Рис. 1.8 Пример изменения входного сигнала экстрематора

Вероятность прохождения гипотезы при первом цикле измерения составит

Минимальное допустимое соотношение вероятности прохождения экстремума при десяти отсчетах. Значит , следовательно, сдвигаем суммарный интервал расчета вероятности прохождения экстремума влево до значений 134 - 143 мин.,

,

сдвигаем суммарный интервал расчета вероятности прохождения экстремума влево до значений 135 - 144 мин.,

сдвигаем суммарный интервал расчета вероятности прохождения экстремума влево до значений 138-147 мин.,

Таким образом, решающее устройство выдает управляющий сигнал, в момент времени Запаздывание в выдаче управляющего сигнала составит 9 мин., что является допустимым в условиях такого, медленно протекающего, процесса.

На основании проведённых теоретических исследований и экспериментов выполненных Г.С. Табуновой, можно сформулировать основные параметры для построения схемы экстрематора:

число отсчетов в выборке ,

интервал между отсчетами ,

минимальное соотношение, определяющее прохождение гипотезы экстремума (6 нулей и 4 единицы).

На основании сформулированных параметров была произведена разработка функциональной и принципиальных электрических схем устройства управления повторным переформированием железобетонных изделий, выпускаемых по кассетной технологии.

1.5 Функциональная схема устройства управления повторным переформированием железобетонных изделий

Функциональная схема устройства управления повторным переформированием железобетонных изделий приведена на листе 3.

Схема состоит из генератора разнополярных импульсов - 1; генератора тока - 2; датчика, в виде электродов - 3; входного усилителя - 4; инвертирующего усилителя - 5; линейного выпрямителя - 6; пикового детектора - 7; устройства управления - 8; регистра памяти - 9; счётчика выборки - 10; счётчика состояний - 11; устройства сравнения I - 12; аналого-цифрового преобразователя - 13; таймера времени вибрации - 14; устройства сравнения II - 15; задатчика - 16 и блока питания - 17.

Датчик представляет собой корпус, на котором размещаются два ряда конусообразных электродов, по три электрода в каждом ряду. Электроды каждого ряда соединены электрически параллельно и при помощи разъёма подсоединены к экранированному кабелю, который соединяется с устройством. Возможная конструкция датчика приведена на рис. 1.9.

Рис. 1.9 Возможная конструкция датчика

Устройство управления повторным переформированием железобетонных изделий работает следующим образом:

Генератор разнополярных импульсов - 1 вырабатывает прямоугольные импульсы переменного тока симметричные относительно общего провода. Применение импульсов переменного тока позволяет исключить эффект поляризации, который наблюдается в среде содержащей воду при пропускании через неё постоянного тока. Импульсы переменного тока поступают на генератор тока - 2, который вырабатывает сигнал совпадающий по форме с входным сигналом, но обладающий стабильной величиной тока. Поскольку для определения точки экстремума необходимо контролировать изменение сопротивления бетонной смеси, то используя сигнал со стабильным значением тока, изменение сопротивления будет соответствовать изменению напряжения на электродах - 3.

Импульсы переменного стабильного тока поступают на электроды - 3, с которых снимается переменное напряжение пропорциональное изменению сопротивления бетонной смеси. Это напряжение усиливается входным усилителем - 4, характерной особенностью которого является высокое входное сопротивление, что предотвращает его влияние на результаты измерения. Выход входного усилителя - 4 соединён с входом инвертирующего усилителя, который преобразует изменение входного напряжения имеющего форму, аналогичную приведённой на рис. 1.8 в более удобную для обработки (типа приведённой на рис. 1.5). С инвертирующего усилителя - 5 переменное напряжение поступает на линейный выпрямитель - 6, который линейно преобразует переменное напряжение в постоянное. Необходимость линейного выпрямителя обусловлена тем, что диоды, входящие в обычные мостовые выпрямители, обладают нелинейной характеристикой сопротивления в зависимости от амплитуды выпрямляемого напряжения. Линейный выпрямитель позволяет компенсировать эту нелинейность.

С выхода линейного выпрямителя постоянное напряжение пропорциональное изменению сопротивления бетонной смеси поступает непосредственно на экстрематор, в состав которого входят блоки 7…16.

