Основы управления и технические средства автоматизации текстильных производств в двух книгах icon

Основы управления и технические средства автоматизации текстильных производств в двух книгах


НазваниеОсновы управления и технические средства автоматизации текстильных производств в двух книгах
страница2/17
А.Б. Козлова
Размер0.77 Mb.
ТипУчебное пособие
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17
^

ГЛАВА 4.
ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И
УСТРОЙСТВА СИСТЕМ АВТОМАТИКИ


В современных условиях имеется устойчивая тенденция увеличения доли цифровых методов обработки, передачи и хранения информации. Под такими цифровыми методами понимаются все методы, которые связаны с преобразованием информации в цифровую форму для последующей обработки с использованием вычислительной техники.

Необходимо отметить, что не бывает на 100% цифровых систем, включающих в себя процессы окружающей природы, так как в таких системах обязательно имеются звенья преобразователей аналоговых и непрерывных процессов в цифровую форму. Лишь в системах виртуальной реальности возможны полностью цифровые системы. Однако, системы виртуальной реальности бессмысленны сами по себе, без участия человека. А как только учитывается наличие человека, любая система перестаёт быть полностью цифровой.

Кроме вычислительных средств, используемых при автоматизации, имеются стремительно устаревающие цифровые устройства, основанные на применении дискретных цифровых логических элементов низкой степени интеграции с жёсткой логикой работы без программного управления. Логические элементы вырабатывают сигнал на выходе в зависимости от определенных сочетаний сигналов на входе и реализуют логические функции, которые, как и их аргументы, имеют значения 0 или 1. Символами «0» обозначают минимальный уровень (сигнала нет), а «1» – максимальный уровень сигнала (сигнал есть). Синтез систем автоматического управления с использованием логических элементов осуществляют с помощью различных методов, в основе которых лежит алгебра логики. Однако время отдельных логических элементов заканчивается, так как практически все задачи, решаемые на их основе, могут быть гораздо эффективнее решены с помощью микропроцессорной техники.

Тенденции перехода на цифровые методы наблюдаются в области технических средств автоматизации. В этой области идёт смена поколений технических средств обработки информации и информационного обмена. Сами по себе эти средства могут непосредственно не затрагивать традиционные предметные области автоматизации: датчики, приводы, регуляторы, однако, меняют всю среду существования средств автоматизации в целом. При этом пока ещё имеются проверенные временем технические решения, в которых удельная доля микропроцессорных, микроконтроллерных устройств недостаточна, но сами решения отлажены и в своих областях применения могут ещё долгое время быть использованы. Такими решениями, например, являются локальные аналоговые регуляторы, предназначенные для управления некоторыми, не особенно точными (3 - 5%), процессами.
^

4.1. Логические элементы


Логический элемент – это электронное устройство, реализующее одну из логических операций. Если значение функции на выходе элемента однозначно определяется комбинацией входных переменных в данный момент времени, то элемент относится к комбинационной логике.

На принципиальной схеме логический элемент изображают прямоугольником (по российской системе ЕСКД и европейской DIN), внутри которого ставится изображение указателя функции. Обычно линии с левой стороны прямоугольника показывают входы, с правой – выходы элемента. Если окружностью обозначен выход, то элемент производит логическое отрицание (инверсию) результата операции, указанной внутри прямоугольника.

Хотя любое цифровое устройство и может быть построено из логических элементов одного типа, например И-НЕ либо ИЛИ-НЕ, на практике редко ограничиваются одним типом элементов [1].

В таблице 4.1 представлены основные логические элементы, используемые в цифровых устройствах.

Рассмотрим устройство и принцип работы базовых логических элементов наиболее распространенных типов цифровых микросхем.

^ Базовый элемент транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). На рис. 4.1, а показана схема логического элемента И-НЕ ТТЛ с многоэмиттерным транзистором VT1 на входе (его отличие заключается в том, что инжекция носителей заряда в базу осуществляется через несколько самостоятельных эмиттерных р-n-переходов) и простым однотранзисторным ключем на выходе. Принцип действия этой схемы при различных входных сигналах показан на рис. 4.1, б, в, г.

