СРС ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА ПНИПУ 2022. Занятие Синтез релейноконтактных комбинационных схем
 Скачать 1.84 Mb.
|
|
1. КОМБИНАЦИОННЫЕ СХЕМЫ Занятие 1. Синтез релейно-контактных комбинационных схем Реле – от французского слова «relais», означающего «пункт перегрузки», «место смены лошадей». Скромное электромагнитное реле, изобретенное в первой половине ХIХ в. и примененное затем для усиления телеграфных сигналов сделало головокружительную карьеру и стало родоначальником таких отраслей науки, как автоматика и телемеханика, связь, информатика. Они были применены при создании первых автоматических телефонных станций, первых ЭВМ. Сейчас время таких схем ушло, однако со счетов их сбрасывать рановато, они еще применяются в системах управления технологическим оборудованием, технологическими процессами, в силовой электронике. Система управления ракеты-носителя «Союз» совсем недавно стала цифровой, ибо, как говорил академик С.П. Королев: «Что летает – пускай летает!». Да, большой вес и габариты, но – высокая помехоустойчивость! Имелись проекты создания «грубой» релейно-контактной системы управления, берущей на себя управление сложной системой на период действия помех. Сейчас происходит своего рода возврат к таким схемам – на наноуровне. Имеются сообщения о разработке блоков нанопамяти большой емкости с использованием переключателей на молекулярном уровне. Релейно-контактные элементы (РКЭ) – первая составляющая радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Они включают различные переключатели (Ключи – Switches), например магнитоуправляемые (герконы), управляемые током и напряжением, срабатывающие с временной задержкой (реле времени), просто реле (Relay), дистанционные переключатели («шаговики»), коммутаторы, соединители (вилки – розетки) и т.д. Реле используются в различных датчиках, например в охранной сигнализации – так называемое реле приближения. Дополнительная схема – электронный датчик – создает чувствительную зону, вхождение в которую любого предмета значительной массы вызывает срабатывание реле, которое, в свою очередь, включает сигнал тревоги: звуковой или световой, радиопередатчик, телефон, видеокамеру и т.д. Не следует забывать, что имеются не только электромагнитные релейно-контактные элементы, но и механические, гидравлические, пневматические и т.д. Кроме того, история знает не только дискретные контактные элементы, узлы и устройства. Применялись и различные интегрально-дифференциальные схемы, использующие зубчатые передачи, кулачковые механизмы, контакты и пр. Цель занятия – синтез комбинационных схем в релейно-контактном базисе. Переключательная схема [1] – схема из замыкающих, размыкающих и переключающих контактов, показана на рис. 1.  Рис. 1. Контакты: замыкающий, размыкающий и переключательный Синтез переключательных схем в релейно-контактном базисе Пусть задана переключательная (логическая, булева) функция  Получим упрощенную переключательную схему (рис. 2). На рис. 2 верхняя и нижняя горизонтальные линии обозначают, например, полюсы источника питания (+, например, 28,5 вольт и ноль вольт), а буква F – некоторый исполнительный элемент, срабатывающий в случае равенства функции  логической единице, т.е. в случае наличия цепи к верхнему полюсу. Символами переменных х1, х2, х3 могут обозначаться, например, контакты некоторых датчиков, а F – обмотка реле, контакт которого включает некоторый исполнительный орган (вентилятор, сирену, нагреватель и др. элементы автоматики). Соответствующая релейно-контактная схема изображена на рис. 3.  Рис. 3. Релейно-контактная схема реализации логической функции Часто датчики подключаются не непосредственно в цепи реализации переключательных функций, а через реле-повторители (рис. 4).  Рис. 4. Релейно-контактная схема реализации переключательной функции с реле-повторителями сигналов датчиковРеле работает следующим образом: при подаче питания на обмотку замыкающие контакты замыкаются, а размыкающие – размыкаются в двух группах переключающих контактов. После снятия питания контакты возвращаются в исходное положение. При этом слышно, что реле «щелкает». Обычно у реле не одна, а несколько контактных переключательных групп, срабатывающих одновременно. Дистанционный переключатель работает следующим образом: после подачи питания на одну из двух обмоток, принимаемую за отбойную (О), дистанционный переключатель и, соответственно, его контактные группы устанавливаются в исходное положение (рис. 5). После снятия питания с отбойной обмотки подается питание на другую, рабочую (Р) обмотку, и контакты в двух группах контактов переключаются. Дистанционный переключатель тоже «щелкает». Это состояние сохраняется после снятия питания (в дистанционном переключателе имеется механическая блокировка), т.е. он «помнит» предыдущее состояние.   