Храмцова М.М. викладач ДНЗ ХВПУ№6: Конспекти по інф.тех для ОТН, СР

Опорні конспекти

до курсу «Інформаційні технології»

Розділ 1. Використання інформаційних та комп'ютерних технологій для автоматизації виробництва

Теми розділу

1. Поняття про системи керування автоматизованим обладнанням

2. Числове програмне керування і його види

3. Системи числового програмного керування

4. Принципи будови та склад гнучких виробничих систем

5. Визначення та принцип будови автоматизованих систем. АСУТП та АТСС

6. Автоматизована система управління підприємством АСУП

7. Системи автоматичного проектування САПР

8. Роботизація та автоматизація виробництва

9. Охорона праці та техніка безпеки під час роботи на автоматизованому обладнанні

Тема 1

В наш час електронно-обчислювальна техніка все ширше використовується в керуванні технологічними процесами, виробництвом, транспортом i.т.д. Ми часто чуємо слова "керування", "об'єкт керування", "система керування". Що це таке?

Керування - це процес дії на об'єкт з метою привести його до бажаного стану чи положення.

Об'єктом керування може бути верстат, автомобіль, двигун, цех , завод i.т.д. Щоб можна було управляти об’єктом необхідне існування набору правил, що дозволяють досягнути поставленої мети (тобто алгоритму керування) i пристрою керування що може виконати цей алгоритм. Керування може здійснювати безпосередньо людина, і тоді воно називається ручним керуванням, ва може і без участі людини, і в такому випадку воно називається автоматичним керуванням. Якщо керування здійснюється за частковою участю людини, то таке керування називається автоматизованим.

Системи керування

Сукупність об'єкта керування i пристрою керування, взаємодія яких приводить до досягнення мети називається системою керування. Пристрій керування управляє об’єктом за допомогою різноманітних виконуючих механізмів. В сучасних автоматичних системах керування пристроєм керування є комп’ютер.

Кожна система керування має вхід i вихід між якими існує зв’язок, який називається зворотним зв’язком. Зворотний зв'язок буває двох видів: позитивний i негативний.

Зворотний зв'язок між виходом i входом системи, при якому зміни параметрів на виході системи спричиняють зміни на вході системи в ту саму сторону називається позитивним зворотним зв'язком.

Зворотний зв’язок між виходом i входом системи, при якому зміни параметрів на виході системи в одну сторону спричиняють зміни на вході системи в другу сторону - називається негативним зворотним зв’язком

В системах керування як правило використовується негативний зворотний зв’язок, оскільки позитивний веде до небажаних наслідків.
Критерії управління:
1.Для збереження заданих якості та кількості виробів при найкращому економічному ефекті необхідно збереження якості та кількості вихідного матеріалу на заданому рівні
2.При зміні умов виробництва або заготівок потрібно мати компенсуючі надлишки
3.Виконання процесу виробництва повинно відбуватися згідно з технологічною послідовністтю

Контрольні запитання:

1. Що називають керуванням?

2. Що може бути об’єктом керування?

3. Яке керування називають автоматичним?

4. Що називають системою керування?
5. Проілюструйте конкретним прикладом критерії управління

Тема 2

Числове програмне управління і його види
Числове програмне управління використовується для автоматичного управління роботою
різноманітних верстатів і механізмів.
При звичайному управлінні верстатом пристроєм управління є людина. Вона управляє
роботою верстата за допомогою різноманітних виконуючих механізмів (речагів, кнопок ,
ручок і.т.д.) В автоматичному управлінні пристроєм управління є звичайний автомат, а в
числовому програмному управлінні - комп'ютер. Він управляє роботою верстата за
допомогою програми, яку для нього склала людина.
Переваги верстатів з числовим програмним управлінням над звичайними автоматичними
верстатами в тому, що при зміні деталі, яка виготовляється верстатом, не потрібно
переробляти сам верстат, а лише поміняти програму для комп'ютера що керує верстатом.

Види ЧПК

В системах числового програмного керування положення і переміщення різноманітних частин верстата задається за допомогою чисел в трьохвимірній системі координат. При цьому задається також включення різноманітних пристроїв( двигунів, клапанів), і час виконання операції. В залежності від виду обладнання комп’ютер може використовувати різні принципи числового програмного керування, найбільш поширеними з яких являються супервізорне і пряме числове програмне керування.

В режимі супервізорного числового програмного керування комп’ютер одержує вхідну інформацію про хід технологічного процесу і в відповідності до заданого алгоритму керування може змінювати настройку регуляторів, що використовуються в технологічному обладнанні. Таким чином комп’ютер виконує функції зворотного зв’язку. Завданням супервізорного керування є підтримка оптимальних умов технологічного процесу.

При прямому числовому керуванні комп’ютер безпосередньо керує виконавчим механізмом, виконуючи всі необхідні обчислення.

Контрольні запитання:

1. Для чого використовують ЧПУ?