Таблица 4.1

Логическая функция

Обозначение в DIN-стандарте

Обозначение в ANSI-стандарте

Таблица
истинности

Инвертор (НЕ)





X

Y

0

1

1

0




И





A

B

Y

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1




И-НЕ





A

B

Y

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0




ИЛИ





A

B

Y

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1




ИЛИ-НЕ





A

B

Y

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0




ИСКЛЮЧА-ЮЩЕЕ ИЛИ





A

B

Y

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0




Как следует из рис. 4.1, б, логическая единица , поступившая на входы VT1, запирает все эмиттерные переходы. Ток, текущий через резистор Rб, замкнется через открытые р-n-переходы – коллекторный VT1 и эмиттерный VT2. Этот ток откроет транзистор VT2, и напряжение на его выходе станет близким к нулю, т. е. (рис. 4.1, б). Если же на все или хотя бы на один вход VT1 будет подан сигнал (рис. 4.1, в, г), то ток, текущий по Rб, замкнется через открытый эмиттерный переход VT1. При этом входной ток VT2 будет близок к нулю, и выходной транзистор окажется запертым, т. е. . Таким образом, в рассмотренной схеме осуществляется логическая операция И-НЕ Следует отметить, что если входы транзистора ^ VT2 оставить свободными и не подключать к источнику сигнала, то это будет воспринято элементом как наличие логических 1 на его входах. Ток, текущий через Rб, в этом случае откроет VT2, и на его выходе появится сигнал . Рассмотренная схема базового элемента ТТЛ с простым инвертором находит ограниченное применение только в качестве схемы с открытым коллектором. В этих схемах RK внутри микросхемы отсутствует и нагрузкой ключа является внешний потребитель: элемент индикации (лампочка, светодиод) или исполнительное устройство (электромагнит, реле и пр.).



Рис. 4.1. Принцип действия элемента И-НЕ на базе ТТЛ

Улучшающим свойства ТТЛ микросхем, является введение в них диодов Шоттки, имеющих структуру металл–полупроводник. Эти диоды шунтируют коллекторные переходы ключевых транзисторов, предотвращая их насыщение. Благодаря этому время задержки распространения сигнала уменьшается почти в три раза. ИМС с диодами Шоттки сейчас повсеместно вытесняют микросхемы, выполненные по обычной ТТЛ технологии.

^ Базовый элемент на КМОП структурах. Структура из двух комплементарных МОП-транзисторов, являющаяся идеальным переключателем напряжения, положена в основу базовых элементов И-НЕ (рис. 4.2, а) и ИЛИ-НЕ (рис. 4.2, б). Как видно из этих схем, для реализации функции И-НЕ используется параллельное включение транзисторов р-типа и последовательное (каскадное) включение транзисторов n-типа. При этом каждый входной сигнал подается на пару транзисторов с каналами различной проводимости. Так, переменная Х1 поступает на транзисторы VT1 и VT4, Х2 на VT2 и VT5, Х3 на VT3 и VT6. При поступлении на все входы сигналов логической единицы Х1=Х2=Х3=U1вх закроются все транзисторы р-типа
(VT1, ..., VT3) и откроются транзисторы с каналом n-типа
(VT4, ..., VT6). В результате выход элемента соединится с общим проводом и выходное напряжение станет равно ^ U0вых. Если же напряжение хотя бы на одном из входов, например Х1, останется низкого уровня, то закроется n-канальный транзистор VT4 и откроется р канальный транзистор VT1, через который выход элемента подключится к источнику питания. Таким образом, на выходе будет напряжение высокого уровня, соответствующее логической единице.




Рис. 4.2. Реализация базовых элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ на базе КМОП

Для реализации базового элемента ИЛИ-НЕ (рис. 4.2, б) необходимо поменять местами параллельные и последовательные участки схемы и заменить в каждой группе (параллельной и последовательной) транзисторы с каналами одного типа на транзисторы с каналами противоположного типа проводимости.

^ Прочие типы базовых элементов. Микросхемы, выполненные по ТТЛ и КМОП технологии, обладают хорошими эксплуатационными показателями и поэтому получили наиболее широкое распространение. Однако в настоящее время применяют и другие типы микросхем. Например, там, где требуется повышенное быстродействие, находят применение микросхемы, выполненные по ЭСЛ технологии. Это микросхемы на п р n транзисторах с общим проводом, соединенным с коллекторными цепями. Большое быстродействие достигается за счет работы транзисторов в активном режиме без перехода в режим насыщения. Однако работа в активном режиме приводит к резкому уменьшению помехоустойчивости и значительному увеличению потребляемой мощности.

