CC BY
14
УДК 621.316.925
II ПОСЛЕДОВДТЕЛЬНОСТНЛЯ СХЕМА И СОВПАДЕНИЯ
В. А. Бороденко
Павлодарский государственный университет им, С. Торайгырова
f||§ Этргетпишлъщ жуйелгрдщ дискрепопш автоматика цурылгыларын
|§|! DicemiMdipydihf логикальщ miiadepi 3epmmejedi.
|||| Исследуются логические основы совершенствования устройств
1111 дискретной автоматики энергосистем.
lilt Logic bases of perfection devices of discrete automatics devices of power
¡111 supply systems are investigated.
Контроль последовательности формирования заданных значений входных переменных достаточно широко используется в устройствах релейной защиты (РЗ) и противоаварийной автоматики (ПА) энергосистем. Для описания соответствующих алгоритмов функционирования может применяться последователь-ностная логическая функция (ПЛФ) совпадения ОПЕРЕЖЕНИЕ [1].
Оператор ОПЕРЕЖЕНИЕ (—>) указывает на порядок образования единичных значений логических переменных, при котором выполняется функциональная зависимость (при переходе от 0 к 1). В соответствии с назначением оператора запись вида у = ххх2 отражает следующее условие истинности: у равен логической 1, если обе независимые переменные становятся равными 1, причем xl раньше, чем х2. Опережение некоторого сигнала определяется относительно порога времени, за который принимают момент образования заданного значения сопоставляемого сигнала. Приоритет функции ОПЕРЕЖЕНИЕ равносилен приоритету логического отрицания. Свойства ПЛФ, соответствие их основным законам и аксиомам алгебры логики исследованы в [2].
Запись последовательностных логических функций формулами комбинационной логики, устанавливающими в явном виде соответствие значения функции значениям аргументов, упрощает инженерную процедуру анализа и синтеза конечных автоматов. Кроме того, использование ПЛФ при анализе и синтезе ус-
тройств РЗ и ПА способствует унификации устройств с разной логической структурой, либо выполненных на неодинаковой элементной базе.
Возможны четыре состояния входов последовательностного устройства: совпадение входных переменных отсутствует, входные переменные совпадают с опережением (отставанием) одной из них; заданные значения входных переменных формируются одновременно, без опережения или отставания. Соответственно реализующие устройства могут различаться величиной зоны нечувствительности (когда устройство не реагирует, несмотря на совпадение сигналов) и способом отклика на синхронное появление сравниваемых переменных (реакция отсутствует, реакция формируется на произвольном выходе, реакция существует всегда и на обоих выходах).
В устройствах автоматики, закон функционирования которых задается программным путем на языках высокого уровня, последовательностная логическая функция совпадения для сигналов уровня логической единицы может быть реализована с вводом одной (трехзначной) или двух (двухзначных) вспомогательных переменных (в примере - переменная Flag). Приводимый фрагмент программы отображает реализацию устройства первого рода - когда выходная реакция на синхронное образование входных переменных отсутствует, start:
input xl,x2
if х 1=0 and х2=0 then flag=Q if x 1=1 and x2=0 then flag=l if xl=0 and x2=l then flag=2 if xl=l andx2=l then select case flag case 1: yl=l case 2: у2=1 end select else
yl~0: y2=0 end if goto start .
Представленный вариант исполнения последовательностной схемы совпадения на элементах интегральной схемотехники характеризуется тем, что синхронное появление входных переменных ведет к одновременному формированию и выходных переменных. Последовательностная схема совпадения (рисунок 1) содержит триггеры-защелки 1 и 2, элементы ИЛИ 3 и 4, одновибраторы 5 и 6, элемент ИЛИ-НЕ 7.
Xl-
raz
-бйг1
Яг -1 ! 1 1
J
■D -Е
D
Е
Q
—У, 2
Рисунок 1
Одновибраторы показаны в наиболее простой реализации, длительность формируемого ими импульса определяется лишь собственным временем переключения входящего в них элемента НЕ, однако они могут быть выполнены и иным образом, со специальными времязадающими компонентами. Триггер-защелка (LATCH) соответствует D-триггеру, управляемому уровнем тактовых сигналов. Когда входной сигнал разрешения Е (Enable) имеет высокий уровень, D-триггер пропускает сигнал от входа D к выходу Q, если же вход Е имеет низкий уровень, сохраняется предыдущее состояние выхода Q независимо от уровня сигнала D.
