Функциональное устройство

Для реализации автоматизированных систем управления технологическим оборудованием необходимы специальные измерительные устройства, измеряющие параметры, режимы и показатели автоматического технологического оборудования, процесса или их элементов. Датчик первичной информации представляет собой устройство, обеспечивающее функциональное преобразование измеряемой величины в другую величину, более удобную для дальнейшего преобразования и передачи. Условно все датчики могут быть разделены на две большие группы: датчики механических величин (параметров перемещения, моментов вращения, размеров и уровня, скорости, ускорения, вибрации и др.) и датчики параметров рабочего тела (давления, расхода, скоростного напора, температуры, химических и физических параметров среды и вещества и др.). Первые из них применяются в АСУ технологическим перемещением рабочих органов, деталей, инструмента и т. д., вторые — в пневмо- и гидросистемах управления АСТО, а также для измерения и контроля физико-химических параметров процессов изготовления деталей и узлов РЭА.

Одним из наиболее распространенных функциональных узлов в устройствах автоматики является сдвигающий регистр. Сдвигающие регистры применяются в тех случаях, когда устройство преобразования информации работает в последовательном режиме, т. е. обрабатывает разряды слов по очереди последовательно во времени. Последовательный режим преобразования допустим в тех случаях, когда время, отводимое на функциональное преобразование, и час тота работы элементов позволяют проводить преобразование поразрядно. Устройства последовательного действия значительно проще (экономичнее), чем устройства параллельного действия, но — менее

По виду функции преобразования измерительные преобразователи разделяют на три большие группы: масштабные, изменяющие в определенное число раз размер входной величины без изменения ее физической природы, функциональные, осуществляющие однозначное функциональное преобразование входной величины с изменением ее физической природы или без ее изменения, и операционные, выполняющие над входной величиной математические операции высшего порядка —дифференцирования или интегрирования по временному параметру.

Существует обратное функциональное преобразование, дающее возможность определить оригинал по его изображению. Такое преобразование, носящее название обратного преобразования Лапласа, имеет вид

В электротехнической практике распространено также функциональное преобразование, называемое преобразованием по Кар-сону, имеющее вид

Из этих выражений видло, что с помощью введения перекрестных связей можно осуществить не только разделение сигналов, но и их функциональное преобразование.

Структурная схема ИИС с однократным использованием измерительных каналов приведена на 27.1. Сигналы с выхода первичных преобразователей Пп, пропорциональные измеряемым величинам Хп, через промежуточные преобразователи ППП поступают в соответ ствующие измерительные каналы ИКП. В преобразователях ПП„ про исходит функциональное преобразование сигналов с целью, например, согласования величин по диапазону изменения, линеаризации характеристик первичных преобразователей и т. д. В этих системах для измерения каждой величины применяется индивидуальный измерительный канал, поэтому все величины измеряются одновременно и неисправность одного измерительного канала не нарушает общей работы системы; стоимость системы при этом повышается.

Следовательно, усилитель-преобразователь, кроме задачи усиления и преобразования сигналов, поступающих от измерительных приборов, в соответствии с назначением рулей должен осуществлять функциональное преобразование вида (5.50).

Схема управления дополнением кодов азимута. В регистры sin р и cos р поступают коды азимута р. Предварительно для отображения целей на экране индикатора получают соответствующие этим кодам значения тригонометрических функций синуса и косинуса. Функциональное преобразование производится в два этапа: на первом этапе в цифровой части устройства формируются значения пилообразных функций, соответствующих характеру изменения тригонометрических функций в различных квадрантах; на втором этапе в аналоговой- части получаются непрерывные значения функций, являющихся кусочно-линейной аппроксимацией sin f> и cos p.

Существует обратное функциональное преобразование, дающее возможность определить оригинал по его изображению. Такое преобразование, носящее название обратного преобразования Лапласа, имеет вид

В электротехнической практике распространено также функциональное преобразование, называемое преобразованием по Карсоиу, имеющее вид

омного, при освещении, слоя фотопроводника разной длины, а следовательно, и разного сопротивления. Фототок создает на выходе устройства сигнал, зависящий от координаты светового зонда, т. е. такой фотоприемник является коорди-натно-чувствительным (см. гл. 4). Для фоторезисторов с переменной шириной зондовой области функциональное преобразование осуществляется на непрофилированном фотопотенциометре (контакты параллельны) изменением ширины зондовой области ( 9.5). Фоторезистор состоит из фотопроводящего слоя 3, нанесенного на диэлектрическую подложку и заключенного между двумя электродами 2 и 4. р и с_ 9.5. Схема фоторези-При смещении теневой маски 1 пло- стора с переменной шири-щадь освещенной области фоторези- нод светового зонда

Достаточно типичная схема архитектуры ВС этого класса показана на 9.2. Общее ОЗУ ВС содержит программы и данные в скалярной и векторной форме. Операции, как векторные, так и скалярные, выполняются на узкофункциональных устройствах, работающих параллельно. Среди функциональных устройств имеются устройства, выполняющие все основные арифметические и логические действия над данными, представленными в форматах как с фиксированной запятой, так и с плавающей запятой, и операции, производящие преобразование адресов и команд. Каждое функциональное устройство конвейеризовано на глубину от 2 до 14 ступеней (в зависимости от сложности и продолжительности выполнения функции).