2. В чому полягає перевага ЧПУ над автоматичним керуванням?

3. Які є найбільш поширені види ЧПУ?

4. Яке завданням виконує супервізорне керування ?

5. При якому числовому управлінні комп’ютер безпосередньо керує виконавчим механізмом?

Тема 3

Системи числового програмного керування

Для управління універсальними верстатами та іншим технологічним устаткуванням широко використовуються системи числового програмного керування (СЧПК), в яких за допомогою набору цифр і букв однозначно задаються переміщення робочих органів верстатів і маніпуляторів, управління послідовністю і режимом обробки деталі, включення тих чи інших виконуючих механізмів верстата, момент зняття деталі і установки заготовки.

Програми систем з числовим програмним керуванням містять два основні види інформації:геометричну і технологічну.

Геометрична інформація містить дані про форму деталей і потрібного для їх обробки інструменту а також вказує їх взаємне розміщення в робочому просторі верстата.

Технологічна інформація містить відомості про послідовність вводу в роботу інструментів, про зміну режиму обробки, про зміну інструментів, про включення подачі охолоджуючої рідини і.т.д.

По своїй структурі системи числового програмного керування діляться на такі види:

1. розімкнуті

2. замкнуті

3. комбіновані

4. адаптивні

В основі роботи розімкнутих систем числового керування лежить принцип жорсткого керування. В них використовуються тільки управляючі дії закладені в програмі і на можливі зміни в технологічному процесі вони не реагують. В замкнутих системах крім основної управляючої програми використовується ще інформація про дійсні значення параметрів деталі, що обробляється. Така система враховує можливі відхилення в роботі обладнання. В комбінованих системах, управління основними параметрами деталі здійснюється замкнутими, допоміжними параметрами – розімкнутими каналами. В адаптивних системах застосовуються додаткові датчики інформації (сила різання, спрацювання інструмента) , яка використовується для коректування технологічного процесу.

Контрольні запитання:

1. Які два основні види інформації містять СЧПК?

2. Як ділять СЧПУ за структурою?

3. Чим характерні розімкнуті СЧПК?

4. Чим характерні замкнуті СЧПК?

5. Чим характерні комбіновані СЧПК?

Тема 4

Принципи будови та склад гнучких виробничих систем

Важливою проблемою для виробництва є перехід від випуску одного виду продукції до іншого або перехід від випуску однієї моделі виробу до іншої. Щоб випускати нову продукцію потрібно замінити одне устаткування іншим, перебудувати технологічний процес, здійснити перепідготовку персоналу. Сучасне виробництво змушене досить часто переходити на випуск нової, що пояснюється швидким моральним старінням виробів. Яскравим прикладом такої тенденції є виробництво персональних комп'ютерів. Кожна нова модель персонального комп'ютера за своїми параметрами у багато разів перевищує попередню модель, була випущена менше року тому, тобто моральне старіння набагато швидшими темпами ніж фізичне. Крім того, потрібно враховувати також гостру конкуренцію на ринках.

Таким чином для підтримання високого рівня конкурентоспроможності виробів необхідно час від часу переходити на випуск нової продукції, а з іншого боку кожний такий перехід пов'язаний зі значними затратами. Щоб досягти компромісу між цими тенденціями, застосовуються гнучкі автоматизовані виробничі комплекси (ГВК). Вони складаються з окремих, відносно самостійних частин, так званих гнучких автоматизованих виробничих модулів (ГВМ). Кожний такий модуль здатний виконувати певний комплекс виробничих операцій. Перехід на інший комплекс операцій здійснюється програмним шляхом, тобто заміною однієї програми іншою. Перехід на випуск нової продукції здійснюється зміною послідовності і номенклатури модулів, а також перепрограмуванням у разі потреби цих модулів. Застосування гнучких виробничих комплексів дає змогу різко збільшити ефективність виробництва, підвищити якість і конкурентоспроможність продукції.

Для реалізації гнучкого автоматичного виробництва використовується велика різновидність різноманітних датчиків і виконуючих механізмів, мікропроцесорних контролерів, мікро і міні ЕОМ, систем управління базами даних, локальних обчислювальних систем, технічних роботів і верстатів з програмним числовим керуванням. А також автоматизований транспорт і склади, системи автоматичного проектування, системи автоматичного управління, системи автоматичного керування технологічними процесами. Ланки гнучкого автоматизованого виробництва можуть створюватися на основі різноманітного обладнання, але , як правило, обов’язково містять верстат з числовим програмним керуванням і один або кілька роботів-маніпуляторів, які виконують зміну заготівок і знімають готову продукцію. Ланки ГАВ об’єднуються транспортними засобами.

Контрольні запитання:

1. З чого складаються ГВК?

2. Як здійснюється перехід на інший комплекс операцій?

3. Як здійснюється перехід на випуск нової продукції?

Тема 5,6

Визначення та принцип будови автоматизованих систем.

