Устройство для программного управления Советский патент 1983 года по МПК G05B19/418 G05B19/45 

Изобретение относится к aBToMatHr ке и предназначено для управления режимом атомизации атомно-абсорбционных спектрофотометров, а также может быть использовано в различных установках, цепи управления которых

требуют последовательности сигналов, определенной по заранее заданным законам.

Известно устройство, в котором запрограммированный контроллер вырабатывает управляющие импульсы в повторяющейся временной последовательности, используемые встроенным блоком контакторов дпд включения и отключения устройства. Между импульсами малой длительности имеются интервалы для ручного управления бло- . ком контакторов. Систему можно применять для управления моторами или соленоидными клошанами 1.

Известно также .nporpciMHoe задающее устройство, содержащее блок набора временных интервалов, сумматор, блок сравнения, задатчик точного времени, переключатель программ и шифратор, которое может быть использовано только для автоматического включения аппаратуры в

заданное время с повышенной точ-. ностью 2 .

Наиболее близким к изобретению является программируюиее устройство с цифровой индикацией и аналоговым вы-г ходом, которое содержит серию пар декадных переключателей, шаговый , регистр, счетчик времени, времязадающее устройство со счетчиком,

10 цифро-аналоговый преобразователь, вентильные схема. Устройство управляет эволюцией величины в функции времени посредством одинаковых или различных линейных приращений

15 крутизны 3 .

Однако в устройстве нет возможности задания градиента выходной функции, невелика точность вследствие чего оно неприменимо для управ20ления режимом атомизации атомно-абсорбционного спектрофотометра.

Целью изобретения является повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается

25 тем, что в устройство дйя программного управления, содержащее генератор импульсов, выходом подключенный к первому входу блока управления, первый выход которого соединен

30 с первыми входами блока постоянной памяти, второй выход - с первыми входами блока оперативной памяти, вторыми входами подключенного к третьему выхрду блока управления и вторым входам блока постоянной памяти, реверсивный счетчик, выходом соединенный с входом цифро-аналогового преобразователя и первым . входом блока сравнения, формирователь; сигналов,выходом подключенный к третьему входу йлока оперативной памяти, и времязаданвдий блок, введены преобразователь кода, пульт опе ратора, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, первый и второй регистры и блок контроля и индикации, выходом соединенный с пультом оператора, а входами соответственно с выходами блока управления, формирователя сигналов, преобразователя кода, времязадающего блока и реверсивного счетчяка, вход которого подключен к выходу делителя частоты с переменным коэффициентом деления, первым входом соединенного с выходом блока сравнения, вторым входом - с выходом второго регистра третьим входом - с выходом генератора импульсов, четвертым входом с пятым выходсм блока управления, первым входом первого и второго регистров и первым входом времязадающе iO бэтока, второй вход которого подключен к первому выходу преобразователя кодов, к второму входу первого и второго регистров, третий вход к выходу генератора импульсов, четвертый вход - к выходу блока сравнения, второй выход времязадающего блока подключен к второму входу блока управления, третьими входами со-, .единенного с первыми выходами пульта оператора, второй выход которого через формирователь сигналов подключён к третьему входу блока оперативной памяти, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами преобразователя кодов, трети и четвертый входы - с первым и вторы выходами блока постояннойпамяти соответственно, а третий выход - с ныхо дом устройства. На фиг. 1 приведена функциональная .блок-схема устройства; на фиг.2 диаграмма, поясняющая работу устройс ва; на фиг. 3. - пример функциональной схемы блока управления ; на фиг.4 диаграмма, поясняющая работу блока управления ; на фиг. 5 - схемы блоков регистра, и делителя частоты на фиг. 6 - схема Времязадающего бло ка ; на фиг. 7 - схема блока контроля и индикации. Устройство содержит пульт 1 опера тора , формирователь .2 сигналов, блок 3 управления, блок 4 оперативной памяти, блок 5 постоянной памяти, преобразователь 6 кбда, времязадающий блок 7, первый 8 и второй 9 регистры, делитель 10 частоты с переменным коэффициентом, реверсивный счетчик 11,цифро-аналоговый преобразователь 12,блок 13 сравнения, генератор 14 импульсов, блок 15 контроля и индикации. Блок 3 управления (фиг. 3) содержит первый 16 и второй 17 одновибратор, счетчик 18 импульсов, элемент ИЛИ 19, преобразователь 20, узел 21 синхронизации, триггер 22, элемент « 23, счетчик 24, дешифратор 25, (Коммутатор 26, блок элементов И 27, .элемент ИЛИ 2В, триггер 29 и элемент И 30. Блоки 9 и 10 фиг. 5). состоят из .регистра 31, счетчика делителя 32 частоты, триггер 33, элементов И 34 36, инвертора 37. Блок 7 содержит регистр 38, счетчик 39, элемент И 40, триггер. 41, элемент ИЛИ 42 и делитель 43 частоты. Блок 15 (фиг. 1) содержит коммутаторы 44 и 45, дешифраторы 46 и 47, счетчик 48 и генератор 49 опорной частоты. Одновибратор 16 предназначен для формирования одиночного импульса при наборе на пульте оператора номера ступени, Одновибратор 17 - для формирования импульса при запуске устройства (диаграмма t.r фиг. 4), счетчик 18 - для формирования адреса ячеек памяти. При вводе программы тактовый импульс на счетчик 18 поступает из одновибратора 16, а при обработке программы с элемента ИЛИ 19, на который поступает сигнал запуска устройства, а также.сигнал с времязадающегоустройства 7, являющихся сигналом завершения предыдущей ступени. Преобразователь 20 ПЕ едназначен для выдачи информации о номере ступени на блок 15 контроля и индикации в двоично-десятичном коде. Узел 21 синхросигналов предназначен для формирования из импульсов, поступающих с генератора 14 (диаграмма CJ), последовательностей импульсов, .сдвинутых друг относительно друга диаграммы-5, В , фиг. 4 J. Триггер 22 служит для выдачи сигнала разрешения (диаграмма 9, фиг. 4) на прохождение импульсов Б через схему И 23 на счетчик 24 (диаграмма е . Счетчик 24 предназначен для определения количества тактов фор.мирования сигналов записи и выборки программы. Он является счетчиком на четыре состояния, три из которых определяют три таКта, соответствующих, сигналам выборки ( з ) и записи Л к) программы, а четвертое состояние и используется для формирования