Экстрематор функционирует следующим образом:

По команде устройства управления - 8, пиковый детектор - 7 запоминает значение напряжения поступающего с линейного выпрямителя - 6. Применение пикового детектора позволяет зафиксировать значение напряжения на время достаточное для его преобразования в цифровой код. Далее, при осуществлении первого измерения, устройство управления подаёт команду на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) - 13 для начала преобразования напряжения в цифровой код. Когда преобразование закончено АЦП подаёт команду на устройство управления - 8, которое, в свою очередь, подаёт команду на регистр памяти - 9 для записи кода с АЦП. На этом процедура первого измерения заканчивается, после чего устройство управления - 8 изменяет настройки системы для проведения последующих измерений. Через одну минуту после проведения первого измерения устройство управления - 8 снова повторяет описанную процедуру, но после появления кода на выходе АЦП, соответствующего второму измерению, происходит сравнение результатов первого измерения, хранящегося в регистре памяти - 9, и результатов текущего измерения, находящегося на цифровых выходах АЦП - 13 при помощи устройства сравнения I. Если результат текущего измерения больше, чем результат предыдущего измерения, то по команде устройства управления - 8, в счётчик состояний записывается единица, в противном случае запись единицы не производится. После окончания процедуры сравнения устройство управления - 8 подаёт команду на счётчик выборки - 10, который увеличивает своё состояние на единицу, одновременно с этим результат текущего сравнения с выходов АЦП переписывается в регистр памяти. Далее, процедура соответствующая второму измерению повторяется десять раз.

По окончании десятого измерения счётчик выборки - 10 подаёт команду на устройство сравнения II, которое сравнивает состояние счетчика состояний - 11 с заданным значением, устанавливаемым задатчиком - 16. В соответствии с основными параметрами для построения схемы экстрематора сформулированными в 1.4, при числе отсчетов в выборке и интервале между отсчетами равными 1 мин, минимальное соотношение, определяющее прохождение гипотезы экстремума составляет (6 нулей и 4 единицы). Т.е. если после десяти отсчётов в счётчике состояний будет записано не менее шести единиц (т.е состояние счётчика будет на менее 6), то с вероятностью ошибки 0,000671 экстремум на кривой изменения сопротивления бетонной смеси наступил.

В этом случае устройство сравнения II - 15 подаёт команду на включение вибратора, а таймер времени вибрации - 14 задаёт время, в течение которого происходит вибрирование железобетонного изделия.

Если же за десять измерений состояние счётчика состояний - 11 будет меньше 6, то устройство управления - 8 обнуляет этот счётчик, а также счётчик выборки - 10. После чего осуществляются следующие десять измерений.

Описанная выше процедура повторяется до тех пор, пока не определится гипотеза прохождения экстремума (6 нулей и 4 единицы) и не будет выполнена операция повторного переформирования данного железобетонного изделия. После этой операции датчик извлекается из изделия, а образовавшиеся на нём отверстия заделываются раствором, после чего можно обрабатывать новое изделие.

1.6 Принципиальные электрические схемы устройства управления повторным переформированием железобетонных изделий

Принципиальные электрические схемы устройства управления повторным переформированием железобетонных изделий строятся по блочно-модульному принципу и выполнены в виде типовых элементов замены (ТЭЗ).

1.6.1 Принципиальная электрическая схема генератора разнополярных импульсов и генератора тока

Принципиальная электрическая схема генератора разнополярных импульсов и генератора тока приведена на листе 4.

Генератор разнополярных импульсов реализован на операционном усилителе DA1.1.

Принцип работы генераторов прямоугольных импульсов, как и вообще всех генераторов, основан на использовании цепи положительной обратной связи в операционном усилителе. Однако в отличие от генераторов синусоидальных колебаний такие схемы обычно имеют только активное сопротивление в цепи положительной обратной связи.

Простейшая схема генератора прямоугольных импульсов показана на рис. 1.10 [10]. В этой схеме неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с выходом через резистивный делитель R₂, R₁, так что коэффициент передачи сигнала по петле положительной обратной связи равен

(1.40)

Рис. 1.10 Простейший генератор прямоугольных импульсов

Операционный усилитель с таким включением представляет собой самовозбуждающийся автогенератор, амплитуда выходного напряжения которого периодически изменяется между предельными уровнями, определяемыми насыщением выходного каскада операционного усилителя. Время, в течение которого амплитуда выходного сигнала остается постоянной, равной одному из значений напряжения насыщения U⁺_нас или U^-_нас, и зависит от номиналов элементов схемы. Справедливы следующие выражения для определения времени пребывания схемы в одном из устойчивых состояний:

(1.41)

(1.42)

где t₁ и t₂ - время в течение которого величина выходного напряжения схемы равна значению положительного и отрицательного уровней ограничения соответственно; в - коэффициент, определяемый из выражения (1.40).