Еще одним направлением биполярной логики является использование технологии интегральной инжекционной логики – И2Л. Базовый элемент этой логики содержит два биполярных транзистора различной структуры (п-р-п и р-п-р) и диоды Шоттки. Такие элементы при очень малой потребляемой мощности обладают достаточно высоким быстродействием. Кроме того, этот элемент занимает на кристалле очень маленькую площадь, что позволяет создавать микросхемы высокой степени интеграции.

В заключение параграфа приведем таблицу основных параметров базовых логических двухвходовых элементов широко распространенных и перспективных типов (табл. 4.2).


Таблица 4.2

Параметры наиболее распространенных логических элементов

Параметр

ТТЛ

ТТЛШ

КМОП

ЭСЛ

И2Л

Предельная частота сигналов, МГц

15

50

1...5

300

30

Потребляемая мощность, мВт

10

2...20

0,001

25...40

0,2

Напряжение питания, Еп, В

5±5%

5±5%

3...15

- 5,2±5%



Уровень логического 0, В

0,4

0,5

< 0,1

– 1,65



Уровень логической 1, В

2,4

2,7

~ Еп

– 0,96



Площадь, занимаемая элементом, 10-3 мм2

12...38



6...19

12...31

2,5...3,7

Наиболее распространенные серии

К155,

К131

К555,

К531

К176

К561

К500,

К100




1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17

Похожие:

Основы управления и технические средства автоматизации текстильных производств в двух книгах iconОсновы управления и технические средства автоматизации текстильных производств в двух книгах
Авторы: А. А. Ермаков, С. В. Захаркина, А. Б. Козлов, А. А. Макаров, Ю. Д. Румянцев, Е. А. Рыжкова, А. Н. Тимохин, Л. П. Себина....
Основы управления и технические средства автоматизации текстильных производств в двух книгах iconОсновы управления и технические средства автоматизации текстильных производств в двух книгах
Учебное пособие предназначено для студентов, преподавателей и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами проектирования...
Основы управления и технические средства автоматизации текстильных производств в двух книгах iconТема 1 «гигиенические основы физического воспитания. Технические средства и тренажёры на службе здоровья» Часть 1
...
Основы управления и технические средства автоматизации текстильных производств в двух книгах iconЛекция №4 (2 часа) Средства обучения. Система средств обучения. Средства обучения для преподавателя. Средства обучения для обучающихся. Аудиовизуальные, технические и компьютерные средства обучения
Цель: формирование научного представления о системе средств обучения: 1 дать понятие «средства обучения»; 2 дать представление о...
Основы управления и технические средства автоматизации текстильных производств в двух книгах iconУчебник для вузов в 2 книгах/ [А. Н. Острикова и др.]; под ред. А. Н. Острикова
Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А. Н. Острикова и др.]; под ред. А. Н. Острикова
Основы управления и технические средства автоматизации текстильных производств в двух книгах iconTEL: +7 (495) 585-72-33
Требуемые технические средства для выступления
Основы управления и технические средства автоматизации текстильных производств в двух книгах iconTEL: +7 (495) 585-72-33
Требуемые технические средства для выступления
Основы управления и технические средства автоматизации текстильных производств в двух книгах icon5. Экспертное заключение методической комиссии по специальности «Безопасность технологических процессов и производств»
«Безопасность технологических процессов и производств» о рабочей программе по дисциплине «Вредные факторы производственной среды»...
Основы управления и технические средства автоматизации текстильных производств в двух книгах iconКурсовая работа по дисциплине «Системы управления химико-технологическими процессами» Проверил: Фадеев М. А
Разнообразие технических средств автоматизации, глубокое изучение процессов химической технологии, а также достаточно хорошо разработанная...
Основы управления и технические средства автоматизации текстильных производств в двух книгах iconКонтрольная работа по курсу «Автоматизированные средства автоматизации бухгалтерского учета» Кузнецов С. А., шифр 111000
Общая характеристика предприятия, на котором будет использоваться автоматизированный бухгалтерский учет
Основы управления и технические средства автоматизации текстильных производств в двух книгах iconПроявления нестратегического управления
Отсутствие стратегичес­кого управления проявляется прежде всего в следующих двух фор­мах
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Документы


При копировании материала укажите ссылку ©ignorik.ru 2015

контакты
Документы