Абстрактный управляющий автомат

Автоматические дискретные устройства нашли самое широкое распространение при автоматизации управления производственных процессов. Все более сложные функции управления возлагаются на управляющие автоматы. Поэтому значительно увеличивается сложность управляющих автоматов. Управляющий автомат любой автоматической системы может рассматриваться как некое устройство, реализующее алгоритм ее функционирования. При этом отдельные функциональные блоки (ФБ) выполняют те или иные этапы алгоритмов. Для того чтобы управляющий автомат реализовал весь алгоритм, между функциональными блоками должны быть функциональные связи, определяющие порядок работы ФБ в соответствии с заданным алгоритмом в процессе функционирования системы.

Существует два основных принципа построения управляющих автоматов:

1. Управляющий автомат с распределенными (рассредоточенными) функциональными связями (см. рис.1). В управляющих автоматах первого типа изменение алгоритма работы (программы) требует изменения функциональной связи и иногда добавления новых ФБ (поэтому они применяются реже, чем автоматы второго типа).

Рис.1

2. Управляющий автомат с концентрируемыми функциональными связями (см. рис. 2). Второй принцип создания автоматов характеризуется отсутствием функциональных связей между блоками. От центрального блока управления (ЦБУ) на функциональные блоки передается управляющая информация, от ФБ поступает осведомительная. Порядок работы ФБ определяется выдаваемой ЦБУ информацией (заложенной в ЦБУ программой) и зависит от поступающей осведомительной информации.

Рис.2

Программный способ управления удобен в том случае, когда в процессе эксплуатации автомата необходимо изменять режим его функционирования.

В программно управляемом автомате все ФБ можно разделить на 2 группы:

1. Логические функциональные блоки (ЛФБ) осуществляют проверку каких-либо условий. После завершения своей работы логический ФБ передает сигнал о значении передаваемого условия центральному блоку управления. Обычно ФБ запускается сигналом от ЦБУ.

2. Операторные функциональные блоки (ОФБ) осуществляют управление объектом автоматической системы. Это исполнительные приборы, механизмы. Во время выполнения определенных операций операторный ФБ может обмениваться информацией с ЦБУ.

В качестве ЛФБ и ОФБ могут использоваться схемы дискретного действия, сами имеющие достаточно сложную блочную структуру.

В зависимости от способа получения центральным БУ сигнала об окончании работы ФБ различают синхронные и асинхронные режимы работы. При синхронном режиме работы ЦБУ сигналы от ОФБ поступают в виде единиц; сигналы от ЛФБ - в виде нулей или единиц. При синхронном режиме сигналы обмена контролируются тактовым генератором (ТГ), при этом его частота выбирается такой, что любой ФБ успевает закончить свою работу до появления очередного импульса тактового генератора.

В связи с тем, что продолжительность работы одного ФБ может существенно отличаться от продолжительности работы другого, при синхронном режиме быстродействие управляющего автомата определяется наиболее медленным его функциональным блоком. Для повышения быстродействия частота ТГ может выбираться за основание продолжительности работы большинства ФБ. Тогда при работе функциональных блоков, частота которых меньше частоты ТГ (соответственно период больше периода ТГ), операции разбиваются на несколько этапов.

Максимальное быстродействие можно достичь при сочетании асинхронного режима работы и оптимальной программе. В этом случае требуется усложнение ЦБУ, поскольку сигналы всех ФБ поступают в разное время.