Устройство работает следующим образом (рисунок 2).
Уг У2
Рисунок 2
При отсутствии обоих входных сигналов (х1 = 0, х2 = 0) на выходе элемента ИЛИ-НЕ 7 присутствует сигнал уровня логической 1, который через элементы ИЛИ 3 и 4 подается на входы Е обоих триггеров 1 и 2. В силу этого на выходы схемы передаются уровни логического 0 с входов О, т. е. у1 = 0, у2 = 0. С появле-нием 1 на входе х1 высокий уровень на выходе элемента ИЛИ-НЕ 7 сменяется низким, оба триггера переходят в режим хранения информации. По переходу от 0 к 1 на входе х1 одновибратор 6 формирует короткий импульс уровня 1, однако, поскольку на О-входе триггера 2 сохраняется значение х2 - 0, состояние выходов схемы не изменяется. С появлением 1 на входе х2 формируется короткий импульс уровня 1 на выходе одновибратора 5, триггер 1 передает сигнал х2 = 1 с входа Б на свой выход 0 и возвращается в режим хранения
информации, поэтому теперь у ! - 1,у2 = 0. Это состояние выходов сохраняется до обнуления обеих входных переменных, когда сигналом 1 элемент ИЛИ-НЕ 7 снова переводит оба триггера в режим передачи информации низкого уровня 0 с входов О на выходы р.
Обратный порядок формирования логической 1 на входах х2, х1 приводит к обратной последовательности операций, благодаря чему в момент перехода сгг О к 1 переменной х1 импульсом одновибратора 6 значение х2 = 1 передается с входа О на выход 0 триггера 2 и запоминается до обнуления обеих переменных. На весь этот интервал времени выходы устройства имеют уровни у1 = О, у2= I. Наконец, если входные переменные изменили уровень от 0 к 1 синхронно, формируется состояние у? = 1, у2 - 1 благодаря одновременному срабатыванию одновибраторов 5 и 6.
У предложенного устройства длительность выходного сигнала одинакова, независимо от момента совпадения единичных значений входных импульсов. Она определяется временем, в течение которого сохраняется, по крайней мере, один сигнал на входе после их совпадения. Следовательно, элемент дополнительно играет роль расширителя импульсов. При полном совпадении моментов образования входных переменных, т. е. отсутствии опережения во времени какого-либо из воздействий относительно второго, формируется сигнал на обоих выходах устройства, выделяя это состояние. Таким образом, по сравнению с аналогичными устройствами рассмотренный последовательностный логический элемент совпадения имеет большее количество выходных состояний с более точной их привязкой к значениям входных переменных, что расширяет его возможности и повышает надежность функционирования.
В процессе исследований установлено, что в некоторых случаях применения последовательностных логических функций, а также временных булевых функций [3], при одновременном формировании логических переменных образуется особый результат, отсутствующий в случае совпадения (конъюнкции) переменных без совпадения во времени их передних фронтов. В то же время специальный указатель или оператор, позволяющий отобразить данную особенность в аналитической записи, пока отсутствует, несмотря на необходимость в нем. Поэтому логические зависимости для выходов исследованной схемы записываются аналогично программной реализации
Уг ~ Х1Х2:> У2 ~ Х1Х2■
ЛИТЕРАТУРА
1 Бороденко В. А. Описание последовательностных автоматов на основе аппарата комбинационной логики // Электрооборудование промышленных предприятий. -Горький, изд-воГПИ, 1985. - С. 119-123.
2 Бороденко В.А. Описание последовательностных элементов формулами комбинационной логики // Вестник ПГУ. - 2004. - №2. - С. 296-302.
3 Бороденко В.А. Некоторые вопросы применения временных булевых функций при описании релейных схем // Наука и техника Казахстана. - 2004. - №4. -С. 21-29.