Если уровни ограничения выходного напряжения одинаковы, что имеет место практически для всех типов операционных усилителей, то времена t₁ и t₂ определяемые из выражений (1.41) и (1.42), равны между собой, и выходные импульсы симметричны. В этом случае период генерируемого сигнала можно определить из выражения

(1.43)

Для того чтобы иметь возможность изменять длительность положительных и отрицательных импульсов выходного сигнала генератора (регулировать коэффициент заполнения), можно в цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя использовать переменный резистор и два диода (рис. 1.11).

Рис. 1.11 Генератор с регулируемым коэффициентом заполнения

В такой схеме обеспечивается регулировка коэффициента заполнения выходных импульсов генератора почти во всем 100%-ном диапазоне.

Схема работает следующим образом. Когда выходное напряжение операционного усилителя, включенного в режиме компаратора, находится на высоком уровне U⁺_нас диод VD₁ открыт, диод VD₂ закрыт и конденсатор С заряжается до тех пор, пока напряжение на обоих входах операционного усилителя не станет одинаковым, В этот момент выходное напряжение компаратора достигает низкого уровня, диод VD₁ закрывается, а диод VD₂ открывается и конденсатор С начинает разряжаться. Когда напряжения на входах операционного усилителя снова сравняются, компаратор снова переключается, и весь цикл работы схемы повторяется. Резистор R₃ обеспечивает необходимую для самовозбуждения генератора положительную обратную связь.

Длительность выходного импульса схемы можно определить из выражения

(1.44)

где К = 0 - 1 - коэффициент, показывающий, в каком положении находится движок потенциометра; U_д - прямое падение напряжения на диоде VD₁.

Выражение для интервала времени между импульсами имеет вид

(1.45)

Выражения (1.44) и (1.45) справедливы при условии, что R₃ = R₁, максимальный и минимальный уровни выходного напряжения одинаковы и равны по модулю U⁺_нас, а прямые падения напряжения на диодах равны между собой. Тогда коэффициент заполнения выходных импульсов генератора определяется как

(1.46)

Предельные значения коэффициента заполнения получаются из выражения (1.46) при подстановке соответственно К = 0 и К = 1;

Таким образом, подстраивая резистор R₁ (рис. 1.11), добиваются полной симметричности отрицательной и положительной составляющих переменного напряжения.

Как уже отмечалось, для того чтобы контролировать изменение сопротивление бетонной смеси, через неё необходимо пропускать стабильный по величине ток, тогда изменение напряжения на электродах будет пропорционально изменению сопротивления.

Для обеспечения этого в схеме используется генератор тока переменного напряжения, выполненный на операционных усилителях DA1.2, DA2.1, DA2.2 и транзисторах VT1 и VT2.

Независимо от конструктивного исполнения любой источник тока состоит из одних и тех же функциональных узлов приведённых на рис. 1.12 [11].

Это первичный источник питания, регулирующий элемент, датчик тока и нагрузка. В большинстве конструкций используется также цепь обратной связи, соединяющая датчик тока с регулирующим элементом. Ток в нагрузке устанавливается изменением параметров цепи обратной связи или датчика тока.

Рис. 1.12 Функциональная схема источника тока

Если ток в цепи обратной связи достаточно мал, что обычно выполняется на практике, то через последовательно соединенные источники питания, датчик тока, регулирующий элемент и нагрузку протекает одинаковый ток. При этом условии практически любой вариант схемы получается перестановкой последовательно соединенных узлов и выбором точки заземления. Если же ток в цепи обратной связи соизмерим с током в основной цепи, необходимо учитывать появление погрешностей при установке нужного тока в нагрузке. Однако существуют схемные решения, в которых ток обратной связи протекает как через датчик тока, так и через нагрузку, что компенсирует возникновение ошибки.

В качестве регулирующего элемента в практических схемах обычно применяют одиночные или чаще составные транзисторы, в качестве датчика тока - резистор или диод.

