Устройство для программного управления Советский патент 1983 года по МПК G05B19/418 G05B19/18 

Изобретение относится к автома:тике и может быть использовано в дискретных системах управления производственными процессами и промышленными объектами, в частности в системах управления робототехнологическими комплексами.

Известно устройство для программного управления, содержащее блок ввода переменных, блок памяти, блок задержки, программоноситель с вентилями, элементы И, ИЛИ, НЕ и блок вывода 1.

Однако данное устройство обладает ограниченными функциональными возможностями и областью применения.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство, содержащее задающий блок, первым выходом соединенный с первым входом вентиля, вторым входом подключенного к выходу мультиплексора, второй выход задающего блока соединен с первым входом мультиплексора , вторые входы которого соединены с выходами объекта управления, триггер, первым входом соединенный, с выходом элемента задержки , а выходом с первым входом элемента И 21.

Недостатком данного устройства является, во-первых, то, что оно позволяет управлять исполнительными органами только двухпозиционного типа, запоминающими состояние и после снятия сигнала управления, который устройство вырабатывает импульсно, причем длительность этого импульсного

10 сигнала управления определяется параметрами управляемых исполнительных органов, например, электро 1агнитов, и должна быть достаточно большой для их включенияI во-вторых, переход к управлению каждым после15дующим исполнительным органом возможен лишь по окончании выдержки времени элемента задержки. Сигнал управления должен быть снят до окончания выдержки времени, в против20ном случае возможно ложное включение исполнительного органа; в-третьих, выдержка времени не программи-. руется и строго фиксирована.

25

Указанные недостатки ограничивают область применения, функциональные возможности устройства и снижают- его быстродействие.

Целью изобретения является рас30 ширение функциональных возможностей,

области применения и повышение быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для программного- управления, содержащее первый триггер, первый элемент И, элемент задержки, вентильный элемент, связанный первым входом с первым выходом блока задания программы, введены первый мультиплексор, три блока .формирования команд, блок таймеров, компаратор, два коммутатора, три элемента И, второй триггер, три регистра и второй мультиплексор, подключенный выходом к первому входу первого регистра, связанного выходом с первым входом компаратора, а вторым входом с .первым выходом первого коммутатора и с первым входом второго регистра, подключенного выходом к второму входу компаратора, а вторым входом к первому входу третьего регистра, к первому рходу первого мультиплексора и к второму выходу блока задания программы, соединенного третьим и четвертым выходами соответственно -с первым и вторым входами первого коммутатора, подключенного вторым и треть.им выходами к первым входам соответственно первого и второго элементов И, а четвертым выходом к первому входу второго коммутатора к первому входу третьего элемента И и через элемент задержки к второму входу третьего регистра, к первому входу первого триггера и к первому входу второго триггера, связанного вторым входом с выходом первого элемента И, а выходом - с вторым входом третьего элемента И, соединенного выходом с первым входом первого блока формирования команд и с первым входом второго блока формирования команд, подключенного вторым входом к выходу четвертого элемента И и к второму входу первого блока формирования команд, а третьим входом к первому входу второго мультиплексора, к первому входу третьего блока формирования команд, к третьему входу первого блока формирования команд и к выходу третье-г го регистра, а выходами к nepBbiM входам блока таймеров, связанного вторыми входамис выходами третьего блока формирования команд и с вторыми входами первого мультиплексора, подключенного третьими входами к выходам первого блока формирования команд, а выходом к второму входу вентильного элемента, подключен.ного выходом к второму входу первого элемента И и к второму входу второго элемента И, связанного выходом с вторым входом первого триггера, подключенного выходом к первому входу четвертого элемента И, соединенного вторым входом с вторым выходом первого коммутатора, причем выход компаратора подключен к второму входу второго коммутатора, выходы которого подключены к вторым входам третьего блока формирования команд, а выходы блока таймеров соединены с вторыми входами второгомультиплексора.