±, X) выделяется по два—три параллельно работающих устройства. Чтобы осуществлять передачу данных в функциональные устройства и из них за максимально малое время, имеется мощная регистровая память. Регистры строго закреплены по функциональным признакам (для векторов, для скалярных величин, для адресов). Максимальная скорость обмена регистр — функциональное устройство — 1 такт (такт в векторно-кон-вейерных ВС бывает в диапазоне 7—20 не). Эти группы регистров, а следовательно, и их содержание «видимы» программисту.

Команды обрабатываются устройством управления (процессором обработки команд), для модификации адресов имеется отдельное 24-разрядное функциональное устройство, выполняющее операции сложения, вычитания и умножения с фиксированной запятой.

В большинстве ВС этого класса существует так называемая возможность зацепления. Как выполняется обычная 3-адресная операция регистры — функциональное устройство? За каждый такт в конвейер функционального устройства засылаются два операнда и определяется адрес результата, а в один из регистров заносится результат с выхода конвейера с запаздыванием на время разгона конвейера.

Степень интеграции, достигаемая в СБИС, позволяет создавать на одной СБИС целую ЭВМ среднего класса или большое функциональное устройство больших ЭВМ. Следовательно, на СБИС должна быть спроектирована логика и топология сложного устройства ЭВМ, причем спроектирована практически без ошибок. Более того, ошибок не должно быть не только конструктивных, но и функционально-логических, которые на машинах более ранних поколений выявлялись в процессе опытной эксплуатации. Это возможно, если смоделировать СБИС до самого нижнего уровня ее логической схемы на инструментальной ЭВМ и прорешать на этой ЭВМ все задачи, возлагаемые на СБИС. Учитывая, что новая проектируемая СБИС должна быть производительнее устройства или ЭВМ, которые она заменит, а моделирование требует на 1,5—2 порядка больше операций для своего исполнения, получается, что для моделирования одной секунды реальной работы СБИС требуется 1 —10 часов работы на инструментальной машине (большой ЭВМ).

В отличие от полупроводниковых диодов и транзисторов интегральные микросхемы представляют собой не отдельные элементы, а целые функциональные устройства, предназначенные для преобразования электрических сигналов. В зависимости от назначения в интегральной микросхеме могут нормироваться разные параметры, характеризующие функциональное устройство в целом. По назначению все интегральные микросхемы подразделяются на два класса: линейно-импульсные и логические.

В 60-е годы появились интегральные микросхемы (ИМС), изготовляемые на монокристаллических пластинах, на которых тонкими и точными химико-технологическими методами создают множество различных элементов цепей, образующих в целом почти законченное функциональное устройство — генератор, усилитель или даже целый радиоприемник (некоторые детали, например индуктивные катушки или конденсаторы больших размеров, располагают вне ИМС навесным способом).

Через фильтр, состоящий из реактора L и конденсатора С, сигнал поступает в функциональное устройство ФУ, где из полученного сигнала вычитается сигнал отрицательной обратной связи, подаваемый оттахо-генератора GT, сидящего на одном валу с двигателем М, предназначенным для перемещения электродов. Результирующий сигнал через функциональное устройство, обладающее соответствующим коэффициентом усиления, попадает в блок регулирования БР, состоящий из промежуточного усилителя У и усилителя мощности УМ, реализующего токо-ограничивающую связь ТО, действующую в функции ЭДС двигателя. Сигнал этой связи поступает в усилитель мощности УМ с диагонали аахометрического моста, образованного резисторами R3 и R4, обмоткой якоря и обмоткой дополнительных полюсов ДП двигателя М. Другое воздействие на усилитель мощности УМ и систему управления тиристорами ФСУ осуществляется включением логического устройства ТЛ, дающего разрешение на включение анодной или катодной группы тиристоров реверсивного выпрямителя с раздельным управлением. Сигналы управления на выходе УМ воздействуют на фазосдвитающее устройство ФСУ, регулирующее фазу и формирующее импульсы управления тиристорами, соединенными по реверсивной трехфазной нулевой схеме. Двигатель М в соответствии с сигналом с выхода УМ включается с нужным направлением вращения и перемещает электроды печи до тех пор, пока сигнал с выхода сравнивающего устройства на резисторах R1 и R2 не станет равным 0.

Функциональная часть накопителя, согласно главе 4, используется в качестве многофункциональных регистров, выполняющих операции И, ИЛИ, НЕ над словами. Выбор логической операции, выполняемой в ячейке ФЧН, осуществляется схемой настройки ФЧН, получающей от МП А сигналы по связи 9 в процессе выполнения той или иной команды. Число из ХЧН в ФЧН записывается одновременно с его регенерацией в ХЧН, т. е. одновременно с возбуждением адресного тока записи в нужном адресе ХЧН возбуждаются и адресные токи в одной или нескольких ячейках ФЧН. Наличие функционально полного набора логических операций (И, ИЛИ, НЕ), а также операций сдвига и сквозного переноса дает возможность в рассматриваемой структуре выполнять любые вычислительные операции без специального арифметического блока, занимающего обычно в малых управляющих ЦВМ не менее трети всего оборудования. Такое решение задач преобразования информации является характерным примером структурного приема, владея которым разработчик может сэкономить целое функциональное устройство ЦВМ (примерно 30% оборудования всей ЦВМ).

2.......... Функциональное устройство (ФУС: управляющее устройство, запоминающее устройство, устройство сигнализации и пр.)

Функциональное устройство конструктивно выполняют в виде панели, кассеты либо стойки, а функциональный комплекс (ЦВМ) — в виде нескольких стоек, шкафа либо рамы.