В нашем случае требуется сформировать в нагрузке ток, переменный как по величине, так и по направлению. Для таких применений хорошо работает схема [12], приведенная на листе 4. Эта схема может быть получена из общей функциональной схемы рис. 1.12 при условии, что два одинаковых источника тока - один для тока положительной полярности, а другой для отрицательной - работают на общий датчик тока (резистор R₂₃), общую нагрузку и имеют общую цепь обратной связи. В этой схеме выходной ток Iн в точности повторяет форму входного напряжения Uвх и определяется выражением

(1.47)

Недостатком базовой схемы (без использования выходного каскада на транзисторах VT1 и VT2) являются жесткие ограничения на величину выходного напряжения, связанные с максимальным выходным напряжением операционного усилителя и определяемые неравенствами

(1.48)

В то же время, для получения напряжения на электродах, которое уверенно может преобразовываться АЦП, амплитуда импульсов на выходе генератора тока должна быть значительной. Для достижения этого, в базовую схему был введён усилитель.

Усилитель собран на двух последовательно соединенных транзисторах VT1 и VT2 разной структуры. Транзисторы включены по схеме с общим эмиттером, что позволило получить коэффициент передачи по напряжению больше единицы. Выходной сигнал снимается с точки соединения коллекторов транзисторов.

Напряжения смещения на базах транзисторов создаются цепочкой резисторов R11, R12, R13. Ток покоя каскада устанавливают исходя из минимальной мощности, потребляемой каскадом, и обеспечения стабильности его работы.

Входом усилителя является средняя точка цепочки резисторов смещения. Резисторы R21 и R22, включенные между эмиттерами транзисторов и проводниками цепи двуполярного источника питания, создают местную отрицательную обратную связь, что способствует некоторому повышению стабильности.

Резисторы R16 и R20 являются токоотводящими элементами и служат для уменьшения влияния изменения параметра I_КБ0 транзисторов под действием температуры на стабильность выходного нуля усилителя. Чтобы уменьшить дрейф нуля на выходе усилителя, вызываемый изменением этого тока из-за неравномерного прогрева транзисторов, их для выравнивания температур необходимо установить на общий теплоотвод возможно ближе друг к другу.

Подбором резистора R19 регулируют начальное смещение выходного нуля усилителя, что необходимо для его балансировки. Подстроечным резистором R18 обеспечивают начальный ток транзистора VT1, добиваясь нуля на выходе усилителя. Нулевое напряжение на входе усилителя устанавливают подстроечным резистором R12.

Амплитуда выходного напряжения усилителя ограничивается предельно допустимыми для транзисторов значениями напряжения U_{кэ макс}, и в случае применения транзисторов КТ815, КТ814 может достигать ±32В.

Генератор тока соединяется с электродами через разъём Х1, а далее при помощи экранированного кабеля для устранения наводок, которые могут возникнуть при работе устройства в условиях цеха завода по производству железобетонных изделий.

1.6.2 Принципиальная электрическая схема входного усилителя, инвертирующего усилителя, линейного выпрямителя и пикового детектора

Принципиальная электрическая схема входного усилителя, инвертирующего усилителя, линейного выпрямителя и пикового детектора приведена на листе 5.

Изменяющееся, в соответствии с изменением сопротивления бетонной смеси, напряжение с электродов поступает на входной усилитель. Для предотвращения влияния входного сопротивления усилителя на величину напряжения на электродах оно должно иметь большое значение. Этим требованиям в полной мере отвечает усилитель с регулируемой отрицательной обратной связью [13].

Усилитель выполнен на транзисторной сборке полевых транзисторов DA1 и операционном усилителе DA2.1. При коэффициенте усиления до 10, усилитель обладает входным сопротивлением 10¹⁰ Ом. Коэффициент усиления может меняться в достаточно широких пределах с помощью подстроечного резистора R7. Форма АЧХ усилителя линейная при частоте входного сигнала до 50 кГц, при этом напряжение шума равно 1…2 мкВ.

При работе устройства на выходе входного усилителя напряжение изменяется в соответствии с рис. 1.8. Для придания этому напряжению формы, соответствующей рис. 1.5, которая более удобна для обработки, используется инвертирующий усилитель, выполненный на операционном усилителе DA2.2. Усилитель выполнен по стандартной схеме инвертирующего усилителя и каких-либо особенностей не имеет.

