Глава 13. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
В автоматических системах контроля, сигнализации, регулирования и управления
зачастую приходится решать логические операции. Для их решения используют три
основных логических операции: операцию логического сложения “ИЛИ” (дизъюнкцию),
операцию логического умножения “И” (конъюнкцию) и операцию логического отрицания
“НЕ” (инверсию).
В логических схемах используется дискретный режим работы, при котором входные
и выходные сигналы принимают крайние значения: ноль (или минимальный уровень)
и единица (или максимальный уровень).
Элементы, выполняющие эти операции, носят название выполняемых ими операций.
Логические элементы могут быть полупроводниковыми (на диодах или транзисторах),
пневматическими или гидравлическими. Мы рас- смотрим полупроводниковые, как
наиболее распространенные.
13.1 Полупроводниковые логические элементы
Логический элемент «ИЛИ». Логический элемент осуществляет операцию логического
сложения - Р=А+В.
Сложное высказывание Р истинно тогда и только тогда, когда истинны составляющие
его высказывания А или В (это для случая двух составляющих).
В таблице 13.1 приведена таблица истинности этой операции.
Таблица 13.1
Таблица истинности этой операции «ИЛИ»
А В Р
0 0 0
1 0 1
0 1 1
1 1 1
Для лучшего понимания представьте себе лампочку, которая включается двумя параллельно
включенными выключателями. Включение любого из них (А или В) приводит к загоранию
лампочки (истинности события Р). На рис. 13.1 показана схема логического элемента
“ИЛИ” на три входа.
В данной схеме нулевой сигнал на выходе будет в том случае, если на всех трех
входах входные сигналы будут равны нулю, т. е. U1=0; U2=0; U3=0 и Uвых=0. Если
же хотя бы на одном входе будет положительный сигнал, то соответствующий диод
откроется и на выходе также будет положительный сигнал.
Логические элементы «ИЛИ» применяют, например, в автоматических схемах аварийной
сигнализации.
Логический элемент «И». Логический элемент «И» выполняет операцию логического умножения - Р=А?В.
Сложное высказывание Р истинно тогда и только тогда, когда одновременно истинны
составляющие его высказывания А и В (это для случая двух составляющих). В таблице
13.2 приведена таблица истинности этой операции.
Таблица 13.2
Таблица истинности операции «И»
А В Р
0 0 0
1 0 0
0 1 0
1 1 1
Для лучшего понимания представьте себе лампочку, к которой последовательно
подключены два выключателя. Только при одновременно включенных выключателях
лампочка будет гореть. На рис. 13.2 показана схема логического элемента “И”
на три входа.
Для нормальной работы этой системы необходимо выполнение следующих условий:
- входные сигналы U1, U2 и U3 должны быть больше, чем величина напряжения питания
Uп;
- величины резисторов R1, R2 и R3 гораздо меньше, чем Rвых, на котором формируется
выходной сигнал.
При отсутствии входных сигналов (U1=0; U2=0; U3=0) все три диода открыты и резистор
Rвых зашунтирован тремя параллельно включенными резисторами R1, R2, R3. Выходное
напряжение в этом случае весьма мало, и мы считаем, что на выходе логический
ноль. Такая же картина будет, если хотя бы один диод будет открыт. Если только
на все три входа одновременно будут поданы положительные сигналы и выпол- нено
условие U1>Uп; U2>Uп; U3>Uп, то все три диода закроются, и напряжение
источника питания Uп будет приложено к делителю R?, Rвых, а так как R? <Rвых,
то на выходе появится напряжение, которое соответствует логической единице.
В схемах автоматики логический элемент “И” применяется, например, в схемах блокировки,
при которой нельзя запустить установку, если не закрыты все крышки, люки и т.п.
Логический элемент «НЕ». Логический элемент “НЕ” выполняет операцию логического
отрицания (инверсии) - Р= . Высказывание Р истинно тогда, когда ложно высказывание
А. Иными словами, если А=0, то Р=1 и наоборот, А=1, то Р=0.
На рис.13.3 показана схема логического элемента «НЕ» на транзисторе.
При Uвх=0 транзистор V закрыт за счет подачи на его базу положительного напряжения
Е. В результате напряжение на выходе почти равно - Ек, т. е. А=0, а Р=1. Если
мы теперь подадим на вход транзистора отрицательное напряжение, то транзистор
V откроется, и отрицательное напряжение на выходе упадет практически до нуля,
т. е. А=1, а Р=0.
13.2 Элементы памяти
Элементов автоматики, служащих для запоминания сигналов, много. Один из них
- “триггер” - был рассмотрен ранее.
Кроме полупроводниковых элементов памяти возможно построить элементы памяти
на обычных электромагнитных реле и ферромагнитных элементах с прямоугольной
петлей гистерезиса. На рис. 13.4 показана схема такого элемента.
На тороидальном сердечнике, выполненном из магнитного материала с прямоугольной петлей гистерезиса, намотаны три обмотки: входная, выходная и тактовая.
Входная обмотка подключена к источнику входных сигналов; тактовая - к генератору
тактовых импульсов и предназначена для считывания информации; выходная служит
для снятия записанной информации.
Элемент памяти работает следующим образом. Пусть в начальном состоянии остаточная
индукция в сердечнике равна +Вr. Направление тока генератора Ir выбрано таким,
что при подаче его в тактовую обмотку в сердечнике устанавливается магнитная
индукция +Вmax, изменение магнитного потока невелико, и в выходной обмотке сигнала
нет, т. е. записан нуль.
Теперь пусть при подаче на вход сигнала Iвх в сердечнике устанавливается индукция
-Вmax вследствие действия напряженности поля - .
Н=I?вх. При прекращении действия входного сигнала Iвх в сердечнике устанавливается
магнитная индукция -Вr, т. е. в элементе записана единица. С подачей тактового
импульса магнитная индукция в сердечнике изменится от -Вr до +Вmax. Это большое
изменение магнитного потока, и в выходной обмотке будет наведен сигнал, соответствующий
единице.
К долговременным (долгосрочным) элементом памяти кроме рассмотренного выше относятся
магнитные ленты, магнитные диски, киноленты, перфоленты и т. п., информация
с которых считывается специальными устройствами.
<Назад> |