Системи секвенційного (послідовного) керування

У секвенційному керуванні кожен наступний крок керування залежить від перебігу попереднього кроку, наприклад, пристрій для згинання повинен розпочати свою програму роботи після сигналу з фотоелемента про наявність оброблюваної деталі та після її закріплення у верстаті. Сигнали з фотоелемента та підтвердження закріплення деталі мусять бути помічені та запам'ятатися системою спостереження, оскільки від цього залежить, чи можуть виконуватись наступні кроки програми. Запам'ятовування сигналів і станів системи керування, наприклад, закріплення деталі, чи відповідно незакріплення, здійснюється елементами пам'яті, які мають два стійких стани і називаються також тригерами (перекидниками). Тригери „перекидаються" завжди в однозначно визначений стан. Вони перебувають або в стані ТАК, або в стані НІ, отже сигнали їх виходів - за винятком короткого часу перемикання - рівні або 1, або 0.

Тригери можуть бути реалізовані механічно, пневматично, електрично і електронно. Крім того, вони відрізняю|ться за видом і дією вхідних сигналів.

Тригер з окремим запуском (типу RS) побудований таким чином, що перемикається в стан ТАК (тaбл. 9.7) поданням сигналу 1 на вхід S, який встановлює одиницю (англ. Set = настроїти). Подання сигналу 1 на вхід обнулення (відміни) R (aнгл. Reset = пере настроїти, відмінити) викликає переведення тригера в стан 0. Тригер підтримує встановлений стан за ситуації, коли обидва вхідні сигнали приймають значення 0. Сигнал, що відповідає актуальному стану тригера, може бути прочитаний на виході Q. Додатковий інвертований вихід Q, який часто є в тригерах, дозволяє користуватися запереченням сигналу Q.

У механічному тригері важіль, підпертий пружиною, приймає завжди однозначне положення (тaбл. 9.7). Натискання кнопки S викликає переміщення важеля в одне з двох стабільних положень, а натискання кнопки R - повернення до попереднього положення. Кнопки S і R не мусять бути натиснуті одночасно. Прикладом є тригер типу заскочки.

Пневматичним тригером є керований імпульсами розділювальний вентиль 4/2. Подання короткочасного імпульсу тиску через керуючий вхід R, викликає переведення виходу вентиля в положення b. Подавши напірний імпульс через вхід S, перемикають вентиль у положення а; тоді елемент пам'яті збуджений.

Тригер у релейно-контактному виконанні складається з 2 реле з самофіксованими контактами (тaбл. 9.7). У самофіксованій гілці кола знаходиться в даний момент один розімкнений контакт. Після натиснення кнопки S буде ввімкненим реле K1 і перервана підтримка фіксації стану реле K2. Після натиснення кнопки R релейно-контактний тригер повернеться до початкового стану: реле K2 буде ввімкненим, а самофіксоване реле K1 - вимкнене.

Електронні тригери виготовляються як об'єднані в одне ціле пристрої, так що споживач не мусить вникати у внутрішню будову системи, яка реалізує запам'ятовування. Через входи S і R перемикаються два транзистори. Подання додатного сигналу напруги (сигнал 1) на вхід S транзистора V1 викликає появу на виході Q сигналу 0. Одночасно, через резистор R1 на вхід керування (базу) транзистора V2 подається сигнал 0, тому цей транзистор знаходиться в закритому стані і на виході Q з'явиться додатна напруга (сигнал 1). Через резистор R2 на вхід керування транзистора V1 подається позитивна напруга, яка підтримує його стан. Якщо одиничні сигнали S і R подати одночасно, то змінюються на протилежні (провідний, непровідний) стани обох транзисторів.

Сигнал виходу Q синхронізованого тригера (табл. 9.8) приймає з надходженням стороннього тактового сигналу C, значення входу J або входу K, коли на будь-який з них поданий сигнал значенням 1 (сигнал на непідключеному вході, зазвичай, має значення 1). Якщо на обидва сигнальні входи подати значення 1, то стан виходу Q змінюється з кожним наростанням стороннього тактового сигналу (рис. 9.2).

У поданому, як приклад, механічному виконанні натискання пружини C викликає - виходячи з показаного на малюнку положення верхнього важеля - висування важеля з верхнього жолобу заскочки і перекидання його в нижнє положення. Повернення до попереднього положення може бути викликане або повторним натисканням пружини C, або натисканням пружини R. Такий механізм часто застосовують в авторучках.