Для нормальной работы АЦП на него необходимо подать постоянное положительное напряжение, для чего переменное напряжение на выходе инвертирующего усилителя необходимо выпрямить. Обычные мостовые схемы выпрямителей не обеспечивают постоянство коэффициента передачи во всём диапазоне изменения входного напряжения, из-за нелинейности вольтамперной характеристики диодов, на которых они выполняются. Поэтому в измерительных схемах, где необходимо точное соответствие входного переменного и выходного постоянного напряжений используются специальные схемы линейных выпрямителей, позволяющих линеаризовать их выходную характеристику.

В данной разработке используется линейный выпрямитель [14] который выполнен на двух операционных усилителях DA3.1, DA3.2. DA3.1 выполняет функции детектора, а DA3.2 - интегратора. Напряжение, получаемое в точке соединения VD1 и R13, содержит положительные полуволны входного сигнала. Этот сигнал суммируется с противофазным входным сигналом. На входе операционного усилителя DA3.2 будет сигнал положительной полярности с амплитудой, равной одной трети от амплитуды сигнала, действующего на входе. Аналогичная амплитуда будет формироваться от положительной полярности входного сигнала при помощи диода VD2 и сопротивления R14. В результате на выходе операционного усилителя DA3.2 получается постоянное напряжение, пропорциональное входному переменному напряжению. Линейность преобразования достигается выбором сопротивлений резисторов из условия R11 = 2R25 и R1 = R16.

В настроенной схеме динамический диапазон преобразования входного сигнала находится в пределах от 10 мВ до 1,5 В с погрешностью не более 1,5%; частота входного сигнала в пределах от 0 до 100 кГц.

Поскольку в процессе измерения напряжение на электродах постоянно изменяется, и присутствуют достаточно высокочастотные флуктуации, обусловленные наложением помех, то велика вероятность того, что в процессе преобразования напряжения в цифровой код, которое выполняет АЦП, может резко измениться напряжение, что приведёт к погрешности преобразования. Для устранения данной погрешности в схеме используется пиковый детектор, который позволяет на некоторое время (достаточное для преобразования АЦП), зафиксировать величину входного напряжения.

Пиковый детектор выполнен на операционных усилителях DA4.1, DA4.2, DA5 и полевом транзисторе VT1. За основу была взята схема приведённая в [15].

Входной сигнал поступает на вход операционного усилителя DA4.1 (вывод 2). С выхода усилителя напряжение поступает на конденсатор С1 и заряжает его. Постоянное напряжение, появляющееся при этом на конденсаторе через цепь отрицательной обратной связи (резисторы R19, R18) подается на инвертирующий вход DA4.1. На конденсаторе С1 устанавливается максимальное значение входного сигнала. По мере увеличения напряжения на конденсаторе увеличивается напряжение обратной связи на инвертирующем входе DA5. В результате этого напряжение обратной связи DA5 будет равно амплитуде сигнала на выходе микросхемы DA4.1. Это напряжение может продолжительное время оставаться на конденсаторе, поскольку входное сопротивление операционного усилителя DA5 (КР544УД1) высоко, благодаря применению на входе полевых транзисторов с изолированным затвором. При подаче положительного импульса на контакт 6 разъёма Х3 (Сброс ПД) происходит шунтирование выходов DA4.1 и DA5, на выходе операционного усилителя DA4.2 появляется положительное напряжение, что приводит к открытию сток-истокового перехода транзистора VT1. Происходит быстрый разряд конденсатора С1, после этого конденсатор может вновь запомнить максимальное значение выпрямленного напряжения входного сигнала.

На рис. 1.13 показаны временные диаграммы напряжений на входе (пунктирная линия) и выходе (сплошная линия) пикового детектора.

Рис. 1.13 Временные диаграммы пикового детектора

1.6.3 Принципиальная электрическая схема аналого-цифрового преобразователя и устройства управления

Принципиальная электрическая схема аналого-цифрового преобразователя и устройства управления приведена на листе 6.

