Программа сортировки задается определенной совокупностью цифровых наборов признаков Х1, Х2, Х3.
При совпадении текущего набора признаков с заданным по программе счетное устройство вырабатывает сигнал управления исполнительным механизмом (ИМ1) длительностью tим1, запускающий процесс складирования отсортированного предмета в накопитель Н1.
В процессе сортировки необходимо вести текущий счет и индикацию в десятичной форме числа отсортированных предметов.
При достижении заданного числа N отсортированных предметов в накопителе формируется сигнал определенной длительности tим2 управления исполнительным механизмом (ИМ2), для удаления контейнера с предметами из накопителя и замены на пустой. При этом счетчик должен автоматически “обнулиться” и начать счет отсортированных предметов в следующей партии.
Необходимо предусмотреть автоматическое “обнуление” счетчика предметов при подаче напряжения питания на сортировочное устройство, а так же “обнуление” по команде обслуживающего персонала (ручное управление).
1.3. Обоснование выбора блочной схемы СУ.
На рисунке 2 представлена блочная схема сортировочного устройства СУ, которая даёт наглядное представление о структуре СУ, его внутренних связях и работы.
Рисунок 2.Блочная схема СУ
Блок аналоговых датчиков (БД) производит измерение трех параметров предметов в аналоговой форме. Четвертый датчик Д4. выдает сигнал готовности процесса измерения в цифровой форме. Единичному выходному сигналу соответствует момент времени, когда все три признака блоком БД сформированы.
Процесс преобразования аналоговых сигналов измерения в цифровой вид (Х1, Х2, Х3) осуществляет блок формирователей логических уровней ФЛУ.
Цифровой (программный) автомат (ЦА) работает по жесткой программе, задаваемой таблицей истинности. При совпадении текущей совокупности измеренных параметров с заданной выдается выходной сигнал ЦА, используемый для счета и включения исполнительного механизма после формирования определенной длительности tим1 ждущим мультивибратором (ЖМ1). Счет количества отсортированных предметов ведется десятичными счетчиками Сч100 – Сч1. Визуальная индикация числа предметов производится семисегментными индикаторами И100 – И1 в десятичном виде. Для преобразования состояния счетчика (Сч) из двоичного кода в код, необходимый для управления индикаторами И100 – И1, используются специальные дешифраторы DC100 – DC1.
Дешифратор DC2 определяет момент достижения заданного количества отсортированных предметов. Ждущим мультивибратором ЖМ2 формируется сигнал управления длительностью tим2 вторым исполнительным механизмом и контейнер с предметами удаляется из накопителя. По этому же сигналу счетчик автоматически “обнуляется”. Установка счетчика Сч100 – Сч1 в нулевое исходное состояние может быть произведена вручную оператором путем коммутации кнопки S. Сигнал установки счетчика в исходное состояние вырабатывается схемой формирования (СФ1).
Питание СУ производится от сети однофазного напряжения 220В, частотой 50Гц. С помощью понижающего трансформатора ТV получают источник тока с требуемым напряжением. VD – блок выпрямителей, СТ – блок стабилизаторов напряжения.
В VD производится преобразование переменного тока в постоянный и фильтрация полученных нестабилизированных напряжений.
Блок СТ обеспечивает питание электронных схем СУ стабилизированными напряжениями Uп. При подключении СУ к питающей сети предусмотрено автоматическое “обнуление” счетчика с помощью схемы формирования (СФ2).
2. Разработка формирователей логических уровней (ФЛУ).
2.1. Разработка принципиальной схемы ФЛУ.
ФЛУ предназначены для преобразования аналогового сигнала датчиков признаков (UД1, UД2, UД3) в цифровой сигнал. При этом должно быть выполнено условие: цифровой сигнал признаков (Х1, Х2, Х3) принимает “единичное” значение, если:
(2.)
Реализуем поставленную задачу использовав два компаратора, формирующих выходные сигналы Х1¢, Х1² в соответствии с условием (2). Диаграмма работы компараторов представлена на рисунке 3.
Рисунок 3.Диаграмма работы компараторов
Рассмотрим работу компараторов для одного канала преобразования аналогового сигнала первого датчика UД1 в цифровой Х1.