сигнала запуска (диаграмма д , фиг.4) делителя 10 частоты.

Указанные состояния 3 формируются дешифратором 25 и используются для выборки памяти, а также являются сигналами разрешения для-формирования из импульсов в сигналов записи к выбранных слов. Сигнал выхода дешифратора и используется для формирювания сигнала записи следующей ступени Э .

Коммутатор 26 предназначен для передачи сигналов, выборки з , выработанных в дешифраторе,, на блок 4 в случае работы с оперативной памятью и на блок 5 в случае работы с постоянной памятью. Выборка одного из этих двух режимов осуществляется двумя сигналами (Эксперимент и Автомат, поданными с пульта оператора .

Триггер 29 предназначен для формирования сигнала разрешения ж на прохождение импульсов в через элемент И 30 на блок элементов И 27 только после первого импульса 5, проходящего на счетчик 24. Этим обеспечивается, временное соотношение между сигналами выборки и записи.

Блок управления приводится в исходное состояние сигналом Сброс с пульта оператора.

При вводе программы на каждую ступень (с первой до шестнадцатой одновибратор 16 вырабатывает оди« импульс, а счетчик 18 - адрес выбора строки памяти. С пульта оператора коммутатор 26 передает на блок 4 три сигнала выборки столбца {диаграмма з) , соответствующие трем параметрам После завершения ввода аначений параметров с пульта оператора на одновибратор 17 поступают сигнал запуска, которому соответствует первый адрес строки памяти, и сигналы, приведенные на фиг. 4 .

В дальнейшем сигналом запуска для формирования следукнцего адреса и формирования сигналов, приведенных на фиг. 4, является импульсный сигнал, поступающий с времязадающего блрка 7, который соответствет отработке текущей ступени.

Устройство обеспечивает шестнещцати ступенчатое изменение выходного сигнала заданной оператором или автоматически программой.

Блок 4 оперативной памяти предназначен для накопления, запоминания информации о параметрах осуществляемой устройством функции и выдачи данных и содержит три столбца, построенные на быстродействующих запоминающих элементах.

Блок 5 постоянной памяти предназч иачен для хранения информации о трех параметрах функций, реализуемых устройством в режиме Автомат.

Блоки памяти 4 и 5 содержат шестнадцать двоично-десятичных разрядов, шестнадцатый разряд через блок б (фиг. 1 ) поступает на вход регистра

31в разряд знака градиента.

Этим разрядом опеределяется режим работы реверсивного счетчика 11 (фиг. 1). в случае единичного состояния разряда выходной сигнал делителя

32частоты через элемент И 35 поступает на вход прямого хода счетчика.

