МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ
Курсова робота
з дисципліни
«Елементи систем автоматики»
"Розробка пристрою логічного управління"
Зміст
1.Вступ
2.Структурний синтез керуючого автомата
2.1 Побудова спрямованого графа абстрактного автомата
2.2 Кодування внутрішніх станів і вибір типу пам'яті
2.3 Визначення логічних функцій збудження пам'яті.
2.4 Складання таблиці траєкторій.
2.5 Вибір елементів і мікросхем.
2.6 Складання моделі в OrCAD на основі отриманих спрощених висловів та перевірка правильності роботи моделі
2.7 Результати моделювання схеми автомата.
3. Вибір аналогових елементів
3.1 Датчик індукції.
4. Вибір схем, що реалізують задані передавальні функції, допоміжні функції і реалізація комутацій пристроїв зі схемою автомата Мура
4.1 Таймер
4.2 Тактовий генератор
4.3 Пристрій початкового пуску
4.4 Пристрій реалізації функції F1
4.5 Пристрій реалізації функції F2
4.5 Пристрій індикації
4.6 Розробка пристроїв реалізують В1, В2.
5 Пристрої сполучення
5.1 Узгодження електролампи з виходом автомата.
5.2 Пристрої сполучення і нормалізація шкали датчика
5.3. Пристрої опорного напруги
6. Повернення розряду.
7. Пристрій комутації з зовнішніми елементами.
8. Висновок.
1.Вступ
Сучасне промислове виробництво є складним комплексним процесом, який вимагає швидкого і багатовимірного контролю за всіма параметрами. Такий контроль був би неможливий без застосування сучасної електронної техніки і автоматики внаслідок того, що існують численні фізичні явища недоступні для простого візуального контролю. В даний час промислова автоматика розвивається значними темпами, що пов'язано з постійно підвищується рівнем складності і якості технологічних процесів. Електронні промислові пристрої є складними системами, до складу яких входять енергетичні перетворювачі, елементи електроприводу, мікропроцесорні вузли обробки інформації та зв'язку із зовнішніми управляючими об'єктами, а також датчики різного призначення, пристрою узгодження з об'єктом управління. Очевидно, що завдання розробки промислового автомата включає в себе комплекс проблем, які самі по собі представляють окрему область сучасної електроніки. Важливо забезпечити високу надійність і захист від збоїв, оскільки існують технологічні процеси, порушення яких може призвести до катастрофічних наслідків небезпечним для життя людей і навколишнього середовища. Тому створення таких пристроїв вимагає від розробника хороших знань в галузі електроніки і в області технологічних процесів, для управління якими створюється промисловий автомат.
Метою даного курсового проекту є розробка електронного автомата при заданих вхідних сигналах і контрольованих параметрах, а також виконавчих пристроях. Курсовий проект передбачає вирішення основних завдань реального інженерного проектування електронної техніки: структурний синтез, розробку принципової схеми, моделювання основних функціональних вузлів, конструювання. Функціонування автомата проводиться за наведеним у завданні алгоритму.
2.Структурний синтез керуючого автомата
2.1 Побудова спрямованого графа абстрактного автомата
На етапі проектування цифрового автомата вибираємо синхронний автомат Мура. Вибір асинхронного автомата був би ускладнений необхідністю усунення ефекту "перегонів", а вибір синхронного автомата Мілі - ускладненням комбінаційно-логічного пристрою.
Автомат Мура складається з комбінаційно-логічного пристрою (Клу) та критичною підсистеми. Клу формує логічну функцію переходів, тобто визначає, яким чином автомат переходить у наступний стан. При цьому враховується поточний стан, код якого зберігається у тригерній підсистемі. При побудові спрямованого графа автомата Мура операторні вершини граф-схеми ставляться у відповідність станам автомата. Перехід в новий стан здійснюється в залежності від вмісту умовної вершини, наступної за операторної. Спрямований граф автомата представлений на рис. 1.
