專利名稱：串行信號(hào)系統(tǒng)和順序控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是屬于控制技術(shù)。主要是用于機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱自動(dòng)系統(tǒng))中。處理開關(guān)量的順序控制器(以下簡(jiǎn)稱控制器)的信號(hào)輸入方法和用該方法設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。
現(xiàn)有的控制器是《電機(jī)工程手冊(cè)》49-68～77頁(yè)和50-108～110頁(yè)上闡述的矩陣式順序控制器和可編程序式順序控制器。這兩種控制器的信號(hào)輸入方法及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖一和圖二所示。從圖中可以看到自動(dòng)系統(tǒng)中的各個(gè)信號(hào)開關(guān)是分別接到控制器輸入端的。這種信號(hào)輸入方法稱為平行信號(hào)系統(tǒng)。自動(dòng)系統(tǒng)中的開關(guān)信號(hào)是一種二進(jìn)制信息。控制器本身實(shí)際上是一個(gè)二進(jìn)制輸入/輸出邏輯函數(shù)發(fā)生器。如果自動(dòng)系統(tǒng)中有n個(gè)信號(hào)開關(guān)。則控制器輸入的信號(hào)有2n個(gè)狀態(tài)。這2n個(gè)狀態(tài)中只有極少數(shù)是有用狀態(tài)，其余都是無(wú)效狀態(tài)?？刂破髟诜治龊吞幚磉@許多無(wú)效狀態(tài)的過程中，需要大量的邏輯功能和元件。因此控制器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，編制程序也很麻煩。
本發(fā)明的目的是要克服上述缺點(diǎn)，降低控制器的造價(jià)和簡(jiǎn)化編程方法。
上述目的是由串行信號(hào)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。串行信號(hào)系統(tǒng)是把自動(dòng)系統(tǒng)中參加自動(dòng)控制的全部或部份信號(hào)開關(guān)，用串聯(lián)或并聯(lián)或混聯(lián)的方法組成一個(gè)兩端開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，這網(wǎng)絡(luò)中任意一個(gè)信號(hào)開關(guān)(不包括聯(lián)鎖電路中被禁止的信號(hào)開關(guān))動(dòng)作時(shí)，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的兩端就接通或斷開一次(不包括開關(guān)動(dòng)作時(shí)觸點(diǎn)抖動(dòng)的次數(shù))。
串行信號(hào)系統(tǒng)接在控制電路中以后，自動(dòng)系統(tǒng)每完成一步程序，控制器的輸入端就會(huì)收到一個(gè)脈沖信號(hào)。這種信號(hào)可以直接作為控制器中步進(jìn)器的步進(jìn)脈沖信號(hào)，因而可以省去處理輸入開關(guān)量信號(hào)的輸入矩陣或其它邏輯運(yùn)算電路。由于脈沖信號(hào)是在自動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的。因此一般不存在無(wú)效狀態(tài)。
控制器采用串行信號(hào)系統(tǒng)后，信號(hào)輸入端只需要一個(gè)，因此可以節(jié)省n-1個(gè)輸入單元?？刂破鞯暮诵囊部梢杂糜?jì)數(shù)器或移位寄存器等小規(guī)模集成電路組成，不需要用微處理器等大規(guī)模集成電路，也不需要系統(tǒng)監(jiān)控軟件支持。因此控制器的造價(jià)可以大幅度地下降。
除了信號(hào)輸入端以外，需要時(shí)控制器還可以加上幾個(gè)控制輸入端，用來(lái)實(shí)系統(tǒng)保護(hù)性連鎖。選擇程序，執(zhí)行中斷處理程序等功能。
串行信號(hào)系統(tǒng)的具體連接方法有下列幾種一、多開關(guān)串行信號(hào)系統(tǒng)在自動(dòng)系統(tǒng)中，如果屬于同一執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)開關(guān)有多個(gè)，則可以用下列兩種方法組成串行信號(hào)系統(tǒng)。
1、在參加自動(dòng)控制的信號(hào)開關(guān)中，把屬于同一執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)開關(guān)的常開觸點(diǎn)并聯(lián)起來(lái)(有時(shí)候也可以把常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)并聯(lián)起來(lái))，組成并聯(lián)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。再把各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的并聯(lián)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)起來(lái)，組成一個(gè)混聯(lián)兩端開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(圖三)。