АСУ ТП та АТСС.

Автоматизована система управління підприємством АСУП

Сучасні програмні та апаратні засоби дають змогу автоматизувати не тільки окремі виробничі операції чи комплекс операцій, а й весь технологічний процес у цілому. Такі системи називаються автоматизованими системами управління технологічним процесом (АСУТП). Особливо значний ефект дає застосування таких систем у галузях неперервного виробництва, зокрема у хімічній і нафтогазовій галузях. Виробництво сірчаної, азотної та інших кислот, мінеральних добрив, переробка нафти та інші процеси здійснюються із застосуванням АСУТП.

Вироби, що випускаються сучасними підприємствами, складаються з великої кількості деталей, вузлів, систем. Для їх виробництва необхідна велика кількість матеріалів і заготовок. Щоб вчасно і безперебійно постачати виробництво деталями, заготовками, напівфабрикатами і матеріалами, підприємству необхідно мати складну і потужну транспортно-складську систему. Для здійснення керування такими значними матеріальними потоками застосовуються автоматизовані транспортно-складські системи (АТСС).

Контрольні запитання:

1. Як повністю абревіатура АСУТП?

2. Як повністю читається АТСС?

Сучасне підприємство є складною ієрархічною системою, яка характеризується значними матеріальними, енергетичними, інформаційними потоками, тому керувати такою системою дуже складно. Застосування сучасних апаратних і програмних засобів для автоматизації керування підприємством, його підрозділами і службами дає змогу значно підвищити ефективність виробництва, зменшити собівартість продукції і підвищити її якість. Такий комплекс апаратних, програмних та інших засобів називається автоматизованою системою управління підприємством (АСУП).

Автоматизована система управління підприємством, як і саме підприємство, є складною багаторівневою ієрархічною системою, що складається з підсистем різного рівня. Наприклад,системи керування технологічними процесами (АСУТП), автоматизовані транспортно-складські системи (АТСС), робото технічні комплекси і гнучкі автоматизовані виробничі комплекси можуть входити як підсистеми до АСУП. Крім того, АСУП має, як правило, підсистему бухгалтерського обліку, економічного аналізу, обліку кадрів тощо. Ступінь автоматизації на кожному рівні ієрархії може бути різним. Різними за складом, функціями та параметрами є також апаратні й програмні засоби на різних рівнях ієрархії.

Контрольні запитання:

1. Що називають АСУП?

2. З чого складається АСУП?

Тема 7

Системи автоматичного проектування САПР

Сучасне виробництво характеризується різким ускладненням виробів, що спричинює значне збільшення обсягу проектних і конструкторських робіт. На сучасних підприємствах авіакосмічної, електронної, біотехнологічної та інших високотехнологічних галузей штати конструкторських бюро складають значну частку від загальних штатів робітників. Крім того, проектно-конструкторськими роботами займаються спеціальні заклади: проектні інститути, спеціальні конструкторські бюро тощо. Технічний прогрес і конкурентна боротьба змушують скорочувати терміни розробки нових виробів. Виграє в цій боротьбі той, хто перший почне випускати новий товар чи нову модель: комп'ютер, літак, автомобіль тощо.

Застосування комп'ютерно-інформаційних технологій у проектно-конструкторській роботі дає змогу значно збільшити продуктивність роботи конструктора, істотно скоротити терміни розробки. У деяких галузях, наприклад в електронній промисловості, під час розробки інтегральних схем високого ступеня інтеграції, взагалі неможливо проводити проектні й конструкторські розробки без застосування комп'ютерів.

Для автоматизації проектних робіт у різних галузях виробництва розроблено й успішно експлуатуються системи автоматизованого проектування (САПР) (англомовна абревіатура САD – Соmputer Aided Desines). У архітектурі для проектування різних споруд промислового і цивільного призначення застосовується система АrchiCAD. У машинобудуванні та приладобудуванні для проектування різноманітних машин, пристроїв і виготовлення креслень та іншої технічної документації застосовується система автоматизованого проектування АrchiCAD. Найбільшого поширення системи автоматизованого проектування знайшли в електронній промисловості для проектування цифрових, аналогових та цифро-аналогових електронних пристроїв.

Контрольні запитання:

1. Яку САПР використовують для автоматизації проектних робіт?

2. Яку САПР використовують в архітектурі?

Тема 8

Роботизація та автоматизація виробництва

Важливим засобом інтенсифікації виробництва є роботизація, тобто застосування у виробництві промислових роботів.

Сьогодні, промислові роботи, присутні на багатьох виробничих майданчиках, забезпечуючи ефективну автоматизацію різних технологічних процесів

Сучасні промислові роботи, це високотехнологічні пристрої, здатні ефективно взаємодіяти з додатковим обладнанням, що значно розширює їх технологічні можливості.