На фиг. 1 дана блок-схема устройства; на фиг. 2 - схема блока задания программы; на фиг. 3 - схема блоков формирования команд; фиг. 4 - схема блока таймеров , на фиг. 5 - схема коммутатора.

Устройство содержит блок 1 задания программы, вентильный элемент 2, первый мультиплексор 3, объект 4 управления, первый триггер 5, элемент б задержки7 четвертый элемент И 7, второй регистр 8, первый регистр 9, третий регистр 10, третий блок 11 формирования команд, первый и второй блоки 12 и 13 формирования команд, компаратор 14, блок 15 ; 5 таймеров, второй мультиплексор 16, первый, второй и третий элементы И 17-19, первыйи второй коммутаторы 20 и 21, второй триггер 22.

Блок 1 задания программы фиг.2) содержит генератор 23 тактовых импульсов, формирователь 24 тактов, первый счетчик 25, блок 26 памяти, первый, второй, третий, четвертый выходы 27-30.

Каждый блок 11-13 формирования команд (фиг. 3) содержит дешифратор 31, пятые и шестые элементы И 32 и 33, третьи триггеры 34, входы 35-37, выходы 38 и 39.

Блок 15 таймеров (фиг. 4) содержит генератор 49 импульсов, седьмые элементы И 41-, элементы НЕ 42, вторые счетчики 43, первые и вторые входы 44 и 45, выходы 46.

Первый коммутатор 20 (фиг. 5) содержит дешифратор 47, восьмые элементы И 48, первый и второй входы 49 и 50, первый, второй, третий и чет вертый выходы 51-54.

.

В блоке задания программы генера:тор 23 вырабатывает последователь;iHocTb импульсов заданной частоты. Формирователь 24 формирует импульсы на своих выходах, которые используются как стробирующие, Счетчик 25 (адреса) осуществляет выбор ячейки памяти блока 26 в соответствии с кодом на разрядныхвыходах..

В блоке 26 памяти хранится программа управления объектом 4 управления 4. Программа представляет собой последовательность команд (кадров) , в соответствии с которой происходит функционирование устройства .

Кадр программы содержит три зоны: зону адреса, зону операции и зону признака инвертирования.

В зоне адреса записывается код адреса. Адрес позволяет однозначно идентифицировать каждый триггер блоков 11-13 и каждый информационный вход второго и первого мультиплексоров 3 и 16. В зоне адреса кадра также записывается .код вьщержки времени для таймеров, находящихся в блоке 15.

Зона операции кадра программы может содержать коды следующих операций :

00- запись информации в третий регистр 10;

01- проверка условий включения,10- проверка условий отключения

11- запись кода выдержки времени во второй и первый регистры 8 и 9.

Признак инвертирования кадра прораммы управляет работой вентильного элемента 2 и воспринимается устройством в кадрах с кодом операции 01 и 10.

Программа составляется после того, как устройство информационными входами второго мультиплексора 3 и выходами третьего и первого блоков 11 и 12 формирования команд подключено к объекту 4 управления.

В соответствии с алгоритмом функционирования объекта 4 управления определяются условия .включения и условия отключения третьих триггеров 34 блоков 12 и 13. Условием включения (отключения) триггера является определенное состояние входной переменной, которое вызывает установку триггера в единичное (нулевое состояние. Условием включения (отключения) может быть конъюнктивная функция нескольких переменных.

На основании указанных условий записывается программа в следующей последовательности.

Идентифицируется один из триг- . геров первого и второго блоков 12 и 13 формирования команд, который управляет требуемым исполнительным органом объекта 4 управления или таймером блока 15, для чего в зоне адреса кадра записывается код триггера, а в зоне опергл ии -. . код 00.