О Р О Р  Рис. 5. Дистанционный переключатель, через контакты которого подключена лампочка Будем моделировать релейно-контактные схемы, как и все остальные, по большей части с помощью программного продукта Electronics Workbench, разработанного фирмой Interactive Image Technologies (Канада) для схемотехнического моделирования цифровых и аналоговых радиоэлектронных устройств (см. приложение). Задание 1. Изучение программного продукта Electronics Workbench по приложению. Задание 2. Синтез простейшей релейно-контактной схемы. Используем так называемые ключи (Switches) и реле (Relay):  Switch [1]   Ключ срабатывает, если нажать соответствующую сопоставленную ему клавишу (например, 1). Здесь у реле изображена обмотка и всего одна группа переключателей. Поэтому для их увеличения в случае необходимости рекомендуется использовать параллельное соединение обмоток. Синтезируем контактную схему сложения по модулю 2 двух переменных х1 и х2. Используем два ключа (рис. 6).  Рис. 6. Контактная схема сложения по модулю 2 двух переменных Реализуется функция  .Здесь имеется источник питания  и логический пробник  Логический пробник «горит» (светится) в случае равенства функции единице, когда переключается один из ключей. Синтезируем схему включения индикатора логической единицы – так называемого логического пробника через контакт реле (рис. 7).  Рис. 7. Схема включения индикатора логической единицы – так называемого логического пробника, через контакт реле Здесь имеются источник питания, шина ноль вольт (нулевая шина, общая шина, общий провод, земля – Ground)  и логический пробник После набора схемы включаем тумблер питания в правом верхнем углу наборного поля, нажимаем клавишу 1, ключ срабатывает, на обмотку реле подается питание, реле срабатывает, его контактная группа переключается, на логический пробник подается напряжение, и он «горит». Необходимо отметить условность модели: не указаны цепи, подключающие пробник к нулевой шине, ограничительный резистор (чтобы пробник не «сгорел»). Реально необходимо учитывать возможность либо невозможность параллельного и последовательного включения обмоток реле и другие тонкости. Соберите схемы, проверьте их работу и представьте преподавателю. Задание 3. Реле с самоблокировкой (рис. 8). В релейных схемах используют так называемую самоблокировку, когда реле включается через ключ, и питание на обмотку подается через собственный замыкающий контакт. После чего ключ может быть разомкнут, но реле останется под напряжением. Для «отпускания» реле необходимо снять питание со схемы.  Рис. 8. Реле с самоблокировкой Соберите схему, проверьте ее работу и представьте преподавателю. Задание 4. Релейно-контактная схема реализации заданной логической функции двух переменных. Построим релейно-контактную схему реализации суммы по модулю два:  .При этом входные переменные будут подаваться на приемные реле, а результат будет фиксироваться логическим пробником (рис. 9, а).  а  б Рис. 9. Релейно-контактные схемы: а – реализация функции сложения по модулю два; б – реализация мажоритарной функции Собрать указанную релейно-контактную схему. Проверить ее на функционирование и представить преподавателю. Проверка на функционирование производится с построением таблицы истинности. Собрать релейно-контактную схему, заданную преподавателем. Проверить ее на функционирование и представить преподавателю. Задание 5. Релейно-контактная схема реализации заданной логической функции трех переменных. Построим релейно-контактную схему реализации мажоритарной функции  . При этом входные переменные будут подаваться на три запараллеленных приемных реле (с целью увеличения контактных групп), а результат будет фиксироваться логическим пробником (рис. 9, б). Собрать релейно-контактную схему по номеру заданной функции (СРС ДМ и МЛ). Проверить ее на функционирование и представить преподавателю. Собрать релейно-контактную схему, заданную преподавателем. Проверить ее на функционирование и представить преподавателю. Проверка на функционирование производится с построением таблицы истинности. Имеется язык релейно-контактных схем, его обычно применяют для программирования контроллеров технологического оборудования. А вот свежий пример: процессор DirectLogic. Язык RLL Plus. Программы на RLL Plus не столько пишутся, сколько рисуются в виде схем Релейно-Лестничной Логики (Relay Ladder Logic – RLL), которые ближе конструктору-электрику, нежели программисту. Программирование можно отождествить с проектированием релейно-контактной схемы, да и терминология в описании команд языка RLL Plus используется соответствующая: «реле», «контакт», «шина питания». А синтаксические диаграммы Вирта в Паскале? Это – последовательно-параллельные, «релейно-контактные» схемы. Это все есть в учебном пособии, изданном в 2008. Нужен новый текст по ПЗ1. + Задача:       Только, конечно, нужно рассчитывать по току и напряжению (можешь рассчитать, если помнишь). Но, для 220 В простых ламп обычно это не проблема. Также и переключатели должны соответствовать току, через них протекающему. --  Далее: Сделать свою функцию по варианту Дискретной математики |