а в случае нулевого состояния - на вход обратного хода. В дальнейшем, в зависимости от значения знакового разряда, меняется режим рабо-ха рс:иер.сивного счетчика для каждой ступени.

Преобразователь 6 осуществляет объединение информации с блоков 4 и 5 по схеме проводного ИЛИ и передачу её на блок 15 и к объекту управления, а также преобразование двоичнодесятичного кода в двоичный и передачу на времязадающий блок 7 и регистры 8 и 9.

Блок 7 является времязадающим блоКС (таймер) и предназначен для

определения продолжительности плос.ких участков диаграммы (фиг. 2).

Регистр 38 блока 7 построен на элементах К 1557ИЕ7, представляющих

собой счетчики с предварительной

установкой, что дает возможность использовать их в качестве буферных зa поминающих элементов. Счетчик 39 построен на элементах К155ИЕ2 и предназначен для получения значения времени в двоично-десятичном коде с последующей выдачей на блок 15 контроля и индикации (фиг. 1).

Устройство работает следующим

образом.

После запуска программируемого устройства на время действия третьего сигнала (фиг. 4), предназначенного для выборки триггера столбца памяти, на входе регистра 38 находится информация о значении длительности времени плоских участков диаграммы (фиг. 2), третий сигнал к(фиг. 4) является стробирующим сигнёшом для

регистра 38. Отсчет времени в секундах начинается при завершении нарастающего участка диаграммы, (фиг. 2). В этом момент на триггер 41 от блока 13 cxeNBJ сравнения (фиг. 1 поступает сигнсш (импульсный), перебрасывающий триггер в единичное положение. В результате на регистр 38, являющийся уже счетчиком в режиме реверса, и счетчик 39 через элемент И 40 от блока 14(фиг. 1) поступает импульсная

последовательность с частотой 1 Гц. В момент обнуления регистра 38 выдается импульс переноса, который через элемент ИЛИ 42 поступает на установку нуля триггера 41 и счетчика 39,