Промислові роботи мають антропоморфну конструкцію, схожу з будовою людської руки. Цю особливість подарувала роботу людина ще в 20-му столітті, розуміючи, що саме цю руку, буде замінювати робот на виробничих майданчиках.

Сьогодні промислові роботи, це абсолютно універсальні пристрої, як привило мають шість осей рухливості.
Створюючи РТК, ми часто збільшуємо кількість осей робота, розширюючи зону його досяжності, за рахунок застосування додаткового обладнання.

Світовий досвід довів, що роботизувати можна практично будь-який технологічний процес, головне щоб це було економічно і доцільно.

Промисловий робот — це технічний пристрій, призначений для виконання комплексу виробничих операцій в автоматичному режимі.

У виробництві застосовується велика кількість різновидів і типів роботів і робототехнічних комплексів від найпростіших до складних інтелектуальних роботів, здатних самостійно приймати рішення на основі отриманої інформації у складних виробничих умовах, адаптуватися до змін у навколишньому середовищі. У роботах і робототехнічних комплексах знайшли застосування останні досягнення інформаційної техніки: пристрої і система сприйняття інформації, цифрові пристрої і мікропроцесори для перетворення і обробки інформації, приводи робочих органів з цифровим програмним керуванням, сучасні програмні засоби. Для робототехнічного виробництва характерним є те, що виробництво здійснюється без участі або майже без участі людини. Застосування роботів дає змогу звільнити людину від важкої одноманітної праці, від роботи у шкідливих для організму умовах, а також у недоступних для людини середовищах

Схема промислового робота. Основні частини ПР

Механічна система – основна частина ПР

Інформаційна система – містить інформацію про стан робота тайого механізмів.

Система керування –

Технологічний процес – це технічний процес спеціальним чином організований для випуску продукції.

Отже, промисловий робот – це автоматично-функціонуюча машина (автомат), призначена для відтворення деяких рухових і розумових функцій людини при виконанні основних і допоміжних виробничих операцій без безпосередньої участі людини. Розрізняють три покоління роботів:

1) програмуючі роботи, що діють по заданій програмі(маніпулятори);

2) адаптовані (що пристосовуються) роботи, що діють по заданій програмі і оснащені рядом датчиків, а відповідно, і технічними органами почуттів, що дозволяють їм коректувати свою поведінку в залежності від оточуючого виробничого середовища;

3) інтелектуальні або інтегральні роботи, що володіють елементами штучного інтелекту і можливістю вільного діалогу з людиною.

Контрольні запитання:

1. Що називають роботизацією?

2. Що називають промисловим роботом?

3. Що є характерним для роботехнічного виробництва?

4. Від чого звільнили людину роботи?

Правила безпечної роботи діляться на
-загальні для всіх працівників і
-спеціальні, складені для кожної групи спеціальностей.

Загальні правила безпечної роботи при ремонті і налагоджуванні верстатів і ліній зводяться до наступного:

1. Перед початком роботи на лінії необхідно переконатись у повній її справності і наявності заземлення всіх агрегатів, що входять до лінії.

2. Регулювати, ремонтувати, змащувати, перевіряти натяг пасів і ланцюгів, нагрівання підшипників, електродвигунів і все інше можна лише при повній зупинці всіх агрегатів лінії.

3. Інструмент, що встановлюється на вали чи шпинделі, має бути відбалансований. Забороняється працювати тупим і несправним інструментом.

4. Не допускається використовувати будь-які предмети для гальмування різального інструменту, що обертається за інерцією після виключення верстатів.

5. Не дозволяється перевантаження обладнання.

6. Забороняється зберігати на обладнанні лінії заготовки, готові деталі, інструмент, обтирально-мастильні матеріали і т.п.;

7. Працювати при несправних огородженнях, запобіжних блокувальних і гальмівних пристроях або при їх відсутності.

8. При раптовому припиненні подавання струму і при будь-якому навіть короткочасному відході оператора від лінії необхідно вимкнути всі електродвигуни.

9. Перед кожним вмиканням лінії необхідно переконатися, що її вмикання нікому не загрожує.

10. Забороняється подавати в лінію заготовки розмірами, більшими або меншими від передбачених технологічним процесом.

11. Вимірювання розмірів деталі, що обробляється, на робочому ході верстата при відсутності спеціальних пристроїв заборонено.

12. При виникненні невластивої вібрації лінію слід вимкнути і вжити заходів для її усунення; перевірити кріплення інструменту, балансування і т.п.

13. Забороняється налагоджування без ознайомлення з паспортом лінії та настановами з її експлуатації.

14. Усі роботи з налагоджування лінії можна виконувати лише при вимкненому вхідному рубильнику.

15. На час виконання ремонтних чи налагоджувальних робіт біля лінії встановлюється табличка з написом "Не вмикати, працюють люди!"

16. Знімати зі шківів і надівати на них паси, відкривати огородження можна лише після повної зупинки частин, що обертаються.

