Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 3. Сложные ИС для устройств передачи данных (1987) (1092083), страница 33

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 33)

Электрическую цепь, подключенную к выходу цифровой системы, можно замыкать и размыкать сигналом О или 1 с использованием различных симисторов или реле, которые приводят в действие различные механизмы, например центробежный насос илн магнитные жидкостные вентили. При соединениях входных и выходных приборов с системой обработки данных предъявляются высокие требования к гальванической развязке.

Для иллюстрации этого воспользуемся только что приведенным примером с центробежным насосом. Зтот насос питается от сети, и было бы катастрофой, если бы напряжение питания попадало в систему, минуя развязывающую цепь. В данном случае наилучшую развязку обеспечивают оптоэлектронная связь, состоящая из светодиода и фототранзистора, и кварцевые реле„благодаря которым тоже можно разделить силыюточные и слаботочные цепи. Кроме перечисленных проблем преобразования данных для получения связи между цифровой системой и внешней средой в этой книге уделяется также внимание связи через телефонные в телеграфные каналы.

Однако мы не будем рассматривать проблемы связи вычислительной машины с такими периферийными устройствами, как дисковая память, печатающие устройства, а также пульты управления. Мы будем, наскольковозможно, касаться этой проблемы в тех главах, где упоминаются периферийные устройства. Выражение «насколько возможно» применено в связи с тем, что связь между некоторыми периферийными устройствами и системой обработки данных часто бывает настолько сложной, что требуется применение отдельной мик- роЭВМ или схемы управления. 3.2. Чувствительные элементы и устройства управления— схемы «1/О» Как сказано во введении, чувствительные элементы, вырабатывающие аналоговый сигнал, в комбинации со схемой сравнения могут давать на выходе логический 0 или 1 в зависимости от того, какое значение имеет измерительный сигнал— больше или меньше эталонного напряжения. Такие чувствительные элементы можно использовать в сочетании с аналого-цифровым преобразованием, если измеряемую величину нужно преобразовать в двоичный код.

В настоящее время в промышленности вычислительные машины все чаще используются для управления производственными процессами. Вычислительная машина управляет процессом в определенной последовательности, принимает решения, контролирует систему автоматического регулирования н корректирует ее в случае необходимости. Система регулирования должна обеспечивать управление процессом в точном соответствии с поступающей информацией.

При этом регулирующее устройство контролирует отклонения поступающей информации от допустимых пределов. Под «поступающей информацией» мы подразумеваем данные, вводимые Свеев усеоойсгв обработки с внешней с едой в систему регулирования извне. При появлении отклонения производится корректировка процесса с учетом допустимых пределов. Система регулирования состоит из регулирующего устройства и обратной связи.

Вокруг нас имеются тысячи таких систем регулирования, реализованных не только в виде регулирующей аппаратуры, но и в самой природе. По-видимому, понятие «система регулированияв целесообразно более подробно обьяснить с помощью практических примеров. Хорошим примером является регулирование температуры в комнате при центральном отоплении.

Требуемая температура устанавливается по комнатным термометрам. Если комнатная температура ниже установленной, то быстродействующий выключатель на термостате замыкает электрическую цепь, с помощью которой открывается газовый клапан и нагревается отопительный котел. Нагретая вода перекачивается в батареи, и температура в комнате поднимается. Это продолжается дотех нор, пока комнатный термометр не покажет, что достигнута требуемая температура.

В тот же момент быстродействующий выключатель, управляемый биметаллическим температурным датчиком, прекращает подачу газа, н огонь под котлом гаснет. Комнатная температура постепенно снова понижается, пока не упадет ниже установленного значения, после чего быстродействующий выключатель замыкается н газовое пламя загорается вновь. Подобное регулирование температуры, как видим, реализует все принципы действия системы регулирования. Процесс регулирования представляет собой замкнутый цикл. Система регулирования обеспечивает сохранение постоянства установленной температуры (в допустимых пределах). Однако система регулирования может иметь второй регулирующий контур с обратной связью, которым может быть человек, устанавливающий требуемое значение на термостате.