В зоне операции последующей группы кадров программы записывается код 01. В зоне адреса записывается код того информационного входа первого мультиплексора 3, через который транслируется состояние входной переменной. Если условием включения является конъюнктивная функция, то каждая переменная в программе записывается отдельным кадром. В зоне признака инвертирования записывают код состояния (О или 1) переменной, которое необходимо для включения триггера. Этим кодом управляется вентильный элемент 2. Когда записаны все кадры с кодом 01 в зоне операции, записывают кадры с кодом 10. Запись кодов в зоне адреса и зоне признака инвертирования производится аналогично вышеописанному. Далее записывают программу

0 для следующего триггера .(исполнительного органа), либо задается выдержка времени, для таймера блока 15, идентифицируется триггер блока 11, а следующим кадром в зоне адре5са записывают код выдержки для таймера, который управляет данным триггером. В зоне операции записывают код 11.

Вентильный элемент 2 содержит логическую схему, которая в случае

0 сигнала логического нуля на его первом входе повторяет на выходе сигнал, поступающий на его второй вход, а в случае сигнала логической единицы на его первом входе произ5водит инвертирование этого сигнала.

Первый мультиплексор 3 транслирует на выход код логического состояния входной переменной с одного из информационных входов, к которым

0 подключены дискретного действия .. воспринимающие элементы объекта 4 управления (технологические датчики, органы управления и т.п.), а также выходы триггеров блоков 11 и 12.

5 Входная переменная определена кодом, поступающим от блока 1 задания программы на первый вход мультиплексо-- ра 3 .

Объект 4 управления содержит диск0ретного действия воспринимающие элементы и исполнительные органы (электромагниты, сигнальные лампы и т.п.). Последние управляются третьими триггерами блоков 11 и 12.

5

Элемент 6 задержки выдает на выход импульсный сигнал с задержкой по отношению к сигналу на его входе , достаточной для установки триггера в блоках 12 и 13 в единичное

0 (нулевое) состояние до перезаписи адреса триггера в третьем регистре 10 .

Во второй регистр 8 записывается

5 код заданной выдержки времени для таймеров блока 15. В первый регистр 9 записывается код текущей выдержки времени таймеров блока 15. В третий регист.р 10 записывается адрес

0 триггера блоков 11-13, либо адрес входа мультиплексора 16.

Дешифратор 31 каждого блока 11-13 декодирует адреса только тех триггеров, которые находятся в данном

