книги / Проектирование бесконтактных управляющих логических устройств промышленной автоматики

. грамм для записи условий работы схемы. Оба метода имеют одну тео­ ретическую основу записи структурных формул. Метод циклограмм является развитием метода, использующего таблицы включения, и спе­ циально разработан для структурного синтеза металлорежущих стан­ ков. Метод может быть применен для синтеза структуры схемы управ­ ления любого циклически работающего механизма, а также для меха­ низмов, работающих по нескольким циклам. Увеличение числа входных и выходных элементов усложняет синтез менее значительно, чем при использовании Таблиц переходов и карт Карно. Метод циклограмм по­ дробно описан в гл. 5. Метод нагляден, на циклограммах четко видно воздействие одних элементов на другие. Результирующие структурные формулы не требуют проверки на возможность аварийных режимов, так как они исследуются и учитываются в процессе построения цикло­ грамм.

Метод синтеза, основанный на применении операторов алгебры состояний и событий, целесообразно использовать при большом числе переменных, изменяющихся во времени. Основным и наиболее ответст­ венным этапом этого метода является процесс формализации заданных условий работы управляющего устройства в виде краткого словесного выражения, содержащего специальные операторы, учитывающие оче­ редность следования сигналов во времени. Процесс формализации не связан с выполнением графических построений, и увеличение числа пе­ ременных ще приводит к существенному усложнению синтеза. Он может применяться совместно с таблицами включений, которые служат для задания условий работы схемы. Изложение метода приведено в гл. 6

исопровождается примерами применения.

ГЛ А В А Т Р Е Т Ь Я

ПРО ЕК ТИ РО ВА Н И Е УП РАВЛ ЯЮ Щ И Х Л О ГИ Ч ЕСК И Х УСТРОЙ СТВ НА О СН О ВЕ АН АЛИ ЗА РЕЛ ЕЙ Н О -КО Н ТА КТН Ы Х

СХЕМ

3-1. МЕТОДИКА СОСТАВЛЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ ФОРМУЛ ПО РЕЛЕЙНО­

КОНТАКТНОЙ СХЕМЕ

Релейно-контактные принципиальные электрические схемы управ­ ления содержат контакты и катушки электрических аппаратов, обмот­ ки электрических машин, магнитных усилителей и т. п. На схемах мож­ но выделить входные элементы А, В, С, D с контактами a, b, с, d, вы­ ходные исполнительные элементы Z, Y, X с контактами г, у, х и промежуточные элементы Pi, Р%, с контактами ри р%. Через входные элементы в функциональную часть схемы управления подаются вход­ ные сигналы. Выходные сигналы поступают в исполнительные элемен­ ты непосредственно от выходных элементов или через промежуточные аппараты. Входные, промежуточные и выходные сигналы обозначаются так же, как контакты соответствующих элементов. Сигналы замыкаю­ щих контактов обозначаются в структурных формулах буквами без чер­ точек над ними, а размыкающие — буквами с черточками. Работа по составлению структурных формул производится в два этапа.

Первый этап. В результате анализа релейно-контактной схемы и разделения ее на функциональные узлы производится подразделение всех действующих в схеме сигналов на входные, выходные и промежу-

61

точные. Каждому сигналу присваивается буквенное обозначение. При группировке сигналов каждому из них даются необходимые пояснения и для каждого указываются соответствующие буквенные обозначения, принятые в релейно-контактной схеме. Группировку и обозначение сиг­ налов по релейно-контактной схеме рекомендуется производить в сле­ дующем порядке.

Выявить и обозначить все входные сигналы, к которым относятся сигналы от кнопок управления, дверных контактов, концевых и проме­ жуточных выключателей, датчиков, контролирующих процесс, и т. п.

Произвести сокращение числа входных сигналов путем объеди­ нения ряда простых сигналов одним эквивалентным им сигналом. Так, например, при последовательном соединении нескольких контактов в блокировочной цепи их сигналы могут быть заменены одним эквива­ лентным сигналом, обозначающим конъюнкцию объединяемых сигна­ лов, и г. п.

Выявить и сгруппировать все выходные сигналы, управляющие исполнительными элементами: контакторами, электромагнитами, со­ леноидами и т. п.

Выделить и сгруппировать все промежуточные сигналы, появляю­ щиеся в результате срабатывания промежуточных элементов схемы.

Вбольшинстве случаев к промежуточным элементам относятся реле, размножающие сигналы, контакты которых включаются в цепи выход­ ных элементов или других промежуточных элементов.

Промежуточные сигналы, в свою очередь, подразделить на сигна­ лы без обратных связей и сигналы с обратными связями. Цепи сигна­ лов без обратных связей содержат контакты только входных элементов.

Вцепях сигналов с обратными связями включены контакты элементов, управляемых этими сигналами, или других промежуточных-или выход­ ных элементов с обратными связями. Методика подразделения и обоз­ начения сигналов подробно иллюстрируется примером в § 3-4.

Второй этап. На втором этапе составления структурных формул производится запись алгебраических выражений, соответствующих це­ пям выходных и промежуточных переменных релейно-контактной схемы.

