Аблязов В.И. Программное управление станками и комплексами

Подождите немного. Документ загружается.

14.10.09

Для поиска несложных логических функций аналитический способ является

наиболее простым и быстрым. Однако, этот способ в большей степени основан на

интуиции. Поэтому для поиска сложных функций он не используется.

5.3. Графические способы

Для графического описания логических взаимодействий используются раз-

ные способы: шаговая, временная диаграмма, логические функциональные схемы,

функциональный план.

Шаговая диаграмма.

В шаговой диаграмме разли-

чают линии состояния или положе-

ния (привод перемещения цилиндра)

и линии управляющих сигналов.

Вместо временнОй оси здесь ис-

пользованы шаги - условные вре-

менные отрезки. Длина шага не про-

порциональна реальному времени, а

связанна с одним действием управ-

ляемого объекта. Сигналы взаимодействуют друг с другом (сливание потоков ин-

формации) по определенному логическому закону. Каждое логическое действие

имеет собственное обозначение. Достоинством шаговой диаграммы является на-

глядность связей взаимодействия приводов и сигналов управления между собой

во времени.

Временная диаграмма.

Временные диаграммы важны для изображе-

ния динамически изменяющихся процессов. Гори-

зонтальная ось является временной. Временные диа-

граммы удобны для изображения динамических

процессов, которые быстро изменяются во времени.

Они позволяют визуально анализировать реакцию

выходных величин на изменение входных.

Из диаграммы следует, что лампа Н1 «горит»

тогда, когда нажата кнопка S1 и не нажата кнопка

S2.

Лампа Н2 «горит» тогда, когда нажата кнопка

S2 и не нажата кнопка S1.

14.10.09

Вых

Out

tзад1

U

Вх

Пуск

tзад2

Давл

Дв Х

КВ Х

На временном графике обычно разделяют выходные сигналы (Out), посту-

пающие с контроллера на объект, и входные (In) –с датчиков. На графике можно

отражать логические зависимости. Например, движение по оси Х будет осущест-

вляться при нажатой кнопке «Дв Х» и при условии, что давление масла в норме, а

концевой выключатель не сработал.

5.4. Логические функциональные блок-схемы

Логические функциональные блок-схемы состоят из логически связанных

между собой отдельных функциональных блоков, которые являются обозначе-

ниями элементарных логических функций.

Логические функциональные блок-

схемы обладают всеми достоинствами графи-

ческого изображения- это наглядность связей

логических функциональных блоков. Недос-

татком данных схем является сложность про-

слеживания изменения сигналов во времени.

Логические функциональные блок-схемы яв-

ляются одним из самых распространенных языков программирования в промыш-

ленности.

5.5. Математическое представление (алгебра логики)

Элементарные логические действия можно представить с помощью специ-

альных или арифметических символов (AND:



, · ;OR:



, +; NO:`), обозначаю-

щих логические действия. Используя законы алгебры логики, возможны преобра-

зования математических выражений логических функций. Рассмотрено подробнее

в разделе цифровых микросхем.

14.10.09

6. Примеры логических схем

1. Включение контактных входных устройств в релейно-контактные схемы

(РКС) производится путем непосредственного последовательного и параллельно-

го соединения их замыкающих (рис.16,а) и размыкающих (рис.16,б) контактов.

SB(a)

SQ(a)

SQ(b)

Рис. 16. Включение контактных концевиков в РКС

2. Включение контактных входных устройств в бесконтактные логические

схемы (БЛС) производится через резисторные схемы согласования (рис. 17 и 18).

- Uï

ÁËÑ

+ Uï

Рис. 17. Прямая схема включения:

где резистор R1 защищает блок питания при замыкании

концевика и подает нулевой потенциал на БЛС при его размыкании,

а R2 ограничивает входной ток БЛС,

ÁËÑ

+ Uï

Рис. 18. Инверсная схема включения:

где резистор R1 выполняет все функции предыдущей схемы

14.10.09

3. Включение бесконтактных входных устройств в РКС обычно осуществля-

ется через промежуточные электромагнитные реле, контакты которых встраива-

ются в схемы по рассмотренному выше первому варианту.

4. Включение бесконтактных входных устройств в БЛС в основном осуще-

ствляется с помощью разделительных трансформаторов (рис.19.) и оптронных пар

(рис. 20).

Ä ÑÓ

Рис. 19. Разделительные трансформаторы

Èñòî÷íèê

èçëó÷åíèÿ

Ïðèåìíèê

èçëó÷åíèÿ

Uâõ Uâûõ

Рис. 20. Оптронная пара

Пример реальной схемы подключении бесконтактного индуктивного путево-

го выключателя к БЛС на TTL-микросхемах приведен на рис. 21.