17. При одночасній роботі на лінії декількох робітників слід заздалегідь погодити їх дії так, щоб вони не заважали один одному і не могли травмувати себе.

18. Після закінчення налагодження наладчик зобов'язаний перевірити, чи не залишилося на лінії налагоджувального інструменту, кріпильних деталей та інших предметів; поставити на місце огорожі, пилостружкоприймачі і запобіжні пристрої та перевірити надійність їх кріплення.

Розділ 2. Системи управління на основі комп'ютерних технологій

1. Елементарні логічні функції

2. Елементна база сучасних комп'ютерів

3. Цифрові пристрої зі зворотніми зв'язками

4. Мікропроцесор та його алгоритм роботи

5. Система команд мікропроцесора

6. Аналогові датчики

7. Бінарні, імпульсні

8. Цифрові датчики

Тема 1. Елементарні логічні функції

Логічні функції можна представити через елементарні логічні функції. Розглянемо найпоширеніші елементарні операції над двома логічними величинами.

Операція логічного додавання (диз'юнкція). Операція логічного додавання позначається знаком + або V. Логічна функція, що відповідає операції логічного додавання, називається функцією АБО. Запишемо логічну операцію додавання для всіх можливих значень аргументів:

0 V 0 = 0,

0 V 1 = 1,

1 V 0 = 1,

1 V 1 = 1.

Результат операції логічного додавання має значення 0 тільки в тому випадку, якщо обидва аргументи мають значення 0, а значення 1, якщо хоч один з аргументів має значення 1.

Операція логічного множення (кон'юнкція). Операція логічного множення позначається знаком математичного множення, тобто крапкою, яку можна не писати, або символом &. Логічна функція, що відповідає операції логічного множення, називається функцією І. Запишемо логічну операцію множення для всіх можливих значень аргументів:

0•0=0,

0•1=0,

1•0=0,

1•1=1.

Результат операції логічного множення має значення 1 тільки в тому випадку, якщо обидва аргументи мають значення 1, а значення 0, якщо хоч один з аргументів має значення 0.

Операція логічного заперечення (інверсія). Операція логічного заперечення позначається рискою над іменем змінної х. Запишемо операцію логічного заперечення для всіх можливих значень аргументу

0=1,

1=0.

Контрольні запитання:

1. Як позначають операцію логічного додавання?

2. Як позначають операцію логічного множення?

3. Як позначають операцію логічного заперечення?

Тема 2. Елементна база сучасних комп'ютерів

Логічні елементи — елементарні пристрої цифрової техніки, призначені для реалізації елементарних операцій над логічними змінними. Для реалізації операцій над логічними змінними, що можуть мати тільки два значення О і 1, застосовують технічні пристрої, які можуть знаходитися в одному з двох станів. Такими технічними пристроями є різного роду ключові елементи, що можуть перебувати в одному з двох станів: увімкнено й вимкнено. Ключові елементи можуть мати різну фізичну природу: пневматичний ключовий елемент — клапан на пневмопроводі, що може знаходитися у двох станах — закритому й відкритому, гідравлічний ключовий елемент — клапан на трубопроводі з рідиною, який також може бути або відкритий, або закритий. Відомі пристрої, що виконують доволі складні логічні операції, побудовані на основі пневматичних ключових елементів. Однак найбільшого поширення набули логічні пристрої на основі електричних ключових елементів.

Електричний ключ може бути механічної дії, коли електричне коло замикається чи розмикається вручну за допомогою електричного вимикача чи кнопки. Електричний ключ механічної дії застосовується для реалізації найпростіших логічних функцій на передніх панелях електричних пристроїв і вимірювальних приладів, задаючи різноманітні режими їх роботи. Досконалішим електричним ключем є електромагнітне реле. До винайдення і широкого застосування електронних ключових елементів електромагнітні реле були основним елементом для реалізації пристроїв обробки цифрової інформації. Види електронних логічних елементів

У наш час для реалізації логічних функції і операцій застосовуються пристрої, що побудовані на основі електронних ключових елементів: біполярних і польових транзисторах, які працюють у ключовому режимі. Логічні змінні і функції можуть мати, як відомо, лише два значення — 0 і 1. У технічних пристроях значення логічного О реалізується рівнем напруги від 0 В до 0,8 В, а значення логічної 1 — рівнем напруги 2,4 ... 5 В. Розглянемо логічні елементи, що реалізують елементарні логічні операції НІ, І, АБО .

Логічні елементи

Логічний елемент «І»

Логічний елемент «І», умовне графічне позначення якого згідно з державними стандартами наведено на рисунку б, реалізує елементарну логічну операцію кон'юнкції або логічного множення.

Логічний елемент «І» реалізується на послідовно ввімкнених ключах (а). Вихідний сигнал послідовно ввімкнених ключів, що відповідає логічній 1, буде тільки в тому разі, якщо на обидва ключі подати сигнали, що відповідають рівню логічної 1 і вони обидва перейдуть у замкнений стан. Якщо хоч на один з ключів не подати сигнал, що відповідає логічній 1, то він залишиться у розімкненому стані, і вихідний сигнал дорівнюватиме рівню логічного 0.