АЦП выполнен на микросхеме DD5 типа К1113ПВ1 [16], которая является функционально законченным АЦП последовательного приближения, работающими с ТТЛ-уровнями. АЦП имеет внутренний источник опорного напряжения, тактовый генератор и компаратор напряжения. Для включения АЦП требуются источники питания и формирователь сигналов управления преобразованием. Режимы работы микросхемы определяются управляющими импульсами. При поступлении на вход «Гашение и преобразование» (Гаш) микросхемы уровня логического нуля АЦП начинает преобразование входной информации. Через время, необходимое для преобразования, на выходе АЦП «Готовность данных» (Гот) появляется сигнал с уровнем логической единицы, разрешающий вывод данных с АЦП. При установке на входе «Гашение и преобразование» АЦП уровня логической единицы, происходит «гашение» информации, содержащейся в регистре последовательного приближения, и АЦП снова готов к приему и обработке входных данных. Аналого-цифровой преобразователь может обрабатывать входную информацию в виде однополярного аналогового напряжения до 10, 24 В и двухполярного ±5,12 В. При включении АЦП в двухполярном режиме вывод 15 (управление сдвигом нуля) должен быть открыт, а в однополярном режиме его необходимо соединить с выводом «цифровая земля». Микросхема К1113ПВ1 допускает предварительную установку напряжения смещения нуля. В зависимости от точности регулирования и диапазона необходимой шкалы входного напряжения применяются различные варианты схем регулирования напряжения смещения. Так. при максимальном диапазоне входного сигнала U = 10,24В регулировка напряжения смещения проводят переменным резистором 100...200 Ом, подключенным между источником сигнала и аналоговым входом 13, а для достижения точности. ±1/2 единицы младшего значащего разряда - переменным резистором 5...50 Ом, подключенным с вывода 14 («аналоговая земля») на «корпус».

Поскольку входы и выходы АЦП предназначены для работы с ТТЛ-логикой, а вся цифровая часть схемы реализована на логике КМДП [16] (для повышения помехозащищённости и снижения потребляемой энергии), то для согласования входов и выходов АЦП применены микросхемы преобразователей. Микросхема DD3 типа К561ЛН2 представляет собой преобразователь КМДП-уровня в ТТЛ, а микросхемы DD7 и DD8 - преобразователи ТТЛ-уровней в уровни КМДП.

Устройство управления содержит тактовый генератор DD2, счётчик Джонсона с дешифратором в позиционный код DD6 и три RS-триггера управления DD1, DD4.1, DD4.2 и DD9.1, DD9.2.

Триггер DD1 выполняет роль устройства, осуществляющего управление всей схемой. При нажатии на кнопку SB1 («Пуск») на выходе DD1.1 появляется уровень логической единицы, который, поступая через контакт 1 разъёма Х5, разблокирует счётчик выборки и счётчик состояний и разрешает их работу. Одновременно с этим на выходе DD1.2 появляется уровень логического нуля, который разрешает работу тактового генератора DD2 и через дифференцирующую цепочку R9, С8 устанавливает триггер DD9.1, DD9.2 в исходное состояние. Тактовый генератор выполнен на микросхеме К176ИЕ12, представляющей собой генератор минутных и секундных импульсов с кварцевой стабилизацией частоты. Через одну минуту после нажатия на кнопку «Пуск» на выходе М DD2 появится импульс уровня логического нуля. Этот импульс при помощи дифференцирующей цепи R5, С5 переключит триггер DD4.1, DD4.2 в состояние, при котором на выходе DD4.1 появится уровень логической единицы, который пройдя через дифференцирующую цепь R7, С6 запустит АЦП на преобразование. Одновременно с этим на выходе DD4.2 установится уровень логического нуля, который разрешит работу счётчика DD6 и разрешит пиковому детектору запомнить напряжение, соответствующее сопротивлению бетонной смеси (контакт 16 разъёма Х5).

