиться три основных логических действия:
Инверсия (отрицание, Ā) — НЕ.
Логическое сложение (дизъюнкция, OR) — 1 — ИЛИ;
Логическое умножение (конъюнкция, AND) — & — И;
Работа элементов цифровой автоматики описывается таблицами истинности или таблицами соответствия.
Электронный элемент (логический элемент), реализующий функцию отрицания НЕ (инверсия), носит название инвертор. Это функция одного переменного. На рис. .1 приведено условное обозначение элемента НЕ (а), аналог логического элемента НЕ на релейных элементах (б) и его таблица истинности (в).
а) б)
-
a
1
0
Y
0
1
Рис..1. Логический элемент НЕ
Логический элемент, реализующий функцию сложения двух или более переменных, называется дизъюнктором или элементом ИЛИ. Выходная функция ИЛИ равна Y=1, если хотя бы одна из входных переменных равна 1:
На рис. .2 приведено условное обозначение элемента ИЛИ (а), аналог логического элемента ИЛИ на релейных элементах (б) и его таблица истинности (в).
а) б)
-
а
0
1
0
…
0
b
0
0
1
…
1
…
…
…
…
1
…
n
0
0
1
…
1
Y
0
1
1
1
1
в)
Рис. .2. Логический элемент ИЛИ
Логический элемент, реализующий функцию умножения двух или большего числа переменных, называется конъюнктором или элементом И. Выходная функция И равна Y=1 тогда и только тогда, когда все ее входные переменные равны 1:
На рис. .3 приведено условное обозначение элемента И (а), аналог логического элемента И на релейных элементах (б) и его таблица истинности (в).
Кроме простых вышеперечисленных логических элементов, существуют различные их комбинации: логический элемент И-НЕ, логический элемент ИЛИ-НЕ, логический элемент «Равнозначность» («Эквивалентность»), логический элемент «Неэквивалентность» («Исключающая ИЛИ») и т. п./Проект/.
а)
б)
-
а
1
1
0
…
0
b
1
0
1
…
1
…
…
…
…
0
…
n
1
0
1
…
1
Y
1
0
0
0
0
в)
Рис. .3. Логический элемент И
Кроме простых вышеперечисленных логических элементов, существуют различные их комбинации: логический элемент И-НЕ, логический элемент ИЛИ-НЕ, логический элемент «Равнозначность» («Эквивалентность»), логический элемент «Неэквивалентность» («Исключающая ИЛИ») и т. п./Проект/.
Реальные аналогово-цифровые и цифровые устройства содержат, как правило, вспомогательные узлы: генераторы импульсов, формирователи импульсов, одновибраторы и т. д.