Логічний елемент «АБО»

Логічний елемент «АБО», умовне графічне позначення якого згідно з державними стандартами наведено на рисунку б, реалізує елементарну логічну операцію диз'юнкції або логічного додавання.

Логічний елемент «АБО» реалізується на паралельно ввімкнених ключах (а). Вихідний сигнал паралельно ввімкнених ключів, що відповідає логічному 0, буде тільки в тому випадку, якщо на обидва ключі подати сигнали, що відповідають рівню логічного 0, і вони обидва будуть розімкненими, і вихідний сигнал елемента дорівнюватиме рівню логічного 0. Якщо на один з ключів або на обидва разом подати сигнал, що відповідає логічній 1, то він замикається і на виході елемента встановиться рівень сигналу, що дорівнює логічній 1.

Логічний елемент «НІ» (логічний інвертор).

Логічний елемент «НІ» реалізує елементарну логічну операцію (функцію) заперечення.

На рисунку(г) наведено умовне графічне позначення логічного елемента «НІ» згідно з державним стандартом. Логічний елемент «НІ» будується на основі біполярного (а) або уніполярного (польового) транзистора (б, в), що працює в ключовому режимі. Ключовий режим транзистора характеризується тим, що транзистор знаходиться у одному з двох станів: стані насичення або стані відсікання. Перехід з одного стану в інший здійснюється стрибком. Якщо на базу біполярного транзистора подати напругу 2,4 ... 5 В, що відповідає логічній 1, то транзистор стрибком перейде у стан насичення і вихідна напруга, що знімається з колектора транзистора, дорівнюватиме напрузі на двох відкритих р-п переходах, тобто 0,4 ... 0,7 В, що відповідає рівню логічного 0. Якщо ж на базу транзистора подати напругу 0 ... 0,7 В, то транзистор стрибком перейде у стан відсікання, і вихідна напруга дорівнюватиме напрузі живлення 5 В, тобто рівню логічної 1. Таким чином, транзистор інвертує вхідний сигнал, тобто змінює значення сигналу на протилежне, отже, такий пристрій виконує логічну операцію заперечення.

Контрольні запитання:

1. Що називають логічними елементами?

2. В якому із двох станів можуть перебувати ключові моменти?

3. На основі чого будується логічний елемент НІ?

4. Як реалізують логічний елемент І?

5. Як реалізують елемент АБО?

Тема 3. Цифрові пристрої зі зворотніми зв'язками

Цифрові пристрої зі зворотними зв’язками призначені для реалізації логічних функцій, значення яких залежить не тільки від значень аргументів у поточний момент часу, а й від значень аргументів у попередні моменти часу.

Такі цифрові пристрої називають ще пристроями з пам’яттю. До найбільш поширених пристроїв відносять: тригери, лічильники імпульсів, регістри.

Тригер - це елементарний пристрій зі зворотними зв'язками. Тригер має два стійкі стани і може знаходитися в одному з них як завгодно довго. Переведення тригера з одного стану в інший здійснюється вхідними логічними сигналами. Одному стійкому стану відповідає логічна 1, а іншому — логічний 0. Таким чином, тригер може використовуватися для збереження однієї одиниці інформації — біта. Застосовується кілька різновидів тригерів, які розрізняються за видом вхідних і вихідних сигналів, а також за способом запису інформації у тригер. За видом вхідних сигналів розрізняють тригери з імпульсним і потенціальним керуванням. За способом запису інформації тригери поділяються на асинхронні, в яких запис інформації здійснюється в момент зміни інформаційного сигналу, і синхронні, в яких запис інформації здійснюється у певні, визначені моменти дії спеціальних імпульсів синхронізації.

Загальна схема тригера складається з елемента пам'яті і пристрою керування, який забезпечує керування тригером залежно від комбінації вхідних сигналів.

Лічильниками імпульсів називаються логічні електронні пристрої з пам’яттю, що призначені для підрахунку кількості вхідних імпульсів і збереження цієї інформації. За способом підрахунку лічильники поділяються на лічильники додавання, віднімання, реверсивні. У лічильників може бути організовано послідовний, наскрізний, паралельний і комбінований переноси.

Лічильники з послідовним і наскрізним переносом називаються асинхронними, а з паралельними – синхронними. Основними параметрами лічильників імпульсів є місткість лічильника й швидкодія. Місткість лічильника визначається максимальною кількість імпульсів, яку може порахувати лічильник, і залежить від кількості тригерів, що входять до складу лічильника.