2、在參加自動(dòng)控制的信號(hào)開關(guān)中，把屬于同一執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)開關(guān)的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)。組成一個(gè)串聯(lián)兩端開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。再把各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的串聯(lián)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)起來(lái)，組成一個(gè)混聯(lián)兩端開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(圖四)。
二、單開關(guān)串行信號(hào)系統(tǒng)在自動(dòng)系統(tǒng)中，如果屬于同一執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)開關(guān)只有一個(gè)(有多個(gè)撞塊)。則可以用下列兩種方法組成串行信號(hào)系統(tǒng)。
1、把參加自動(dòng)控制的常閉觸點(diǎn)并聯(lián)起來(lái)，組成并聯(lián)兩端開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(圖五)。
2、把參加自動(dòng)控制的信號(hào)開關(guān)的常開觸點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)。組成串聯(lián)兩端開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(圖六)。
單開關(guān)串行信號(hào)系統(tǒng)可以節(jié)省信號(hào)開關(guān)，降低自動(dòng)系統(tǒng)成本。同時(shí)信號(hào)開關(guān)觸點(diǎn)也顯著減少，這樣自動(dòng)系統(tǒng)中由于觸點(diǎn)接觸不良引起的故障也隨之減少，提高了自動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。
本發(fā)明所述的開關(guān)是泛指二值輸出元件。它包括各種有觸點(diǎn)開關(guān)和無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)。對(duì)于無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)，常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)的含義是功能相當(dāng)?shù)拈_關(guān)輸出部份。
圖七是為應(yīng)用串行信號(hào)系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的串行輸入順序控制器(以下簡(jiǎn)稱串行控制器)。它是在矩陣式順序控制器的基礎(chǔ)上改進(jìn)的。控制器由輸入單元，或門、步進(jìn)器、輸出矩陣、輸出單元、聯(lián)鎖或跳選矩陣、計(jì)時(shí)器、時(shí)間預(yù)選矩陣和計(jì)數(shù)器組成。其特征是輸入開關(guān)量信號(hào)直接產(chǎn)生步進(jìn)器的步進(jìn)脈沖信號(hào)。在現(xiàn)有的控制器中，需要對(duì)輸入開關(guān)量進(jìn)行邏輯運(yùn)算，檢出有效狀態(tài)后再把運(yùn)算結(jié)果作為步進(jìn)信號(hào)送至步進(jìn)器，執(zhí)行下一步程序。在串行控制器中，由于信號(hào)系統(tǒng)已把開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，因此可以省去輸入矩陣或其它邏輯運(yùn)算電路，使控制器的電路簡(jiǎn)化，成本降低。
圖八是改進(jìn)的串行控制器?？刂破饔奢斎雴卧?、步進(jìn)器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、控制電路和輸出單元組成。其特征是步進(jìn)器由計(jì)數(shù)器和存貯器組成?，F(xiàn)有的步進(jìn)器是一個(gè)環(huán)形計(jì)數(shù)器，它只能確定控制器工作在那一步程序，而不能直接確定各輸出點(diǎn)的輸出狀態(tài)。因此控制器還需要輸出矩陣或微處理器等邏輯運(yùn)算電路才能確定輸出狀態(tài)。步進(jìn)器采用計(jì)數(shù)器和存貯器組成以后。存貯器中部份存貯單元中存有控制信息，用以指出當(dāng)前地址(地址由計(jì)數(shù)器直接確定)中存貯單元的內(nèi)容是輸出、計(jì)時(shí)、跳選和計(jì)數(shù)等狀態(tài)。其余存貯單元中存有相對(duì)應(yīng)的輸出狀態(tài)、計(jì)時(shí)時(shí)間、跳轉(zhuǎn)地址和計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)等信息。因此控制器可以省去跳選矩陣、時(shí)間預(yù)選矩陣和輸出矩陣等邏輯電路，使電路結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。由于存貯器容量大。存貯內(nèi)容可以改變，因此這種控制器實(shí)際上是一種功能優(yōu)良的可編程序式順序控制器。這種控制器的使用者無(wú)需關(guān)心各輸入開關(guān)量之間的相互關(guān)系，因此不必象可編程序式順序控制器那樣用專用程序語(yǔ)言或繼電器T形圖等方法來(lái)編制程序。只需根據(jù)實(shí)際需要把控制器的每一步工作狀態(tài)(主要是輸出狀態(tài))順序?qū)懭氪尜A器就可以了。使用者一般只要閱讀產(chǎn)品使用說明書后就能掌握使用方法。因此這種控制器特別適用于不熟悉T形圖和程序語(yǔ)言的非電氣類工程技術(shù)人員，技術(shù)革新人員和普通工人。