Человек подстраивает термостат, когда установленная комнатная температура воспринимается как некомфортная. Какую температуру следует рассматривать как комфортную, в большой степени зависит от характера деятельности человека, оказывающего существенное влияние на второй регулирующий контур, в котором температурным датчиком является кожа человека, а регулирующим органом — его рука, подстранвающая термостат. Здесь следует обратить внимание на то, что род деятельности человека ~в которой предельными случаями являются безделие и тяжелая физическая работа) смещает точку отсчета, поэтому требуется подстройка. Третий регулирующий контур, который следует назвать в связи с изложенным, включает контроль нагрева с помощью первого и второго регулирующих контуров. Если первый регулирую- 14 — 807 зш Глава 3 щнй контур (обогрев комнаты), а за ним и второй функционируют неправильно, то требуется обратная связь непосредственно с нагревательным котлом, т.

е. очистка или ремонт котла. При регулировании процесса отдельные регулирующие контуры влияют друг на друга, в результате чего при нх рассогласовании приходится принимать настолько сложные решения,что становится необходимой вычислительная машина. Она осуществляет контроль регулирующего контура и в случае необходимости изменяет эталонные значения в контурах, если это возможно в пределах диапазона регулирования; в противном случае возникает неисправность. Вычислительная машина может также выполнить диагностику и, если потребуется, подключать параллельный регулирующий контур, а неисправный — исключить нз схемы. Последнее оказывается необходимым в том случае, когда неисправность приборов контроля оказывает катастрофическое влияние на управляемый процесс, например при управлении процессом в ядерном реакторе. Описанный регулирующий контур центрального отопления относится к классу выключателей.

Огонь нагревает котел в течение определенного оптимального времени, затем он гасится, а спустя некоторое время, когда температура в комнате опускается ниже установленного значения, огонь снова загорается. Регулирование тепла можно проводить н по-другому, т. е. вместо гашения и зажигания огня использовать подвод газа. В данном случае процесс регулирования состоит в следующем: при снижении температуры подводится большее количество газа, при повышении температуры — меньшее. Но такой способ регулирования является для центрального отопления слишком сложным, а следовательно, и слишком дорогим. Кроме того, регулирование температуры методом чвключено-выключено» позволяет достаточно просто оставаться в допустимых пределах, тем более, что система регулирования имеет большие постоянные времени, сглаживающие колебания температуры.

Это можно сравнить со сглажнваннем постоянного напряжения с помощью сетевого выпрямителя и сглаживающего конденсатора. Из сказанного выше следует, что при управлении процессом с помощью отрицательной обратной связи используются эталонные элементы, входящие в регулирующие контуры. Далее мы установили, что применение регулирования по методу «включено-выключено» во многих случаях позволяет получить приемлемое управление процессом, особенно в тех случаях, когда регулирующие контуры имеют большие постоянные времени. Относительно применения вычислительной машины в ходе управления процессами необходимо сказать следующее. Обычно машина, используемая как регулирующее устройство, обслужи- Свеев остройатв обработки с вкеаскей средой 211 вает несколько контуров одновременно и при переходе от одного из них к другому обеспечивает подстройку контура с учетом поступающих данных.

Скорость обработки данных, обеспечиваемая вычислительной машиной, весьма велика по сравнению с постоянными времени, действующими внутри регулирующего контура. Поэтому во взаимодействующих контурах не возникает отрицательных последствий из-за подключения регулирующего устройства. Относительно постоянных времени в регулирующем контуре следует также сказать, что они должны быть выбраны такими, чтобы устранить нежелательные колебания, отрицательный и положительный выбросы, предшествующие фронту сигнала. Для регулирующих контуров подходят критерии стабильности Найквиста н Боде, а для оценки этих критериев требуется вычислительная машина, которая в данном регулирующем контуре играет активную роль.

Характеристики

Список файлов книги