Регістри — це електронні пристрої, побудовані на основі тригерів і призначені для прийому, зберігання, перетворення і передачі інформації у формі двійкових чисел. Розрядність регістра визначається кількістю тригерів, що входять до його складу, а отже, і кількістю розрядів двійкового числа, яке може зберігати регістр. Другою важливою характеристикою регістрів є їх швидкодія, яка визначається швидкодією тригерів, що входять до складу регістрів. Залежно від способу прийому й передачі інформації в двійковій формі регістри можуть поділятися на послідовні, паралельні й універсальні.

Контрольні запитання:

1. Які пристрої належать до пристроїв зі зворотнім зв’язком?

2. Що називають тригерами?

3. Що називають лічильниками імпульсів?

4. Що називають регістрами?

Тема 4. Мікропроцесор та його алгоритм роботи

Мікропроцесором називається програмований електронний пристрій для обробки інформації, виконаний у вигляді однієї чи кількох мікросхем високого ступеня інтеграції.

Мікропроцесор здійснює обробку інформації за програмою що записана в його пам'ять. Змінивши програму, можна змінювати функції й області застосування мікропроцесора. У цьому полягає його універсальність. Мікропроцесор, як уже зазначалося, призначений для виконання програм з обробки інформації. Програма складається з певної кількості команд (інструкцій), які мікропроцесор виконує у певній послідовності. Команди, як і дані, над якими мікропроцесор виконує операції, знаходяться у пам'яті.

Виконання команд програми мікропроцесором — це певна циклічна послідовність дій:

• формування адреси чергової команди;

• зчитування цієї команди за сформованою адресою й пересилка її з пам'яті у мікропроцесор;

• дешифрування отриманої з пам'яті команди, тобто розкладання команди на елементарні дії, які мають виконувати пристрої мікропроцесора;

• власне виконання команди, тобто виконання у певній послідовності елементарних дій, з яких складається команда;

• формування адреси операндів, над якими виконується певна послідовність елементарних операцій даної команди;

• зчитування операндів з пам'яті за сформованою адресою і пересилання їх із пам'яті у мікропроцесор;

• формування адреси, за якою буде записано результат виконання даної команди;

• пересилання результату за сформованою адресою з мікропроцесора у пам'ять;

• формування адреси наступної команди.

Щоб виконати таку послідовність дій, мікропроцесор має такі складові частини: пристрій формування адрес команд і операндів; операційний пристрій, тобто пристрій виконання команд; пристрій керування; система шин, призначена для взаємодії пристроїв мікропроцесора між собою.

Контрольні запитання:

1. Що називають мікропроцесором?

2. З чого складається програма мікропроцесора?

3.Яка перша дія процесора по виконанню команд програми?

4.З яких складових частин складається оператор?

Тема 5. Система команд мікропроцесора

Системою команд мікропроцесора називається сукупність команд, які може виконувати мікропроцесор.

Залежно від сукупності команд, які може виконувати мікропроцесор, вони поділяються на такі види:

СІSС (Complex Instruction Set Computer) мікропроцесор із повним набором команд (інструкцій) збільшеної довжини. Для підвищення продуктивності передбачається збільшувати тактову частоту мікропроцесора;

RISC (Reduced Instruction Set Computer), де застосовано спрощену систему команд однакового формату. Основними командами є команди типу регістр-регістр. Команди поділено на поля, тому дешифрування таких команд спрощується;

MISC (Multipurpose Instruction Set Computer), де застосовано поєднання команд типу КІ8С із мікропрограмним пристроєм пам'яті.

Всю сукупність команд мікропроцесора можна поділити на такі види:

• команди передачі даних;

• команди арифметичних операцій;

• команди логічних операцій і зсувів;

• команди передачі керування;

• ланцюжкові команди;

• команди керування мікропроцесором.

Для виконання команд мікропроцесор використовує регістри операційного пристрою, які є доступними програмісту для програмування команд. Для зручності регістри мікропроцесора зручно поділити на групи

Група регістрів загального призначення або регістрів даних складається з таких двобайтних регістрів: АХ, ВХ,СХ, DХ. Особливістю цих регістрів е те, що старший (Н) і молодший (L) байти цих регістрів можуть адресуватися окремо.

До складу групи вказівних та індексних регістрів входять двобайтні адресні регістри: SР, ВР, SI, DI. Вони призначені зберігання двобайтних адрес.

Група сегментних регістрів складається з регістра коду команд СS, регістра даних DS. регістра стека SS, регістра додаткових даних ЕS.

Останню групу регістрів складають регістр-вказівник команд ІР або програмний лічильник РС, і регістр ознак.

Біти регістра ознак фіксують властивості результатів арифметичних і логічних операцій, а також призначені для керування певними діями мікропроцесора. Бітами регістра ознак фіксуються такі ознаки:

• АF — додатковий перенос із молодшої тетради (молодшого напівбайта) у старшу тетраду (старший напівбайт);

• СF — перенос, який виникає під час виконання арифметичних і логічних операцій;

• ОF — переповнення, яке виникає під час виконання арифметичних операцій;

• SF— знак результату;

• РF— парність кількості одиниць, які містяться у молодшому байті результату;

• ZF — наявність нульового результату операції;

• DF — визначає напрям перегляду ланцюжкових даних;

• IF— ознака переривання;

• TF — перехід мікропроцесора в покроковий режим.

