Проектирование систем автоматизации (ПСА) 1: Моделирование типовых модулей автоматизации

Статья рассматривает моделирование типовых модулей автоматизации с применением современного программного обеспечения для работы с электрическими схемами.

В данном примере:

1. Смоделирована работа аналогового усилителя с коэффициентом усиления 10*n;

2. Смоделирована работа двоичного счётчика, считающего от нулевого начального состояния до конечного состояния 10*n. После достижения конечного состояния предусмотрен сброс в нуль.

Здесь n = 1.

Моделирование выполнено в программе Electronics Workbench. Подобное моделирование можно провести в любом аналогичном пакете: Multisim, Circuit Maker, gEDA и т.д.

1. Моделирование работы аналогового усилителя

Операционный усилитель (ОУ, OpAmp) — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления.

Принципиальная схема простейшего усилителя на основе ОУ представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 — принципиальная схема простейшего усилителя на основе ОУ

Для установки необходимого коэффициента усиления необходимо подобрать значения сопротивлений резисторов R1, R2:

U_out = U₁*(1+R₁/R₂)           (1)

Таким образом, для коэффициента усиления k = 10 получим: R1 =90 кОм, R2 = 10 кОм.

Рисунок 2 — схема в программном пакете моделирования электрических цепей

Проведём моделирование схемы, изображённой на рисунке 2. Сделаем наблюдения на виртуальном осциллографе:

Рисунок 3 — результат моделирования (сигналы на виртуальном осциллографе)

2. Моделирование работы двоичного счётчика

Счётчик числа импульсов — устройство, на выходах которого получается двоичный (двоично-десятичный) код, определяемый числом поступивших импульсов. Счётчики могут строиться на двухступенчатых D-триггерах, T-триггерах и JK-триггерах.

На рисунке 4 приведена принципиальная электрическая схема счётчика, реализованного на JK-триггерах, модуль счёта которого m = 10.

<![if !vml]>Рисунок 4 — Реализация счётчика на JK-триггерах

        

Диаграмма работы счётчика приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 — диаграмма работы двоичного счётчика с модулем счёта m = 10

Итак, в данном примере было проведено моделирование основных типовых модулей автоматизации, представлены диаграммы работы моделей. Полученные данные можно использовать для построения типовых модулей в реальных системах.