Пневматичний тригер (клапани 1.5) можна реалізувати змінним керуванням. Подання короткочасного сигналу вентилем 1 викликає перемикання вентиля 3 в положення а і поршень рушія висовується (Q = 1). Робочий тиск з каналу B через вентиль-перемикач напряму 5 перемикає вентиль 2 в положення d. Повторне, короткочасне задіяння вентиля 1 перемикає вентиль 3 в положення b, а тиск з робочого каналу А через вентиль-перемикач напряму 4 перемикає вентиль 2 в положення а. Поршень рушія втягується (Q = 0).

Позначення тригерів Таблиця 9.9
позначення статичних входів	позначення динамічних входів
	статичний вхід сигналу при значеннях 1 і 0 статичний вхід з запереченням (негацією)		динамічно активний вхід, при зміні вхідного сигналу від 0 до 1 динамічно активний вхід, при зміні вхідного сигналу від 1 до 0
позначення входів		приклади
	вхід R (обнулення, відміна) коли сигнал на вході R приймає значення 1, то на виході Q встановлюється значення 0; повернення вхідного сигналу до значення 0 не викликає зміни стану	тригер RS	коли вхідні сигнали на S і R різні, тоді сигнали виходів також різні; коли обидва вхідні сигнали приймають значення 0, то сигнали виходів залишаються в попередньому стані
	вхід S (одиничний, встановлюючий, приписуючий) коли сигнал на вході S приймає значення 1, то на виході Q встановлюється значення 1; повернення вхідного сигналу до значення 0 не викликає зміни стану	тригер JK	сигнали виходів діють так, як в тригері RS, проте сигнали виходів завжди різні, також, коли одночасно на входи J і K подані однакові сигнали - в цьому випадку сигнали виходів змінюють свої значення на протилежні відносно попереднього стану; повернення вхідних сигналів до значення 0 не веде до зміни стану сигналів виходів
	вхід J (приписуючий) приписування як у випадку входу S, проте з тією різницею, що сигнал виходу приймає комплементарний (протилежний до даного, наявного) стан, коли і сигнал J, як і сигнал K, приймають значення 1	тригер JK	з тактовим сигналом; синхронізований тригер JK з надходженням тактового сигналу C приймає одиничне значення на вході J; якщо на обидва входи подати сигнал значенням 1, то стан на виході Q змінюватиметься з кожним тактовим сигналом; не приєднаним входам найчастіше приписується значення 1
	вхід K (обнулення) обнулення таке ж, як у випадку входу R, проте з тією різницею, що сигнал виходу приймає комплементарний (протилежний до актуального) стан, коли і сигнал J, як і сигнал K, приймають значення 1	тригерRS	з підготовкою вхідного сигналу S сигнали виходів діють так, як у тригеріRS; сигнал на вході S_Gактивний тільки тоді, коли на вході G значення сигналу змінюється з 0 на 1
	вхід G тільки тоді, коли вхідний сигнал на вході G має значення 1, діють сигнали на входах, що індексовані через G вхід C тільки тоді, коли вхідний сигнал на вході C має значення 1, інші вхідні сигнали можуть бути активні	тригер JK Master-Slave* англ. Master – майстер *англ.Slave – слуга	тригер Master при кожній зміні сигналу з 0 на 1 приймає приписуючі і відміняючі сигнали; тригер Slave отримує приписуючі і скасовуючі сигнали від тригера Мастер при зміні сигналу на вході G з 1 на 0.

Тригер з тактовим сигналом в електричному виконанні складається з поляризованого перекидного реле з двома контактами. З кожним імпульсом напруги змінюється положення перемикальних контактів.

У електронному виконанні функція тригера реалізується двома транзисторами, керованими через конденсатор. Це означає, що на стан тригера впливають тільки імпульси напруги. Додатний імпульс напруги C (сигнал змінюється від 0 до 1) надходить до транзисторів через діоди. Завдяки цьому транзистор, який не проводив, починає проводити, що з певною затримкою переведе транзистор, який проводив, в стан непровідності.

Тригери найчастіше керуються не бінарними статичними сигналами 0 і 1, а зміною значення сигналу з 0 на 1 або з 1 на 0 (табл. 9.9). Цей вид керування називається динамічним. Крім входів R і S та тактових входів, перекидники оснащені іншими входами, як статичними так і динамічними.

Зустрічається багато варіантів функціонування тригерів. Тригер Master - Slave приймає інформацію при наростаючому фронті тактового сигналу (зміна сигналу від 0 до 1) через входи J і K тригера Master. Тригер Slave з запереченим сигнальним входом G спочатку активується, а надалі обнулюється. Лише з низхідним (від’ємним) фронтом сигналу інформація з тригера Мaster| буде перенесена до тригера Slave. Такий тригер називається також перехоплювальним.