и счет прекращается. Этот же импульс. поступающий на блок 3, является сиг налом запуска следующей ступени. Дл плоского участка следукнцей ступени работа схемы.идет аналогично. Регистры 8 и 9, представляющие с бой триггермыге схемы, предназначены для приема данных соответственно о величине выходной функции и о гради те функции на каждой ступени. Делитель 10 частоты с переменным коэффициентом деления предназначен для лучения импульсных последовательное тей различной частоты. Выходной реверсивный счетчик 11 предназначен для получения кодового значения текущей величины выходного сигнала. Режим работы счетчика (прямой или обратный счет ) определен заранее для каждой ступени по программе, так как схема дана с использованием одной ячейки К155ИЕ8 и, следователь но, определение выходной частоты де лителя 10 частоты (фиг. 1 и таблица кодовых значений градиента функций даны для этого случая при тактовой частоте 1000 Гц. На фиг. .5 представлена функционнальная схема блоков регистра 9 и делителя 10 частоты с цепями управл ния . В исходном состоянии входы делителя 32 частоты находятся в нулеBOM Состоянии, тактовая частота ЮОб Гц через запертый элемент И 34 также поступает на счетный вход. После запуска программируемого устройства сначала на регистр 31 поступает импульс записи-к- (фиг. 4) ,ко торый осуществляет запись двоичного значения градиента функций (коэф фициента М ), выбранного сигналом 3-1 (фиг. 4) из блока памяти. После завершения записи информации остальных двух параметров; (значение выходной функции-температуры и времени выдержки ) в регистрах 8 и 7 (фиг. 1 ) сигналами за писи к-1 и к-з на триггер 33 поступает сигнал л (фиг. 4), являювщйся сигналом запускаописываемого узла и, тем самым, началом работы программируемого устройства по диаграмме (фиг. 2;. Делитель 32 частоты на элементы И 35 и 36 начин ет выдавать импульсную последовател ность с частотой, соответствующей коэффициенту М в формуле вш M-ef- Цифро-аналоговый преобразователь 12 предназначен для преобразования выходного цифрового сигнала в соответствующее аналоговое значение и содержит собственно ЦАП с операционным усилителем на выходе. Блок 13 сравнения представляет собой логическую схему поразрядного сложения по модулю два и предназначен для выдачи сигнала запуска времязадающего устройства в момент достижения заданного значения выходной функции. Генератор 14 -тактовых импульсов вырабатывает прямоугольные импульсы стабильной частоты. Блок 15 контроля и индикации (фиг. 1 ) обеспечивает выработку сигналов для десяти семисегментных индикаторов, расположенных на пульте 1 оператора (фиг. 1). Четыре из этих индикаторов служат для высвечивания значения выходной функции (в нашем конкретном случае значения температуры, четыре - для высвечивания значений, трех параметров величины выходной функции (температуры J, времени выдержки и градиента выходной функции. Коммутатор 44 (фиг. 7) построен на Элементах, К155КП7 и предназначен для коммутации сигналов, поступающих из блоков 2, 6 и 7 (фиг. 1), несущих соответсвующую информацию. Адрес соответствующего режима определяется с пульта 1 оператора с помощью клавишного переключателя через блок 2 фиг. 1). Выходы коммутатора 44 являются информацией для указанных последних четырех семисегментных индикаторов, . Коммутатор 45 построен на элементах K155KII1 и предназначен для коммутации информации упомянутых десяти семисегментных индикаторов. На все семисегментные индикаторы информация подается параллельно с дешифратора 46, а выбор соответствующего индикатора осуществляется с помощью дешифратора 47, десять выходов которого используютсяДЛЯ управления анодных цепей семисегментных индикаторов. Входами дешифратора 47 являются выходы счетчика 48, те же выходы используются в качестве адресных входов коммутатора 45, что определяет синхронную подачу информации на каждом индикаторе при соответствующем анодном сигнале. Счетчик 48 работает постоянно с (определенной опорной частотой (1 кГц) Каждая ступень соответствует функционально законченному этапу цикла работы устройства. Устройством задаются и управляются три параметра: значение выходной функции (как кодовое, так и аналоговое}, градиент выходной функции и время выдерзкки. Устройство способно воспроизводить, сложные характеристики с кусочно-линейной апроксимацией. . В устройстве реализуется функция БЫХ f t ) t - время в секундах, а для F gjjij имеется как цифровое, так и аналоговое значение. Первый параметр определяет значение функции F f(t в различные моменты времени, второй - скорость изменения нарастающих участкой диаграммы, третий - длительность плоских участков диаграммы. ; По одному значению этих параметро для каждой ступени находится .в блоке 5 или вводится с наборного поля пуль та 1.оператора при работе с блоком 4. На фйг. .4 приведены .сигналы, со провождающие процесс ввода этих параметров - в блок 4. Сигналы и, г г д являются сигналами выборки соответствующей каждому из названных параметров столбца памяти, а сигналы предназначены для ввода набранных значений параметров в блок памяти. Формируются эти сигналы в блоке 2 при нажатии соответствукяцего клавишного переключателя на пульте 1 оператора. Для получения импульсных последовательностей различных частот при получении как участков подъема, так и участков спада используется делитель 10 частоты с переменным коэффициентом деления. Частота выходных импульсов .задается в зависимое-: ти от того, с какой скоростью (гра диентом) .должен меняться выходной сигнал ЦАП 12, который опеределяется скоростью изменения кодового сигнала реверсивного счетчика 11, что в свою очередь определяется частотой выходных И1 н1уль со в делителя частоты В таблице приведена часть как ко довых значений градиента выходной .функции (коэффициент М ), так и приближенных значений Fe).,). При использо вании устройства для управления тем пературными режимами атомно-абсорбци онных спектрофотометров числовое значение частоты выходных импульсов определяет скорость изменения температуры Л градиент температуры). Зная требуемое значение градиента температуры, оператор вводит значение коэффициента И, соответствующее требуемому значению градиента; с Пульта оператора в блок памяти. Вместе со значением коэффициента М с пульта оператора в блок памяти вводится знак градиента с помощью ;клавишного. переключателя, которым в последнем разряде столбца памяти, где накапливаются значения градиента температуры, записывается О(от рицательное значение градиента ) или 1 (положительное значение градиен та). Частота выходного сигнала счетчика (155ИЕ8) определяется формулой Коэффициент М является числом, вводимым оператором с пульта, fgy 1000 Гц. Устройство работает в двух режимах: Эксперимент и Автомат. В режиме Эксперимент производится ручной ввод программы в блок 4 с пульта оператора. В режиме Автомат работа идет по заранее определенным законам управления, информация с которой хранится в блоке 5. Рассмотрим работу устройства по функциональной блок-схеме в режиме Эксперимент. (Работа устройства в режиме Автомат производится аналогично с той лишь разницей, что при этом отсутствует процесс ввода программы с пульта оператора). Набранная на пульте 1 оператора информация через формирователь 2 сигналов поступает на блок 4, туда же одновременно поступает импульс записи программы. В результате происходит ступенчатое накопление информации по адресам, определенньм счетчиком 18 адреса из блока 3 уп равления. Нажатием кнопки Пуск на пульте оператора начинается отработка накопленной в блоке 4 {или хранимой в блоке 5 в режиме Автомат ) информации. В блоке 3 управления вырабатываются сигналы записи- и выборки информации, определяющие запись выбранной из памяти информации соответственно во времязадаклций блок 7,в регистры 8 - величины выходной функции, а в регистр 9 - градиента выходной функции. С задержкой во времени относительно указанных сигналов формируется сигнал запуска делителя 10 частоты с переменным коэффициентом деления. Выходной сигнал этого делителя является тактовым сигналом для выходного реверсивного счетчика 11. Скоростью его переполнения определяется скорость нарастания выходного сигнала. При равенстве кодов содержимых счетчика 11 и регистра 8 блок 13 сравнения вырабатывает сигнал запрета дальнейшего возрастания (при положительном значении градиента ) или уменьшения (при отрицательном значении градиента функции ). Этим же сигналом осуществляется запуск времязадающего блока 7, определяющего время выдержки по,лученного уровня выходной функции, после чего вырабатывается импульс Конец цикла. На этсям отработка одной ступени заканчивается, запускается- следующая ступень программы. Количество отрабатываемых ступе-., ней определяется оператором до начала процесса отработки.