5 блоке. На вход 35 дешифратора 31 с тре тьего регистра 10 поступает код ад реса триггера 34. На входы 36 и 37 должны поступать импульсы для уста новки соответственно в нулевое и единичное состояния того триггера 34, код адреса которого поступит н вход дешифратора 31. Выходы 38 и 3 триггеров 34 являются выходами бло ков 11-13. Компаратор 14 производит- сравне ние кодов заданной и текущей выдер жек времени и управляет работой ко ; мутатора 21. Частота генератора 40 определяет величину дискретности отсчета в держки времени. Мультиплексор 16 в соответствии с кодом, поступившим от третьего регистра 10 на его первый (адресны вход, транслирует в.первый регистр 9 код текущей выдержки времени -соответствующего таймера блока 15. Первый коммутатор 20 распределя ет стробирующие импульсы, поступаю щие на вход 49 и, соответственно. на первые входы элементов И 48 от блока 1 задания программы на четыре выхода 51-54 в соответствии с к дом операции, поступающим на вход дешифратора 47 и открывающим одни из элементов И 48 для прохождения импульсов . 51-54 являются первым, в рым, третьим и четвертым выходами первого коммутатора 20. Второй ком мутатор 21 производит распределени импульсов, поступающих на его первый вход от первого коммутатора 20 на два выхода, в зависимости от сигнала (логический нуль или логическая единица), который поступае с выхода компаратора 14. Устройство работает следующим образом. Последовательность импульсов с генератора 23 тактовых импульсов поступает на формирователь 24 такто который формирует на своих выходах последовательности стробирующих им. пульсов. Одна из последовательностей поступает на счетный вход первого счетчика 25 (адреса) и произво дит увеличение его содержимого на единицу за каждый такт. По коду на разрядных выходах счетчика 25 происходит выбор ячейки памяти в блоке 26 и по приходу сигнала на другой вход блока 26 от формирователя 24 происходит вывод кадра программы, записанной на данной ячейке на выходы, причем на выход 28 выводится кол адреса, на выход27 - код признака инвертирования на выход 29 - код операции. Синхронно с выводом кадра программы на первый, второй и третий . выходы блока 1, на четвертый выход поступает последовательность стробирующих импульсов от формирователя 24 (выход 30). Появление на выходах блока 1 кадра программы с кодом 00 в зоне операции кадра разрешает прохождение стробирующего импульса на четвертый выход первого коммутатора 20. Этот импульс, пройдя элемент 6 задержки, производит установку первого 5 и второго 22 триггеров в исходное единичное состояние и производит запись в третий регистр 10 содержимого зоны адреса кадра программы, тем самым определяя третий триггер 34 первого блока 12 или второго блока 13, работу которого необходимо организовать. Кадры программы, содержащие в зоне операции код операции 01, разрешают прохождение стробирующего импульса на третий выход первого коммутатора 20. Сигнал о состоянии переменной, определенной адресом кадра, транслируется на второй вход вентильного элемента 2. Вентильный элемент 2, в зависимости от кода признака инвертирования, поступающего на первый его вход, производит повторение этого сигнала или его инвертирование. В результате, если сигнал на выходе вентильного элемента 2 равен логической единице, то стробирующий импульс с третьего выхода первого коммутатора 20 проходит через второй элемент И 18 и поступает на второй R-вход первого триггера 5, устанавливая его в нулевое состояние. Если сигнал на выходе вентильного элемента 2 равен логическому нулю, то этого не происходит . Кадры программы, содержащие в зоне операции код 10, разрешают прохождение стробирующего импульса на второй выход первого коммутатора 20. Аналогично вышеописанному, если сигнал на выходе вентильного элемента 2 равен логической единице, стробирующий импульс через первый элемент И 17 проходит второй R-вход второго триггера 22 и устанавливает его в нулевое состояние. Если сигнал на выходе вентильного элемента 2 равен логическому нулю, этого не происходит. Одновременно с этим, если первый триггер 5 не перебрйсывался в нулевое состояние при проверке условий включения, стробирующий импульс проходит-через первый элемент И 7 и поступает на S-вход триггера 34 первого и второго блоков 12 и 13, адрес которого хранится в третьем регистре 10 и устанавливает его в единичное состояние, тем самым включая исполнительный орган объекта 4 управления, либо начиная отсчет выдержки времени таймером в блоке 15.

В последнем случае присутствуют сигналы логической единицы на первых и вторых входах 44.и 45 и импульсы от генератора 40 импульсов проходят на счетный вход одного из. вторых счетчиков 43, увеличивая его содержимое, при этом на выход 46 поступает код текущей выдержки времени.

Следующий кадр, в котором идентифицируется один из третьих триггеров 34 блоков 12 и 13и в котором присутствует код 00, разрешает прохождение стробирующего импульса на четвертый выход первого коммутатора 20. Этот импульс, если при проверке условий отключения предыдущего триггера не произошло перебрасывания второго триггера 22 в нулевое состояние (т.е. когда условия отключения выполняются), проходит через третий элемент И 19 и поступает на R-вход триггера 34 одного из блоков 12 и 13 и устанавливает этот триггер в нулевое состояние, отключая исполнительный орган или прекращая отсчет выдержки времени. Через выдержку времени происходит взведение первого 5 и второго 22 триггеров в исходное единичное состояние и происходит запись в третий регист

10.Кадром., которым идентифицируется триггер 34 третьего блока 11 формирования команд, производится выбор входа мультиплексора 16, в результате чего информация транслируется на первый вход первого регисра 9.

Кадр программы, в зоне операции которого присутствует код 11, разре шает прохождение стробирующего импульса на первый выход первого коммутатора 20. Этот импульс производит запись в первый регистр 9 информации со счетчиков 43 таймеров-блока 15, а во второй регистр 8 - код заданной выдержки времени из адресной части кадра.