Секвенційне (послідовне) керування реалізують, головним чином, за допомогою лічильників. Кожен стан системи секвенційного керування визначається відповідним числом. Черговість станів - чисел відповідає програмі випадків керування. Електронні і пневматичні лічильники будуються з двостабільних елементів пам'яті (тригерів).

Розрізняють синхронні (synchron, грецьк. = рівнобіжний, одночасний) і асинхронні лічильники (asynchron, грецьк. = нерівнобіжний, неодночасний). У синхронних лічильниках всі тригери перемикаються одночасно тактовим сигналом (на вході G або C), тоді як в асинхронних лічильниках кожний наступний тригер перемикається попереднім тригером.

Для побудови асинхронного двійкового лічильника необхідними є стільки тригерів, скільки лічильник має двійкових розрядів (бітів). За кожним імпульсом, через зміну значення сигналу від 1 до 0 на вході C, на виході Q_о з'явиться відповідний стан (рис. 9.3). Отже, на виході Q_о виникає серія імпульсів, рівно половина від кількості імпульсів, які з'являються на вході C. Вихід Q_о подається на вхід наступного C елементу. Той знову „ділить" навпіл кількість імпульсів. Стан сигналів на виходах Q_о... Q₃ отже є станом виходу чотирирозрядного двійкового лічильника. Значення розряду подвоюється від елементу до елементу. Подання сигналу значенням 1 на вхід R лічильника викликає його обнулення.

Асинхронний двійково-десятковий лічильник з кодом 8-4-2-1.

Лічильник BCD з кодом 8-4-2-1 має таку ж будову, як і двійковий чотирирозрядний лічильник (рис. 9.4). Слід тільки звернути увагу на той факт, що після цифри 9 повинна з'явитися цифра 0, а не комбінація бітів, що відповідає числу 10. Це забезпечує обнулення тригерів лічильника, яке відбувається після короткочасногo виникнення комбінації бітів 1010 = 10. Сигналом обнуління генерується кон’юнкцією (І) сигналів Q₀, Q₁, Q₂і Q₃. Вадою асинхронного лічильника є неодночасне перемикання тригерів. Наступний тригер перемикається попереднім. При цьому виникає затримка перебігу імпульсів, під час якої стан лічильника неправильний. Чим більше є тригерів (розрядів) асинхронного лічильника, тим довшою є затримка.

Розрізняють цифрову пам'ять тільки для зчитування; вона називається пам'яттю RОМ (aнгл. R ead O nly M emory = пам'ять тільки до зчитування), а також пам'ять типу запис/зчитування. Пам'ять типу RОМуможливлює тільки читання записаних даних, натомість в пам'яті за

пис/зчитування можливе видалення записаних даних і заміна їх іншими даними. Для пам'яті механічної і оптичної частіше характерним є тип „тільки зчитування", натомість для пам'яті електричної і магнітної - тип „запис/зчитування".

Ємність пам'яті визначається кількістю двійкових знаків, які зберігаються, тобто вона дорівнює кількості бітів, які запам'ятовуються. Одиницею ємності пам'яті є саме біт. Пам'ять, напр., 2¹⁰ = 1024 двійкових знаків (бітів) має ємність 1024 бітів = 1 kbit. Тому, що для зберігання букво-цифрових (букви, числа і інші знаки) знаків використовується 8 бітів, то їх об’єднують разом і називають байтом (aнгл. Byte). Більшими одиницями ємності пам'яті є КB (кілобайти), МВ (мегабайти) і GB ( гігабайти).

Механічна пам'ять, напр., папір з певним рисунком дірок, є тривалим носієм збереження даних. Перфокарти і перфострічки довгий час застосовували для архівації і введення даних до цифрових пристроїв (машин) електронної обробки даних. За виключенням перфокарт малого формату, цей вид пам'яті, враховуючи її малу ємність, вже не використовуються.

За допомогою перфокарт малого формату (DIN 66228) зберігається інформація про лікувальні засоби (рис. 9.5). У прийнятому способі запису інформації в одному рядку карти можна вирізати щонайбільше два отвори: один в лівій і один в правій половині рядка. Ці карти, прикріплені до упаковки кожного засобу, служать для нагляду за зберіганням і автоматичним оформленням замовлень.