На диаграмме (рисунок 3) представлены зависимости выходных сигналов компараторов Х1¢ и Х1² от величины входного сигнала датчика признаков UД1. При напряжении датчика:
;
при .
Принципиальная схема, реализующая диаграмму (рисунок 3) и задание пороговых уровней UД1min и UД1max, представлена на рисунке 4.
Рисунок 4.Принципиальная схема ФЛУ
Интегральный компаратор DA1.1 формирует цифровой сигнал Х1¢, а DA1.2 – Х1². С выхода делителя R1, R2, R3 задается пороговый уровень, равный напряжению UД1min, а с выхода делителя R4, R5, R6 – UД1max. Схема (рисунок 4) дополнена логическим устройством DD1.1 , состояние которого в зависимости от UД1 приведено в таблице 3.
Таблица 3.Состояния логического устройства DD1
|
UД1 |
Х1¢ |
Х1² |
Х1 |
|
UД1 < UД1min |
0 |
1 |
0 |
|
UД1min £ UД1 £ UД1max |
1 |
1 |
1 |
|
UД1 > UД1max |
1 |
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
* |
Логическая функция Х1не определена на наборе Х1¢=0, Х1²=0, так как логическая функция технологически не может быть задана. Поэтому при формализации на этом наборе Х1 может принять любое значение 0 или 1. В данном случае целесообразным является нулевое значение функции Х1 на наборе Х1¢=0, Х1²=0. Окончательный вид таблицы состояния функции Х1 дан в таблице 4.
Таблица 4.Таблица истинности функции Х1
|
Х1¢ |
Х1² |
Х1 |
|
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
1 |
На инвертирующий вход компаратора DA1.1 с выхода потенциометра R2 (рисунок 4) подается пороговый уровень UД1min, а с выхода R6 – UД1max на не инвертирующий вход DA1.2. Так как аналоговый сигнал датчика признаков Uд положительной полярности, то и опорное напряжение (Uоп) выбираем положительной полярности.
Выбор величины Uоп определяется наибольшим значением напряжений UД1max, UД2max, UД3max, в данном случае 9,3 В. Условием выбора величины напряжения Uоп определим его превышение на 10 – 20% относительно наибольшего значения из UД1max, UД2max, UД3max, получаем:
Схемы формирования логических сигналов Х2 и Х3 аналогичны схеме на рисунке 4. При этом параметры резисторов R1, R2, R3 и R4, R5, R6 будут посчитаны в соответствии с заданными значениями UД2min, UД2max, UД3min, UД3max.
Логическое устройство (рисунок 4), реализующее функцию (2), выполнено на логическом элементе 3И (DD1.1). На третий вход подается выход датчика Д4, единичное значение которого разрешает формирование логического сигнала Х1. Окончательно, таблица состояния для логического элемента DD1 имеет вид таблицы 5.
Таблица 5.Состояние DD1.
|
Х1¢ |
Х1² |
Д4 |
Х1 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
Рассмотрим работу схемы (рисунок 4).
При Uд < Uдmin, положительный пороговый уровень Uдmin на инвертирующем входе DA1 определяет нулевой уровень выхода Х1¢. На не инвертирующем входе DA1.2 действует положительное напряжение Uдmax и на выходе Х1² формируется единичный уровень.
При Uд ≥ Uдmin, выход компаратора DA1.1 переключается на высокий уровень, а выход компаратора DA1.2 остается на прежнем высоком уровне.
При Uд = Uдmax выход компаратора DА1.1 остается без изменения на высоком уровне, а выход компаратора DA1.2 переключается на нулевой уровень. При Uд > Uдmax состояние компараторов не изменяется.
Формирование выходного логического сигнала признака Х1 производится по высокому уровню сигнала датчика Д4.
Если Д4 = 1 и Uдmin £ Uд £ Uдmax, то Х = 1;
если Д4 = 1 и Uд < Uдmin или Uд > Uдmax, то Х = 0.
Формирование логических уровней Х2, Х3 осуществляется аналогично описанному выше для Х1.
Расчет схемы сводится к выбору типа компаратора и определения параметров резисторов R1, R2, R3, R4, R5, R6, R19, R20.