Эта информация с выходов второго 8 и первого 9 регистров поступает соответственно на второй и первый входы компаратора 14, где производится ее сравнение. Если код заданной выдержки времени больше кода действительной выдержки времени, то на выходе компаратора 14 присутствует сигнал логической единицы и второй вход второго коммутатора 21, соединенный с четвертым выходом первого коммутатора 20, оказывается подключенньли к выходу, который связан с R-входами триггеров 34 блока

11,и стробирующие импульсы, поступающие с четвертого выхода коммутатора 20 ,постоя.нно воздействует на вход триггеров.

Когда заданная выдержка времени становится равной действительной, то на выходе компаратора 14 появляется сигнал логического нуля, и импульс от первого коммутатора 20

поступает на S-входы триггеров 34 блока 11 и устанавливает один из них (выбранный) в единичное состояние, тем самым включая исполнительный орган, этим же сигналом по вхо0 ду 45 блокируется прохождение импульсов На вторые счетчик 43 от генератора 40 импульсов, при этом информация на разрядных выходах счетчиков сохраняется. Этот выбранный триггер

5 остается включенным до тех пор, пока не произойдет отключения соответствующего третьего триггера в . блоке 13, в результате чего появляется сигнал логического нуля по

Q входу 44, счетчик 43 обнуляется, на- выходе компаратора 14 при последующем опросе появляется сигнал логической единицы, и импульс от первого коммутатора 20 поступает на

5 R-вход выбранного триггера 34 блока 11 и устанавливает его в нулевое состояние, что вызывает отключение исполнительного органа.

Выполнение устройства для программного управления предложенного

0 состава и связей позволит при использовании его в робототехнологическом комплексе получить экономический эффект 2400 руб. (на один РТК).

35

Формула изобретения

Устройство для программного управления, содержащее первый триггер, первый элемент И, элемент задержки, вентильный элемент, связанный первым входом с nepBfcjM выходом блока задания программы, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, области применения и повышения быстродействия устройства, в него введены первый мультиплексор, три блока формирования команд блок таймеров, компаратор, два коммутатора, три элемента И, второй триггер, три регистра и второй мультиплексор, подключенный выходом к первому вхо ду первого регистра, связанного выходом с первым входом компаратора, а вторым входом с первым выходом первого ком 1утатора и с первым входом второго регистра, подключенного выходом к второму входу компаратора, а вторым входом к первому входу третьего регистра, к первому входу первого мультиплексора и к второму вы-ходу блока задания программы, соединенного третьим и четвертьом выходами соответственно с первым и вторым входами первого коммутатора, подключенного вторым и третьим выходами к первым входам соответственно первого и второго элементов И, а четвертым выходом к первому входу второго коммутатора, к первому входу третьего элемента И и через элемент задержки к второму входу третьего- регистра, к первому входу первого триггера и к первому входу второго триггера, связанного вторым входом с выходом первого элемента И, а выходом с вторым входом третьего элемента И, соединенного выходом с первым входом первого блока формирования команд и с первым входом второго блока формирования команд-, подключенного вторым входом к выходу четвертого элемента И и к второму входу первого блока формирования команд, третьим входом к первому входу второго мультиплексора7 к первому входу третьего блока формирования команд, к третьему входу первого блока формирования команд и к выходу третьего регистра, а выходами к пер вым входам блока таймеров, связанного вторыми входами с выходами тр тьего блока формирования команд и с вторыми входами первого мультиплексора, подключенного третьими входами к выходам первого блока формирования команд, а выходом к второму входу вентильного элемента, подключенного выходом к второму входу первого элемента И и к второму входу второго элемента И, связанного выходом с вторым входом первого триггера, подключенного выходом к первому входу четвертого элемента И, соединенного вторым входом с вторым выходом первого кокЕмутатора, причем выход компаратора подключен к второму входу второго коммутатора, выходы которого подключены к вторым входам третьего блока формирования команд, а выходы блока таймеров соединены с вторыми входами второго мультиплексора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 276516, кл, G 06 F 7/00, 1969. 2.Авторское свидетельство СССР № 600525, кл, G 05 В 19/18, 1975 (прототип).

Фиг. 2

фг/г.

(руг.