У зчитувачі, з'єднаному з телефонною мережею, комбінація отворів карти зчитується і пересилається до гуртівень у вигляді двійкових тонових сигналів (високий/низький тон). Після автоматичного розшифровування пересланої інформації гуртівня може вислати замовнику необхідну доставку.

Носії CD-ROM (скорочення від англ. C ompact D isc - R ead O nly M emory = компакт-диск - пам'ять тільки для зчитування) є оптично-механічною

пам’яттю з високою щільністю (густиною) запису. CD-ROM є диском, виконаним з синтетики, на якому лазерним променем нанесено значки у вигляді спіральної доріжки, шириною біля 1 mм. Ці значки зчитуються за допомогою лазерного зчитувача. Технологія запису і зчитування на дисках CDназивається також WORM (aнгл. W rite O nce, R ead M any = раз записане, часто читане). Ємкість диску 5 1/4" становить понад 700 МВ.

Багатодискові CD-ROM з автоматичною заміною дисків, ємністю сотні GB (гігабайтів), використовуються як бібліотеки даних, малюнків, кольорових фотографій, цифрових відеофільмів. Диски CD-ROM призначаються передовсім для архівації великої кількості інформації.

Кольорові знаки, напр., знаки чорний - білий на кодовій лінійці, можуть служити як оптична пам'ять тільки для зчитування. Окрім позначення ділянок ліній в оптичних перетворювачах для визначення положення, цей спосіб зберігання даних використовується також і в багатьох інших випадках.

Для автоматичного сортування листів в поштових установах на конвертах наносяться поштові адресні номери в вигляді узору (системи) з рисок-штрихів. Риски бувають чорні або флуоресцентні (рис. 9.6). У другому випадку їх добре розпізнає зчитувач при опромінюванні кореспонденції ультрафіолетовими променями. Щоб уникнути помилок зчитування, застосовуються коди з гарантіями, напр., код 2-z-5, в якому кожній десятковій цифрі відповідають точно 2 біти.

У Європі більшість споживчих товарів позначена номером, який як штриховий (код EAN, скорочення від європейської нумерації товарів) код (штрих-код) надрукований на обгортці (рис. 9.7).

Запис в коді EAN складається з темних рисок різної товщини: одиничної (1), подвійної (11), потрійної (111) і чотириразової (1111), а також різних проміжків: одиничного (0), подвійного (00) і потрійного (000).

Код розпочинається і закінчується двома крайніми (видовженими) рисками одиничної товщини, відділеними одиничним проміжком (101) – посередині запису є дві роздільні риски також одиничної товщини і три одиничні проміжки (01010).

Рисковий код товару з рис. 9.7 складає в сумі 12 десяткових цифр, кожна закодована 7 двійковими цифрами (рис. 9.8). Розшифровування запису в рисковому коді представлене в табл. 9.10 - тільки для перших 6 десяткових цифр частково згідно з кодом А і B, а для останніх 6 цифр згідно з кодом C.

Рисковий код EAN є сильно редундансний і в цьому відношенні дуже надійний. Читання запису відбувається через пересування зчитувача (передавач і приймач світла в одному вузлі), або через сканування променем лазера.

Магнітоелектрична пам'ять найчастіше буває типу запис/зчитування дуже великої ємності.

У магнітоелектричній пам'яті, як і відеомагнітофонах, під головкою запису/зчитування переміщається магнітний носій. Залежно від виду носія, розрізняють пам'ять на магнітних стрічках, магнітних дисках, а також магнітних дискетах. Записування даних полягає в намагнічуванні магнітного шару головкою запису/зчитування. Можна собі при цьому уявити, що в магнітному шарі розміщено дуже багато малих, елементарних магнітів. Дані завжди об’єднуються в блоки. Якщо, напр., з пам'яті на магнітній стрічці потрібно читати записаний блок даних, що знаходиться на кінці бобіни, то, на жаль, треба перемотати майже всю стрічку. Необхідний для цього час називається часом доступу. В середньому час доступу стрічкової пам'яті складає половину часу перемотування бобіни. У дисковій пам'яті середній час доступу рівний половині часу, необхідного для одного оберту диску і є значно коротший ніж в стрічковій пам'яті. Стрічкова пам'ять використовується перш за все як пам'ять типу Backup (aнгл. Backup = доповнювати, забезпечувати, зберігати) для зберігання даних і як масова пам'ять.

