Структура и функциональное назначение основных блоков микропроцессора.

Микропроцессор (рис. 15) состоит из следующих структурных блоков:

─ внутренней шины;

─ регистров общего назначения;

─ арифметико-логического устройства (АЛУ);

─ буфера шины адреса;

─ буфера шины данных;

─ устройства управления и синхронизации;

─ регистра команд.

Для связи между собой структурных блоков микропроцессора предназначена внутренняя шина.

Регистры общего назначения (РОН) содержат регистр адреса; программный счетчик; указатель стека; оперативные парные регистры: W Z; D C. D E, H L,мультиплексор.

В состав АЛУ входят буфер и аккумулятор для промежуточного хранения исходной цифровой информации; арифметико-логическое устройство; регистр признаков.

Регистр адреса служит для промежуточного хранения адреса обращения микропроцессора к конкретному структурному блоку системы. Этот адрес в регистр заносится перед посылкой его в шину адреса.

Программный счетчик служит для формирования адреса обращения к ячейкам памяти, в которых хранятся команды программы управления микропроцессорной системы. При выполнении очередной команды алгоритма управления объектом содержание счетчика увеличивается автоматически на единицу, если этот алгоритм линейный.

Стеком называют часть оперативной памяти, в ячейки которой последовательно записывают оперативную информацию. При записи этой информации указатель стека автоматически увеличивается на число заполненных при записи ячеек памяти. И наоборот, при считывании информации из стека его ячейки последовательно очищаются, а указатель стека уменьшается на число таких очищенных ячеек.

Кроме того, для хранения оперативной информации служат парные оперативные регистры общего назначения W и Z, B и C, D и E, H и L, обращение к которым осуществляется через мультиплексор. Часть этих регистров предназначена для хранения адресной части команд, в то время как их исполнительная часть хранится в регистре команд.

Назначение каждого из элементов микропроцессора приведем в процессе описания принципа его работы.

Принцип работы микропроцессора при обработке команд Перед началом работы микропроцессора в его программный счетчик автоматически заносится адрес первой команды программы управления работой микропроцессорной системы.

Этот адрес через регистр адреса передается в буфер шины адреса, из которого он затем выставляется на шине адреса. Одновременно на шине управления устройством управления и синхронизации выставляется

команда «Чтение», при исполнении которой из ПЗУ или ОЗУ побайтно в шину данных пересылаются составные части этой команды.

Команда управления микропроцессорной системой состоит из двух частей: признака действия команды, который пересылается в регистр команд, и двух адресов этой команды, которые пересылаются в программно недоступные регистры общего назначения W и Z. В регистре команд исполнительная часть команды управления делится на ряд мелких команд, которые называются машинными циклами. Каждая из команд может содержать от 4 до 10 машинных циклов. Последовательностью машинных циклов производится непосредственное управление работой микропроцессора. Регистр команд через устройство управления и синхронизации формирует внешние команды, которые направляются в шину управления. После исполнения очередной команды при линейном алгоритме программный счетчик автоматически увеличивает свое содержание на единицу, в результате чего происходит естественный переход к следующей команде программы управления микропроцессором. Если обрабатываемая команда является командой ветвления, то в регистр адреса пересылается содержание регистра общего назначения W, в котором находится адрес перехода к следующей команде.

Принцип работы микропроцессора при обработке цифровых сигналов Обработка цифровых сигналов производится в арифметико-логическом устройстве микропроцессора. Это устройство может обрабатывать одновременно два цифровых сигнала. Для этой цели по командам машинного цикла последовательно сначала из регистра W, а потом из регистра Z в буфер шины адреса направляются адреса хранения этих сигналов. Одновременно на шине управления устройством управления и синхронизации микропроцессора выставляется команда «Чтение», по которой через шину данных в буфер шины данных пересылается сначала один, а затем и другой цифровой сигнал. Затем эти сигналы из буфера так же последовательно пересылаются для промежуточного хранения вначале в буфер АЛУ, а затем в его аккумулятор. В АЛУ методом арифметического сложения и логических сдвигов по командам машинных циклов производится совместная обработка этих сигналов. Цифровой результат обработки сигналов направляется для хранения в аккумулятор, при этом в регистре признаков устанавливаются признаки (или флаги) этого результата. К числу этих признаков (флагов) можно отнести: положительность или отрицательность цифрового результата, его четность или нечетность, равенство или неравенство его нулю и т. д. Эти признаки (флаги) используются командами ветвления для организации условия ветвления алгоритма. Для того чтобы полученный результат не был потерян при выполнении последующей команды, его необходимо переслать из аккумулятора в один из регистров общего назначения или в ячейку памяти ОЗУ.

