Struktura

Návrh ovládacího obvodu

Návrh ovládacího obvodu

Postup při návrhu ovládacího obvodu

Ovládací obvod navrhujeme na základě technologického zadání. To obsahuje schéma technologického zařízení s vyznačením ovládaných prvků a umístění snímačů, ovládacích a akčních členů a dále popis požadované řídicí funkce vyjadřující algoritmus řízení, včetně blokovacích podmínek a požadavků na signalizaci.

Samotný návrh ovládacího obvodu se skládá z několika přirozeně na sebe navazujících kroků. Těmi jsou:

  • Převod slovního zadání řídicího algoritmu na některé z formálních vyjádření logických funkcí. Součástí tohoto kroku je popis vstupních logických proměnných a určení významu jejich logických hodnot, který je závislý na konstrukci použitých čidel a akčních členů.

  • Minimalizace navržených logických funkcí. Obvykle se jedná o úpravu úplných termů získaných z pravdivostní tabulky pomocí Booleovy algebry či Karnaughových map.

  • Realizace logických funkcí. Logickou funkci můžeme obvodově realizovat kontaktní metodou nebo některou z bezkontaktních metod zvoleným typem hradel na základě požadované technologie, například TTL nebo CMOS.

Při návrhu obvodu je třeba – vedle definování počtu vstupních proměnných, které určují stav výstupních logických funkcí – určit, pro které kombinace vstupů je odpovídající stav výstupu neurčitý (značíme X) nebo zakázaný. Zakázané vstupní kombinace je nutno zablokovat.

Návrh ovládacího obvodu pro blokování chybné činnosti plynové pece

Plynová pec je vybavena třemi hořáky. Ovládací obvod uzavře přívod plynu, zhasnou-li nejméně dva hořáky ze tří. Logický systém vyhodnocuje logické signály z čidel plamene. Ovládací obvod má být realizován (a) kontaktně a (b) bezkontaktně hradly typu NAND.

obrazek

Obr. 1: Technologické schéma

Logické proměnné, logická funkce

Ovládací obvod vyhodnocuje tři vstupní logické proměnné a, b, c, které mu poskytují čidla plamene hořáků A, B, C, přičemž signál logické 1 vždy značí, že hořák hoří, a signál logické 0 znamená, že hořák nehoří. Ovládání přívodu plynu popisuje logická funkce Y, která signálem logické 1 uzavírá přívod plynu.

Logické proměnné:

  • a, b, c ... stav hořáku A, B, C
  • Y ............. ovládání přívodu plynu

Logické hodnoty:            

  • hořák hoří ........ logická 1
  • hořák nehoří ... logická 0
  • přívod plynu otevřen ... logická 0
  • přívod plynu zavřen ...... logická 1

Pravdivostní tabulka

Pravdivostní tabulka je modelem chování navrhovaného ovládacího obvodu pro všechny kombinace hodnot vstupních logických proměnných:

obrazek

Logický výraz

Logický výraz je již modelem struktury ovládacího obvodu. Chybné činnosti pece, která má být blokována, odpovídají ty kombinace vstupních logických proměnných, tedy ty řádky pravdivostní tabulky, kdy má logická funkce Y hodnotu logické 1. Z nich můžeme sestavit úplnou součtovou formu logického výrazu:

obrazek

Úplná součtová forma výrazu však obsahuje logický součet všech mintermů, proto je třeba ji dále minimalizovat.

Minimalizace logické funkce

Minimalizací získáme strukturu ovládacího obvodu s minimálním počtem realizačních prvků a vstupních proměnných. Pravdivostní tabulce odpovídá Karnaughova mapa s hodnotami logické funkce Y blokace chybné činnosti plynové pece:

obrazek

Pokrytí všech hodnot logické 1 lze provést třemi minimalizačními smyčkami:

obrazek

Těm odpovídá výsledný minimální logický výraz, který je ekvivalentní požadované logické funkci ovládacího obvodu:

obrazek

Realizace ovládacího obvodu

Vzhledem k požadavku bezkontaktní realizace členy NAND je třeba nejprve minimální logický výraz upravit pomocí zákona dvojí negace a deMorganova zákona:

obrazek obrazek

Obr. 2: Bezontaktní realizace ovládacího obvodu

Při kontaktní realizaci vyjdeme z minimálního logického výrazu tvořeného booleovskými operátory AND, OR a NOT.

obrazek

Obr. 3: Kontaktní realizace ovládacího obvodu

Zdroje

Obrázky

Procvič si

Navrhněte ovládací obvod pro řízení výhybek V1, V2 a semaforu S modelového kolejiště s kolejemi K1, K2, K3 podle následujících podmínek:

i) při přestavování výhybek má přednost kolej s vyšším číslem

ii) při obsazení všech kolejí se na semaforu rozsvítí červené světlo

Postup:

a) na základě slovního zadání sestavte pravdivostní tabulky logických funkcí

b) minimalizujte logické funkce

c) sestavte schéma bezkontaktní realizace

Logolink