Через время, необходимое для преобразования аналогового напряжения в двоичный код, на цифровых выходах АЦП появится двоичный код, который поступит на разъём Х5, а на выходе «Гот» АЦП появится ТТЛ-уровень логической единицы. Этот сигнал, преобразованный DD7 в КМДП уровень, поступит на вывод 11 элемента И-НЕ DD4.3 и разрешит прохождение импульсов частотой 2 Гц с выхода S2 DD2 на счётный вход счётчика DD6. Первый импульс приведёт к появлению логической единицы на выходе 1, которая управляет операцией сравнения кодов с регистра памяти и АЦП. Второй импульс осуществит перезапись двоичного кода с выходов АЦП в регистр памяти, подготовив тем самым второе измерение. Третий импульс увеличит на единицу содержимое счётчика выборки, а четвёртый импульс переключит триггер DD9.1, DD9.2 и тем самым сформирует сигнал «Пропуск» (контакт 12 разъёма Х5). Поскольку при самом первом измерении в регистре отсутствует двоичный код соответствующий предыдущему измеренному сопротивлению бетонной смеси, то уровень логического нуля на выходе DD9.2 запрещает операцию сравнения и увеличения состояния счётчика выборки, допуская только запись измеренного значения сопротивления в регистр памяти. Таким образом, первое измерение приводит только к запоминанию его результата в регистр и, следовательно, самый первый цикл будет содержать не десять, а одиннадцать измерений. Поскольку триггер DD9.1, DD9.2 является RS-триггером, то последующая многократная подача импульсов с выхода DD6 на него не приведёт к изменению состояния данного триггера, и все последующие измерения будут обрабатываться в соответствии с полной программой обработки. Триггер DD9.1, DD9.2 вернётся в исходное состояние либо при нажатии на кнопку «Стоп», либо при поступлении сигнала «Вкл. вибрат» (контакт 17 разъёма Х5), когда экстремум на кривой изменения сопротивления наступил и дальнейший контроль уже не нужен.

Пятый импульс выхода S2 DD2 приведёт к появлению импульса на выходе 5 DD6, который установит триггер DD4.1, DD4.2 в исходное состояние, что вызовет сброс счётчика DD6 и пикового детектора. Устройство управления переходит в ждущий режим, ожидая появления через минуту следующего импульса с выхода М DD2. После появления этого импульса вся описанная выше последовательность повторится, и так будет продолжаться постоянно до тех пор, пока не будет обнаружен экстремум на кривой изменения сопротивления бетонной смеси. При включении питания дифференцирующая цепь R8, С7 вырабатывает короткий импульс, который будучи сформирован элементами DD10.2, DD10.3 установит в исходное состояние все триггеры и подготовит устройство управления к работе.

1.6.4 Принципиальная электрическая схема регистра памяти, устройства сравнения I, устройства сравнения II, счётчика состояний и счётчика выборки

Принципиальная электрическая схема регистра памяти, устройства сравнения I, устройства сравнения II, счётчика состояний и счётчика выборки приведена на листе 7.

Регистр памяти выполнен на микросхемах DD1…DD3 типа К561ТМ3, каждая из которых представляют собой четыре D-триггера, входы синхронизации которых объединены вместе. Сигнал «Запись в регистр» (контакт 13 разъёма Х6) поступает на объединённые входы С1, С2 каждой микросхемы что приводит к записи в регистр двоичного десятиразрядного кода с цифровых выходов АЦП.

Цифровой код с выходов регистра памяти поступает на устройство сравнения I, которое выполнено на микросхемах цифровых компараторов DD4…DD6 типа К561ИП2. На вторые входы цифровых компараторов поступает двоичный код с цифровых выходов АЦП. Поскольку в каждый момент времени на в регистре памяти хранится информация о предыдущем измерении, а на цифровых выходах АЦП появляется информация о текущем измерении, то устройство сравнения I сравнивает значения сопротивлений бетонной смеси полученные при предыдущем и текущем измерениях.

Если значение кода хранящегося в регистре памяти больше значения кода, поступающего с цифровых выходов АЦП, то на выходе > DD6 появится уровень логической единицы. Если выполняется это условие, то при наличии сигнала «Пропуск» и импульса «Сравнен», на выходе DD9.1 появляется импульс уровня логического нуля, что увеличивает состояние счётчика состояний DD8.1. Если же значение кода хранящегося в регистре памяти меньше значения кода, поступающего с цифровых выходов АЦП, то на выходе > DD6 остаётся уровень логического нуля и состояние счётчика DD8.1 не изменяется.

Счётчик выборки реализован на микросхемах DD8.2, DD9.3 и DD11.1 и представляет собой декаду. Уровень логической единицы на выходе DD11.1 появится, когда счётная последовательность счётчика DD8.2 достигнет значения 10. Изменение состояния этого счётчика происходит по импульсу «Счётчик выборки» при наличии сигнала «Пропуск». Таким образом, логическая единица на выходе DD11.1 появится после проведения десяти измерений.