7. Анализ вариантов автоматического регулирования нагрузки на приводе выемочных машин.

Технологические процессы горного производства связные с его спецификой требуют от систем автоматического управления выполнения следующих задач.

1. Обеспечение минимальных энергетических затрат добычи полезного ископаемого.

2. Обеспечение своевременной и безопасной передвижки призабойной крепи.

3. Вывод обслуживающего персонала на безопасное расстояние от забоя лавы (это задача минимум) или переход на безлюдную выемку (это задача максимум).

Требования к системам автоматизации выемочных работ

Системы автоматического управления технологическим процессом выемки полезного ископаемого должны обеспечивать.

1. Автоматическую подачу предупредительного звукового сигнала перед запуском комбайна или добычного комплекса.

2. Автоматическое поддержание нагрузки на режущем органе выемочной машины.

3. Автоматическую остановку подачи выемочной машины при встрече ее с препятствием на машинной дороге.

4. Автоматический реверс направления движения выемочной машины на конечных участках лавы.

5. Обеспечение согласованного режима работы с системой автоматической передвижки призабойной крепи.

6. Обеспечение согласованного режима работы с системой автоматического контроля газового состояния лавы.

7. Автоматическое отключение приводов резания и подачи выемочной машины при аварийной ситуации.

Принципиально существуют два варианта автоматизации поддержания нагрузки на приводе выемочной машины.

Вариант, при котором оптимальная нагрузка на приводе выемочной машины поддерживается только изменением скорости ее подачи на забой (минимальный вариант).

Вариант, при котором оптимальная нагрузка на приводе выемочной машины поддерживается одновременным изменением, как скорости подачи, так и скорости режущего исполнительного органа (максимальный вариант).

Оба варианта автоматизации поддержания нагрузки на приводе выемочной машины обеспечивают вариацию следующих параметров ее рабочего цикла:

 Up - скоростью резания полезного ископаемого;

 Vп - скоростью подачи выемочной машины;

 Po - эффективной мощностью резания полезного ископаемого.

В свою очередь минимальный вариант автоматизации выемочных работ делится на следующие разновидности:

 стабилизацию скоростей;

 экстремальный вариант;

 стабилизацию мощности;

 двойной экстремальный вариант.

Вариант стабилизации скоростей При этом варианте соотношения основных параметров рабочего цикла выемки полезного ископаемого следующие:

Vp = const; Vп = const; Pon = var;

Этот вариант можно реализовать завышением мощности привода выемочной машины. Он эффективен только для выемки пластов полезного ископаемого мало меняющихся по крепости и мощности залегания

Экстремальный вариант При этом варианте соотношения основных параметров рабочего цикла выемки полезного ископаемого следующие:

Vp = var; Vп = const; Pon = min;

Структурная схема этого варианта

В схеме этого варианта введены следующие обозначения:

Рэф зад – заданное значение эффективной мощности привода;

Пр ИО – привод исполнительного органа;

РЭ – регулирующий элемент;

Dм – датчик мощности.

У – усилитель;

Вариант стабилизации мощности

Соотношения основных параметров рабочего цикла выемки полезного ископаемого при этом варианте следующие:

Vp = const; Vп = var; Pon = const;

Структурная схема этого варианта

Вариант обеспечивает полное использование установленной мощности привода выемочной машины.

В схеме этого варианта введены следующие обозначения:

ПрП – привод подачи; К – комбайн; Dc – датчик скорости резания Наибольшее применение этот вариант нашел для автоматизации выемочных работ на пластах малой мощности не требующей большой энерго- вооруженности комбайнов. В самом упрощенном виде он был использован для автоматического поддержания нагрузки на приводе врубовой машины «Урал –33».

Двойной экстремальный вариант

Этот вариант обеспечивает одновременное управление по двум параметрам, один из которых, как правило, является приоритетным

В этой схеме представлены два контура управления: один из них управляет эффективной мощностью двигателя, а второй скоростью подачи выемочной машины. При этом первый контур является приоритетным по сравнению со вторым контуром. Этот вариант применяется в основных системах автоматического поддержания нагрузки горных машин, таких как САДУ-2 и ИПИР-3М