Таким образом введенный в предлагаемое устройство делитель частоты с переменным коэффициентом деления позволяет задавать программным путем скорость переполнения выходного счетчика, режим работы которого (сложение или вычитание ) определяется заранее для каждой, ступени по программе. В результате можно получить выходную функцию с положительным (участки подъема) или отрицательным (участки спада ) градиентом,т.е. можно получить кривую любой формы.

Оборудование устройства блоками оперативной и постоянной памяти дает возможность работы как по заранее

заданным законам, так и- при различных экспериментах технологического процесса. Увеличена гибкость системы.

Устройство имеет выходы дискретных сигналов, способных управлять по программе различными органами управляемого объекта по принципу открыт/закрыт.

Предусмотренная в устройстве индикация текущего значения функции, а также вводимой оператором программы и возможность проверки накопле.ния в блоке 4 или же помещенной в I блоке 5, устраняет ошибки программирования.

Формула изобретения

Устройство для программного управления, содержащее генератор импульсов, выходом подключенный к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с первыми входами блока постоянной памяти, второй выход - с первыми входами блока оперативной памяти, вторыми входами подключенного к третьему выходу блока управления и вторым входам блока постоянной памяти, реверсивный счетчик выходом соединенный с входом цифро-аналогового преобразователя и первым входом блока сравнения, формирователь сигналов, выходом подключенный .к третьему йходу блока оперативной памяти, и времязадающий блок,

отличающееся тем, что, с .повышения точности устройства, в него введены преобразователь кода, пульт оператора, делитель час- тоты с переменным коэффициентом деления, первый и второй регистры и блок контроля и индикЪции, выходом соединенный с пультом оператора, а входами соответственно с выходами блока управления, формирователя сигналов, преобразователя кода, времязадающего блока и реверсивного счетчика, вход которого подключей к выходу делйТелй частоты с переменным коэффициентом деления, первым входом соедийенного с выходом блока сравнения,

вторым входом - с выходом второго регистра, третьим входом - с выходом

генератора импульсов четвертым входом - с пятым выходом блока управления ,. первым входом первого и второго регистров и первым входом времязадающего блока, второй вход которого пор.

ключей к первому выходу преобразователя кодов, к второму входу первого и второго регистров, третий вход . к выходу генератора импульсов, четвер тый вход - к выходу блока сравнения, второй выход времяэадакнцего блока . 5 подключен к второму входу блока управления , третьими входами соединенного с первыми выходами пульта оператора, второй выход которого через формирователь сигналов подключен к Ю третьему входу блока оперативной памяти, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входаК объекту упра дения

ми преобразователя кодов, третий и четвертый входы - с первым и вторым выходами блока постоянной памяти соответственно, а третий выход - с выходом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Фиг./

F- f(i)

Ff6

fts

Flt Ft

0 t( t2

t3 t -t2123123130tSf i32

Фиг. г

/r.

i

ffffi Sff, I Фиг.

пппппппппп Ип п п п п /I п п п п

п л п л

omSa.tS

omSa.n

Т

33

3

не fit. tl

Фиг. 9

л.

t общ- oSp.

OJ Sa. /4 JUUV. -

наел. 15

h

Фиг.б