Состояние счётчика состояний DD8.1 сравнивается с заданным значением, поступающим с задатчика при помощи устройства сравнения II, DD7. Поскольку гипотеза прохождения экстремума заключается в превышении последующих результатов измерений над предыдущими не менее, чем в шести случаях, то установка задатчика соответствует комбинации 0110 (Входы В1…В4 DD7). Если результат сравнения состояния счётчика состояний DD8.1 равен шести или превышает это значение, то на выходах > или = устройства сравнения II появятся уровни логической единицы, что приведёт к появлению уровня логической единицы на выходе элемента ИЛИ (DD10.1, DD10.2). В случае если это событие наступило в течение десяти измерений, то логические единицы с выхода DD10.2 и с выхода DD11.1 вызывает появления импульса логического нуля на выходе элемента И-НЕ DD11.2 и формирования сигнала «Вкл. вибрат.» (контакт 16 разъёма Х6).

Если же за десять измерений в счётчик состояний не запишется шесть единиц, то на выходе DD10.1 логическая единица не появится и, следовательно, не сформируется сигнал сигнала «Вкл. вибрат».

Однако, логическая единица на выходе DD11.1 обнулит состояние счётчика выборки и счётчика состояний, после чего последует следующий цикл из десяти измерений. Так будет продолжаться до тех пор, пока не экстремум на кривой изменения сопротивления бетона не будет определён.

1.6.5 Принципиальная электрическая схема таймера времени вибрации

Принципиальная электрическая схема таймера времени вибрации приведена на листе 8.

Схема состоит из задающего генератора DD1, двух счётчиков Джонсона с дешифраторами в позиционный код DD2, DD3, схемы совпадения DD4.1 и триггера управления DD4.2, DD4.3.

Задающий генератор выполнен на микросхеме К176ИЕ5, представляющей собой кварцевый генератор секундных импульсов, появляющихся на выходе 15.

При включении питания, импульс с дифференцирующей цепочки R3, С3 устанавливает триггер DD4.2, DD4.3 в состояние, когда на выходе DD4.3 появляется уровень логического нуля, который поступая на выход «Вибрат» (контакт 4 разъёма Х6) запрещает работу вибратора. Одновременно с этим уровень логической единицы, поступающий с выхода DD4.2 запрещает работу тактового генератора и обнуляет состояние счётчиков DD2, DD3. Схема находится в режиме ожидания.

При поступлении сигнала «Вкл. вибрат» (контакт 3 разъёма Х6) триггер DD4.2, DD4.3 переходит в состояние противоположное первоначальному. Тактовый генератор начинает вырабатывать импульсы, которые подсчитываются счётчиками DD2, DD3, причём счётчик DD2 считает единицы импульсов, а счётчик DD3 - десятки. Предварительно, при помощи переключателей SA1, SA2 устанавливают требуемое время вибрации. Максимальное время вибрации, которое может быть установлено, составляет 99 секунд. Для положения переключателей SA1, SA2, приведённого на листе 8 время вибрации составляет 23 секунд. Когда счётчики досчитают до 23 на обоих входах элемента И-НЕ DD4.1 появятся уровни логической единицы, следовательно, на его выходе появится уровень логического нуля, который переключит триггер DD4.2, DD4.3 в исходное состояние. Сигнал «Вибрат» исчезнет и вибрация железобетонного изделия прекратится.

1.6.6 Принципиальная электрическая схема блока питания

Принципиальная электрическая схема блока питания приведена на листе 9

Блок питания построен по классической схеме и содержит силовой трансформатор Тр1, три выпрямительных моста VD1, VD2, VD3, конденсаторы фильтра С1…С6 и три компенсационных стабилизатора напряжения, выполненные на микросхемах стабилизаторов DA1…DA3.

Стабилизатор DA1 типа КР1157ЕН502 имеет рабочее напряжение +5В при токе нагрузки до 0,1 А и обеспечивает питание микросхемы АЦП.

Стабилизатор DA2 типа КР1162ЕН5 имеет рабочее напряжение +15В при токе нагрузки до 1,5 А и обеспечивает питание операционных усилителей и цифровых микросхем (кроме АЦП).

Стабилизатор DA3 типа КР142ЕН8В имеет рабочее напряжение -15В при токе нагрузки до 1,5 А и обеспечивает питание операционных усилителей и АЦП.

автоматизация вибропереформирование структурообразование бетон

2. Экономическая часть

2.1 Определение экономической эффективности при внедрении контроля структурообразования бетона в производство