R 1

R 2

R 3

R 4

V T 1

V D 2

C 1

V D 3

В х . " - 2 4 v "

В х . " + 2 4 v "

V D 1

Рис. 21. Оптронная развязка

В схеме резистор R1 задает величину входного тока, необходимую для обес-

печения режима стабилизации элементов VD1 и VD2, а также совместно с кон-

14.10.09

денсатором С1 образует RC-цепочку, увеличивающую время реакции на передний

фронт входного сигнала с целью устранения возможного «дребезга» этого сигна-

ла. Двуханодный стабилитрон VD1 повышает порог срабатывания по входной це-

пи, что необходимо при использовании бесконтактных датчиков с высоким уров-

нем остаточного напряжения. Элементы R1, VD1 и VD2 образуют параметриче-

ский стабилизатор напряжения, предназначенный для питания излучателя оптро-

на VT1 и светодиода VD3. Кроме того, стабилитрон VD2 осуществляет защиту от

пробоя VT1 и VD3 при нарушении полярности входного сигнала. В качестве

гальванической развязки применен транзисторный оптрон VT1, выходной ключ

которого, собранный по схеме с общим эмиттером, выдает сигнал TTL-уровня.

В качестве примера использования РКС на рис. 14 приведены электрическая

принципиальная схема и циклограмма торможения электродвигателя М методом

противовключения, в которой контакты SR реле контроля скорости предназначе-

ны для автоматического отключения контактора торможения КМ2 при нулевых

оборотах вала электродвигателя. Для пуска двигателя контактором КМ1 служит

кнопка SB1, а для его останова – кнопка SB2.

А)

14.10.09

Б)

Рис. 14. Система торможения двигателя методом противовключения:

а – принципиальная схема; б – циклограмма

14.10.09

7. Физические основы полупроводников

Тонкий слой между двумя частями полупроводникового кристалла, в кото-

ром одна часть имеет электронную (N), а другая –

дырочную (Р) проводимость, называется электрон-

но-дырочным переходом. Для всех типов перехо-

дов основным свойством является несимметричная

электропроводность, когда в одном направлении

кристалл пропускает ток, а в другом не пропускает.

Это получается за счет того, что одна часть элек-

тронно-дырочного перехода легирована донорной

примесью и имеет электронную проводимость (N-

область), а другая – акцепторной примесью (Р-

область) и имеет дырочную проводимость.

Электроны из N-области стремятся проник-

нуть (диффузируют) в Р-область, где концентрация

электронов значительно ниже. Аналогично, дырки

из Р-области проникают в N-область. В результате этого на границе появляется

неравномерная плотность объемных зарядов (на рисунке показан график ее рас-

пределения) и возникает собственное электрическое поле Е

собств

, направление

которого показано на рисунке. Это поле

препятствует дальнейшему диффузион-

ному току – возникает равновесие. На-

пряженность этого поля (к о н т а к т -

н а я р а з н о с т ь п о т е н ц и а л о в )

максимальна на границе раздела и отсут-

ствует на некотором удалении, поэтому

полупроводник является нейтральным.

К о н т а к т н а я р а з н о с т ь п о -

т е н ц и а л о в для германиевых полу-

проводников имеет значение 0,6…0,7В,

для кремния – 0,9…1,2В. Величину этого

потенциального барьера можно изменять

приложением внешнего напряжения. Ес-

ли внешнее напряжение создает в p-n-

переходе поле, которое с о в п а д а е т с

внутренним, то высота потенциального

барьера, препятствующего протеканию то-

ка, увеличивается (а), если – противопо-

ложно, то уменьшается (б).

Если приложенное напряжение рав-

но контактной разности потенциалов, то

потенциальный барьер исчезает полно-

стью. В соответствии с этим вольт-

собств

обр

пр

обр

собств

внешн

собств

внешн

–

обр

пр

а)

б)

–

N- +

область +

–

– Р-

– область

–

собств

14.10.09

амперная характеристика p-n-перехода (зависимость тока, протекающего через

переход, от приложенного напряжения) будет выглядеть следующим образом.

Если приложенное напряжение снижает потенциальный барьер, то оно на-

зывается прямым U

пр

, если повышает – обратным U

обр

Предельное значение на p-n-переходе при прямом смещении не превышает

контактной разности потенциалов Е

собств

(0,6…0,7В для Ge и 0,9…1,2В для Si).

Обратное напряжение ограничено пробоем p-n-перехода.