Контрольні запитання:

1. Що називають системою команд мікропроцесора?

2. Які є види системи команд?

3. Які є види регістрів?

4. Які регістри входять до групи загального призначення?

5. З чого складається група сегментних регістрів?

Тема 6, 7, 8. Аналогові датчики. Бінарні, імпульсні. Цифрові датчики

Переважна більшість об'єктів керування характеризується неперервними фізичними величинами, які поступають на вхід датчиків. Вихідним сигналом аналогового датчика є неперервна фізична величина.

За видом вхідної величини аналогові датчики поділяються на такі види: датчики руху (кутового і лінійного переміщення, швидкості прискорення), датчики сили, моменту, тиску,датчики наближення (індуктивні, ємнісні, магнітні), датчики температури, датчики витрати, хімічні і біохімічні датчики.

Датчики руху. Датчики руху широко застосовують для автоматизації технологічних процесів у машинобудуванні, наприклад, для автоматичного керування робочими органами різноманітних верстатів (токарних, фрезерних, шліфувальних тощо) і роботів. Датчики руху ґрунтуються на різноманітних фізичних принципах.

Лазерні датчики. Для вимірювання з високою точністю відстаней застосовуються останнім часом лазерні датчики, принцип дії яких ґрунтується на залежності часу проходження світловим імпульсом від відстані між предметами.

Датчики кутового переміщення. У верстатах, маніпуляторах, робототехнічних комплексах широко застосовується обертальний рух, тому вимірювання кутового переміщення в широкому діапазоні і з високою точністю дуже важливе. Найбільше поширення знайшли перетворювачі кутового переміщення в різницю фаз електричних коливань.

Датчики швидкості обертання. За формою вихідного сигналу датчики швидкості обертання поділяються на аналогові, імпульсні і цифрові. Як аналогові датчики швидкості обертання широкого застосування набули тахогенератори постійного і змінного струму.

Датчики прискорення (акселерометри). Датчики прискорення широко застосовуються в автоматичних системах керування рухомими об'єктами, зокрема літаками, ракетами тощо. Принцип дії акселерометрів ґрунтується на перетворенні прискорення у силу інерції відповідно до другого закону Ньютона Р = та. Далі сила перетворюється у переміщення, яке, в свою чергу, перетворюється в електричну величину (напругу, струм тощо).

Датчики сили, моменту, тиску. В цих датчиках сила, момент, тиск перетворюються на деформацію пружного елемента, сприймається датчиками, що називаються тензорезистора.

Контрольні запитання:

1.Чим характерні аналогові датчики?

2.Де застосовують датчики руху?

3.Коли застосовують лазерні датчики?

4. Який принцип дії датчиків прискорення?

До бінарних датчиків належать датчики положення. Як датчики положення використовуються різного роду вимикачі. Одним з видів датчиків положення є так звані кінцеві вимикачі, які призначені для фіксації меж робочого ходу виконавчих пристроїв.

Імпульсні датчики мають вихідний сигнал у вигляді імпульсів. Найбільшого поширення набули імпульсні датчики кутового переміщення вала і положення (позиції) вала. Перетворення кутового переміщення в кількість імпульсів може ґрунтуватися на таких фізичних принципах: відбивання і переривання світлового потоку (фотоелектричні імпульсні датчики), стрибкоподібна зміна взаємної індуктивності (індуктивні імпульсні датчики) або взаємної ємності (ємнісні імпульсні датчики) тощо. Недоліком імпульсних датчиків є великі похибки під час перебою в роботі і пропуск одного або кількох імпульсів.

Цифрові датчики перетворюють вхідну фізичну величину (здебільшого це кутове чи лінійне переміщення) у код, тобто в одному пристрої суміщено чутливий елемент і аналого-цифровий перетворювач. Для аналого-цифрового перетворення кутового чи лінійного переміщення використовують ряд паралельних чи концентричних доріжок, кожна з яких поділена на однакові ділянки. Властивості двох сусідніх ділянок кожної доріжки різко відрізняються одна від одної, наприклад: прозора-непрозора, намагнічена-ненамагнічена, провідна-непровідна тощо. На кожну доріжку встановлено чутливий елемент, що фіксує, яка саме ділянка знаходиться у даному положенні. Сукупність вихідних сигналів чутливих елементів є кодом кутового чи лінійного переміщення відносно початкового положення.

Контрольні запитання:

1.Що називають бінарним датчиком?

2.Чим характерні імпульсні датчики?

3.Який є недолік у імпульсних датчиків?

4. Який принцип дії цифрових датчиків?

автоматизация в производстве