圖八中的步進(jìn)器也可以用移位寄存器組成。由于移位寄存器兼有計(jì)數(shù)和存貯功能，因此可以代替計(jì)數(shù)器和存貯器。
圖九是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
輸入單元由光電偶合器，單穩(wěn)態(tài)電路和與門等元件組成。
計(jì)數(shù)器由兩個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器組成。計(jì)數(shù)器(1)用來(lái)計(jì)數(shù)輸入脈沖信號(hào)的次數(shù);計(jì)數(shù)器(2)用來(lái)計(jì)數(shù)程序循環(huán)的次數(shù)。計(jì)數(shù)器(1)的作用是消除無(wú)效狀態(tài)。當(dāng)連續(xù)數(shù)步程序都是同一輸出狀態(tài)時(shí)，可以禁止輸入信號(hào)進(jìn)入步進(jìn)器，并把禁止步數(shù)置入計(jì)數(shù)器(1)。計(jì)數(shù)結(jié)束后再允許輸入信號(hào)進(jìn)入步進(jìn)器。
步進(jìn)器由計(jì)數(shù)器和存貯器組成。存貯器中的0～4號(hào)單元存有控制信息。這五個(gè)單元中信息的不同組合可以實(shí)現(xiàn)各種控制功能。計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)據(jù)直接作為存貯器的地址。這地址數(shù)據(jù)還可以控制擴(kuò)展單元。擴(kuò)展單元由存貯器和輸出單元組成。擴(kuò)展點(diǎn)數(shù)可以是無(wú)限的。
輸出單元上有控制端E，當(dāng)E為高電平時(shí)，輸出存貯器當(dāng)前地址單元中指定的輸出狀態(tài)。當(dāng)E為低電平時(shí)禁止輸出。這時(shí)控制器可以執(zhí)行置數(shù)操作。
自動(dòng)系統(tǒng)中如果需要選擇程序及連鎖保護(hù)時(shí)，可以在控制器中裝上編碼器。當(dāng)有控制信號(hào)輸入編碼器時(shí)，步進(jìn)器將中斷正在執(zhí)行的程序，去執(zhí)行以編碼器輸出數(shù)據(jù)為起始地址的其它程序。
真值表符號(hào)說明1、
上升沿觸發(fā) 5、DP 存貯器輸出數(shù)據(jù)2、
下降沿觸發(fā) 6、DB 編碼器輸出數(shù)據(jù)3、
上升沿延遲觸發(fā)(輸入 7、H 高電平端上升為高電平后，內(nèi)部觸發(fā)器要8、L低電平延遲一定時(shí)間后才翻轉(zhuǎn))。 9、
輸出一個(gè)脈沖信號(hào)4、Q計(jì)數(shù)器輸出數(shù)據(jù)。10、×任意狀態(tài)
權(quán)利要求
1.用于機(jī)械自動(dòng)控制的串行信號(hào)系統(tǒng)，其特征是把自動(dòng)系統(tǒng)中參加自動(dòng)控制的全部或部份信號(hào)開關(guān)，用串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)的方法組成一個(gè)兩端開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)這網(wǎng)絡(luò)中任意一個(gè)信號(hào)開關(guān)(不包括聯(lián)鎖電路中被禁止的信號(hào)開關(guān))動(dòng)作時(shí)，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的兩端就接通或斷開一次(不包括開關(guān)動(dòng)作時(shí)觸點(diǎn)抖動(dòng)的次數(shù))。
2.控制器，主要是用于機(jī)械自動(dòng)控制的順序控制器，由輸入單元、或門、步進(jìn)器、輸出矩陣、輸出單元、聯(lián)鎖或跳選矩陣、計(jì)時(shí)器、時(shí)間預(yù)選矩陣和計(jì)數(shù)器組成。其特征是輸入開關(guān)量信號(hào)直接產(chǎn)生步進(jìn)器的步進(jìn)脈沖信號(hào)。
3.按照權(quán)利要求2的控制器，由輸入單元、步進(jìn)器、計(jì)時(shí)器、控制電路和輸出單元組成。其特征是步進(jìn)器由計(jì)數(shù)器和存貯器組成。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于工業(yè)自動(dòng)控制中處理開關(guān)量信號(hào)的串行信號(hào)系統(tǒng)。串行信號(hào)系統(tǒng)是把自動(dòng)系統(tǒng)中的信號(hào)開關(guān)接成一個(gè)兩端開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)任一信號(hào)開關(guān)動(dòng)作時(shí)，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的兩端就接通或斷開一次。用串行信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的順序控制器，它的信號(hào)輸入端僅需一個(gè)。因此控制器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。這種控制器的使用者無(wú)需關(guān)心各信號(hào)開關(guān)之間的邏輯關(guān)系，因此編程極為簡(jiǎn)易。特別適用于非電氣類技術(shù)人員的技術(shù)革新能手。
文檔編號(hào)G05B19/10GK1039909SQ8910282
公開日1990年2月21日 申請(qǐng)日期1989年4月23日 優(yōu)先權(quán)日1989年4月23日
發(fā)明者柳正雷 申請(qǐng)人:柳正雷