Побудова спрямованого графа автомата Мура:
Перетворення виробляємо так, щоб істинне значення стану відповідало «1», а хибне - «0».
Таблиця станів
Таблиця 1
Q3 | Q2 | Q1 | Q0 | Y |
1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
0 | 0 | 1 | 0 | 2 |
1 | 0 | 1 | 1 | 3 |
0 | 1 | 0 | 0 | 4 |
1 | 1 | 0 | 1 | 5 |
0 | 1 | 1 | 0 | 6 |
Враховуючи:
0 = 000
1 = 001
2 = 010
3 = 011
4 = 100
5 = 101
6 = 110
Прибираємо старший розряд і отримуємо:
Таблиця 2
Q2 | Q1 | Q0 | Y |
0 | 0 | 1 | 1 |
0 | 1 | 0 | 2 |
0 | 1 | 1 | 3 |
1 | 0 | 0 | 4 |
1 | 0 | 1 | 5 |
1 | 1 | 0 | 6 |
Тут використані наступні логічні умови і сигнали:
B 1 = b 1 b 2 B 2 = b 1 b 2;
У подальшому використовуються такі скорочення:
Сигнали:
S - сигнал контактного датчика (S = 0 - контакт розімкнений, S = 1 контакт замкнутий); тимчасова затримка, .
Спрямований граф автомата побудований, виходячи із заданого алгоритму, і має шість станів, відповідних операторних вершин вихідного алгоритму.
2.2 Кодування внутрішніх станів і вибір типу пам'яті
Оскільки автомат має шість внутрішніх станів, потрібно буде використовувати трехразрядного код і відповідно три осередки пам'яті. Це випливає з формули:
n = [ціла частина (log 2 N)] +1,
де N - число внутрішніх станів автомата; n - кількість елементів пам'яті.
В якості елементів пам'яті застосовуються динамічні D - тригери, таким чином, автомат буде синхронним. Відмова від розробки асинхронного автомата пов'язаний зі складністю кодування станів асинхронного автомата з урахуванням ефекту «перегонів». У зв'язку з цим надійність асинхронного автомата при дії зовнішніх збурень, які присутні в промислових умовах, буде невисокою. Наприклад, наявність імпульсних перешкод в сигнальних колах зовнішніх датчиків і каналів зв'язку може призвести до помилкових перемикань логічних елементів, якщо не використовувати додаткових заходів по захисту від перешкод. При цьому синхронний автомат більш стійкий до імпульсних перешкод, тому що вхідний сигнал D - тригера повинен бути зафіксований заздалегідь, до приходу тактового перепаду, на час не менше ніж захисний інтервал.
2.3 Визначення логічних функцій збудження пам'яті.
Визначимо функції збудження пам'яті. При складанні функцій порушення пам'яті враховуються тільки ті переходи, включаючи петлі, при яких у відповідному розряді логічний «0» змінюється на «1» або «1» зберігається.
За графу складаємо передавальні функції
Спростивши вираження, застосовуючи алгебру логіки, отримаємо:
Теоретично можливі подальші перетворення наведених виразів та їх мінімізація у ще більшій мірі, але в даному випадку мінімізація здійснювалась з урахуванням використання мультиплексорів при реалізації автомата.
Таким чином, число елементарних логічних елементів у схемі автомата буде зведено до мінімуму.
2.4 Складання таблиці траєкторій
Складемо таблицю траєкторій (таблиця 1):
Таблиця 1
№ п / п | При змінних | Переходи |
1 |
| 0 01 -> 1 0 1 -> 0 11 -> 0 01 |
2 |
| 0 01 -> 1 0 1 -> 0 11 -> 1 10 -> 011 |
3 |
| 0 01 -> 1 0 1 -> 11 0 -> 10 0 -> 101 |
4 |
| 0 01 -> 1 0 1 -> 11 0 -> 10 0 -> 010 -> 110 |