7.1. Выпрямительные диоды

Полупроводниковые p-n-переходы лежат в основе полупроводниковых при-

боров (схем). Полупроводниковый диод имеет два

вывода и содержит один (или несколько!) p-n-

переходов. Для подключения внешних выводов ис-

пользуют контакты "металл- полупроводник" (а). Для

кремниевых приборов в качестве металла контактов

часто используют алюминий. Условное графическое

изображение диода приведено на рис. (б). Электрод,

подключенный к области Р, называют анодом, к N –

катодом.

Наиболее широко используемые п а р а м е т р ы д и о д о в .

 I

пр.макс

– максимально допустимый постоянный прямой ток;

 U

пр

– постоянное прямое напряжение, соответствующее заданному току;

 U

обр.макс

– максимально допустимое обратное напряжение диода (+ вел.);

 I

обр.макс

– максимально допустимый обратный ток диода ( если реальный

обр. ток больше, то диод считается непригодным к использованию);

 r

диф

– дифференциальное сопротивление диода (r

диф

= du / di).

Все полупроводниковые диоды можно разделить –на две группы: в ы п р я -

м и т е л ь н ы е и с п е ц и а л ь н ы е .

В ы п р я м и т е л ь н ы е предназначены для выпрямления переменного то-

ка. Выпрямительные диоды, в зависимости от частоты и формы переменного на-

пряжения, делятся на высокочастотные, низкочастотные и импульсные. В зависи-

мости от схемы включения выпрямление может быть однофазное (одно- или

двухполупериодное, со сглаживающим фильтром и др.), трехфазное и т.д.

а)

б)

нагр



вх

нагр



вх

нагр



вх

14.10.09

7.2. Специальные диоды. стабилитроны, варикапы, фото- и светодиоды,

тиристоры

К с п е ц и а л ь н ы м диодам относят диоды со специфическими свойства-

ми p-n-перехода: стабилитроны, варикапы, фото- и светодиоды, тиристоры.

С т а б и л и т р о н ы это диоды, сконструированные для работы в режиме

электрического пробоя, когда при значительном изменении обратного тока на-

пряжение на диоде изменяется незначительно. Поэтому их используют как источ-

ники опорного напряжения. Напряжение стабилизации зависит от типа стабили-

трона. Для ограничения тока через диод последовательно с ним включают сопро-

тивление.

Схема включения стабилитрона (а) и его вольт-амперные характеристики

(б) стабилитронов на различные напряжения показаны на рисунке. Следует отме-

тить, что постоянство напряжения стабилитроны обеспечивают в достаточно ши-

роком диапазоне изменения обратных токов (от 2 до 20…30мА).

огр

–

ст

мА

Д814В

ст

-2

Д814А

КС156

КС133

КС113А

А4В

а)

б)

с)



14.10.09

Для обеспечения стабильного опорного напряжения в цепях с изменяемой

полярностью применяют двусторонние стабилитроны (с).

При необходимости получения стабильных напряжений малой величины

(около 0,7В) используют эффект постоянства прямого напряжения (в определен-

ном диапазоне изменения токов) у некоторых типов диодов, например КС113А

(б). Такие диоды, в отличие от стабилитронов называют с т а б и с т о р а м и . При

необходимости подбора определенного напряжения используют последователь-

ное включение стабилитронов.

В а р и к а п ы и в а р а к т о р ы это полупроводниковые диоды, предна-

значенные для работы в качестве конденсаторов, емкость которых зависит от

приложенного к нему обратного напряжения. Варикапы находят применение в

различных электронных схемах: перестраиваемых резонансных контурах, генера-

торах с электронной настройкой, параметрических усилителях. В зависимости от

технологии изготовления варикапа они имеют оптимальный диапазон частот, при

которых добротность максимальна. Для арсенид-галиевых диапазон лежит в пре-

делах 1…2 кГц, для кремниевых – сотни кГц.

На рисунке показано схематическое изображение варикапа и зависимость

емкости от обратного напряжения.

Ф о т о д и о д представляет собой диод с открытым p-n-переходом, в кото-

ром происходит генерация парных зарядов (электрон-дырка) под действием све-

тового излучения. В отсутствии светового потока Ф его вольт-амперная хар-ка

напоминает обычную характеристику. Световой поток, падающий на открытый p-

n-переход приводит к появлению дополнительных неосновных зарядов, в резуль-

тате чего увеличивается обратный ток.

упр

–

, пф

упр

, В

5 10 15 20 25

КВ117А

пит

–

ФД

а)



Ф=0

Ф1

Ф2>Ф1

темн

Е/R

Режим фот

о-

генератора

Режим фот

о-

преобразователя

б)

ФД