Рушійні механізми стрічкової пам'яті (стрічкопротяжні механізми) називаються стримерами (aнгл. to stream = плисти). Зустрічаються різноманітні варіанти рушійних механізмів стрічок, напр., QIC80 (Q uater l nch C artrige = kaseta 1/4"), Travan (для магнітних стрічок 1/4" підвищеної ємності пам'яті), DAT (D igital A udio T ape = цифрова магнітна стрічка) i DLT (D igital L inear T ape). Відрізнятимуться вони перш за все ємністю пам'яті (табл. 9.11).

Магнітні карти є зовнішніми і мають величину, близьку до розмірів телефонної карти. Товщина, система, а також кількість контактів зчитування на головній стороні карти визначаються нормами PCMCIA (aнгл. P ersonal C omputer M emory C ard I nternational A ssociation = міжнародне товариство карт пам'яті РС). Це пам'ять для запису/зчитування ємністю від 128 kB до кількох десятків ГБ. Час доступу від 100 нс. Магнітні карти використовують, напр., в портативних комп’ютерах і в пристроях для архівації програм цифрового керування тощо.

Стримери Таблиця 9.11
рушійний механізм	дані стрічки	коментар
QIC80	стрічка 1/4", а також касети 3,5" і 5,25"; довжини стрічок 300 і 400 м; ємкості 120(250) МБАЙТ або 170 (240) МБАЙТ	для сучасних вимог замала ємкість пам'яті
Travan	спеціальна стрічка 1/4"; ємкість 400 (850) МБАЙТ	покращена технологія QIC80
DAT	касета 4 мм; ємкість до 8 ГБ	велика щільність запису завдяки вживання техніки типу відео
DLT	Кассета 1/2"; ємкість до 20 ГБ	найбільша ємкість пам'ятіз використанням замінника касет
ємкості подані в дужках - після компресії даних

Для дуже простих систем керування верстатами як пам'ять типу „тільки зчитування" можна застосовувати діодні матриці, які працюють з електромеханічними або електронними стрибкоподібними (скоковими) розділювачами (рис. 9.9).

На кожному кроці програми скоковий роздільник подає додатну напругу - по черзі - на вертикальні канали (які також називаються лініями кроків). Скрізь там, де вертикальні канали з'єднані діодом з горизонтальними (які називаються лініями дій)каналами, передається сигнал. Таким чином можна активізувати будь-яку комбінацію сигналів, напр., на першому кроці програми: „рух вперед" і „швидкий рух", на другому кроці: „рух вперед", „ввімкнення веретена" та „ввімкнення охолодження водою" тощо.

Перехід від даного кроку до наступного витікає або з часових залежностей (керування секвенційно-часове) або з ходу процесу, за показами сигнальних елементів, напр., позиційних вимикачів (керування часово-послідовне), а також просто ручним керуванням. Завдяки діодам - застосованим замість безпосереднього з'єднання каналів - забезпечується розділення окремих кіл керування: електричний струм проводять лише ті діоди, які розміщені в підключеному в даний момент до|своєчасний||підкріпл скокового вертикального розділювача кан|дроті|алу (лі|риси|нії кроку). У випа|відмінку|дку керування з фіксованою програмою| діоди мат|штампи|риці запаяні на постійно|.

Напівпровідникова пам'ять виготовляється у вигляді інтегральних мікросхем на ємність понад мільйон бітів на одній кремнієвій пластині площею декілька квадратних міліметрів. Застосовуються як елементи пам'яті програм в системах керування машин, а також як пам'ять програм і даних в комп'ютерах. Елементи напівпровідникової пам'яті діляться на постійну пам'ять („тільки зчитування") і записувану пам'ять („запис/зчитування", яку називають також пам’яттю з безпосереднім доступом).

Будова елемента постійної пам'яті подібна до будови діодної матриці. Запрограмований за допомогою маски (шаблону) вміст постійної пам'яті ROM (aнгл. R ead O nly M emory = пам'ять тільки для зчитування) зафіксований вже при виготовленні пам'яті. На поле матриці накладена маска і лише в неприкритих нею місцях матриці виникають з'єднання провідності типу PN (діоди) (рис. 9.10). Таку постійну пам'ять вже не можна більше перепрограмувати. Для елемента пам'яті ROM на основі транзисторів, діодне з'єднання, яке проводить струм, отримують подачею на базу транзистора короткочасного імпульсу напруги, який замикає перехід NP, так що із непровідного транзисторного з'єднання, виникає діодне, яке проводить струм. Запрограмованої вперше пам'яті цього типу не можна вже, на жаль, скасувати. Елементи пам'яті ROM є тільк|лиш|и для зчитування.