Релейно-контактные схемы имеют в большинстве случаев последо­ вательно-параллельную структуру функциональных узлов (схемы клас­

са П ). Алгебраические выражения для схем класса П записываются в нормальных формах (ДНФ и КНФ) или в скобочных формах. При наличии узлов с мостиковыми структурами соединения контактов (схе­ мы класса Н) для получения алгебраических выражений сигнала, иду­ щего к определенному элементу, необходимо записывать структурные формулы для всех возможных цепей включения этого элемента. При этом в алгебраических выражениях могут появиться равносильные вы­ ражения, соответствующие так называемым «лишним цепям». При на­ личии в схеме функциональных узлов с мостиковыми соединениями кон­ тактов алгебраические выражения также записываются в нормальных или скобочных формах. В § 3-3 приведены примеры построения бескон­ тактных схем на основе релейно-контактных мостиковых схем клас­ са Н.

По полученным структурным формулам может быть построена ло­ гическая схема из элементов И, ИЛИ, НЕ. Схемы этого типа не учи­ тывают особенностей включения элементов конкретной унифицирован­ ной серии, однако составление этих схем в процессе разработки проек­ та желательно для облегчения уяснения их работы.

62

После выбора серии бесконтактных логических элементов должны быть выполнены преобразования структурных формул с учетом выпол­ няемых элементами логических функций и условий их включения.

По преобразованным структурным формулам производится построе­ ние принципиальной схемы Из элементов выбранной серии. Структурные формулы предварительно группируются в соответствии с отдельными функциональными узлами релейно-контактной схемы. При проектиро­ вании бесконтактных управляющих логических устройств разделение схем на функциональные узлы является обязательным. Это необходимо для облегчения конструктивной разработки бесконтактных станций управления и их технического обслуживания в процессе эксплуатации.

Таким образом, рекомендуется следующий порядок составления ал­ гебраических выражений:

составить алгебраические выражения для выходных сигналов; составить алгебраические выражения для промежуточных сигналов

без обратных связей; составить алгебраические выражения для промежуточных сигналов

собратными связями;

ввыражениях выходных сигналов и промежуточных Сигналов с об­ ратными связями заменить значения встречающихся промежуточных сигналов без обратных связей их выражениями через входные сигналы; упростить полученные выражения, если это окажется возможным,

на основе законов алгебры логики; составить логическую схему управления из элементов, И, ИЛИ, НЕ,

реализующих полученные выражения (не обязательно); произвести преобразование

структурных формул с учетом осо­ бенностей выбранной серии логиче­ ских элементов;

произвести группировку преоб­ разованных структурных формул по функциональным узлам схемы.

Методика составления и преоб­ разования структурных формул ил­ люстрируется примером § 3-4.

3-2. ПОСТРОЕНИЕ БЕСКОНТАКТНЫХ СХЕМ ПО РЕЛЕЙНО­ КОНТАКТНЫМ СХЕМАМ

КЛАССА П

Прежде чем приступить к рас­ смотрению общих вопросов построе­ ния бесконтактных схем по релей­ но-контактным схемам класса П (с последовательно-параллельным соединением контактов), целесооб­ разно рассмотреть несколько про­ стых примеров.

6 3

По этим выражениям составлена логическая схема из элементов И, ИЛИ, НЕ (рис. 3-3).

Если между контакторами КУО и КУП предусматривается взаимоисключающая механическая блокировка, то блокировочные связи между выходными переменными Z и Y, показанные на рис. 3-3 пунктиром, можно не выполнять. Это позволит исключить из схемы два элемента НЕ.

До сих пор рассматривалось составление бесконтактных схем на базе логических элементов И, ИДИ-и'НЕ. Однако для построения схем мо^кет быть выбран любой стандартный набор логических элементов, соответствующий какой-либо из полных систем функций алгебры логи­ ки, приведенных в § 1-6. При этом все алгебраические выражения, опи­ сывающие данную схему, должны быть выражены через функцию при­ нятой системы.

Пусть, например, полученные выше структурные формулы для схе­ мы управления силовой головкой станка требуется представить через функции полной системы (|}> либо {—, + }.

Пользуясь таблицей из [39, 72], находим для первого случая:

/ (x)= ape== a-+ p + c\ f(v)-=Xi

f ( u ) = z + y ,

f(p)=b(e + P)= b+e-\-p.

3-3. П О СТРО ЕН И Е БЕСКО Н ТАКТН Ы Х СХЕМ ПО Р ЕЛ Е Й Н О -

КОНТАКТНЫМ СХЕМ АМ КЛАССА Н

В релейно-контактных схемах промышленных установок встречают­ ся цепи с мостиковыми соединениями контактных цепей. Эти схемы называются схемами класса Н (непараллельно-последовательная струк-

тура). Применение мостиковых соединений приводит к существенному сокращению числа контактов. На рис. 3-4,а представлена простейшая мостиковая схема класса Н. В этих схемах отдельные параллельные цепи соединяются между собой в промежуточных точках между кон­ тактами при помощи мостовых соединений, в цепях которых могут быть включены контакты или катушки аппаратов, обмотки машин и т. п.

Из рассмотрения рис. 3-4,а видно, что в схемах класса Н каждый из начальных структурных элементов (в данном случае а и d) соеди­ нен последовательно с каждым из конечных структурных элементов (в данном случае b и е). Структурные элементы, включенные в мосто­ вое соединение (в данном случае с) входят в несколько различных це­ пей, которые могут образоваться в схеме между ее начальными и ко­ нечными полюсами. Поэтому схему можно описать несколькими струк­ турными формулами:

X = ab + d e + a c e + d e b ;

X = a(b + ce) + d (e + cb) ;

X = b {a + d c ) + e ( d + a c ) ;

X = a b + d e + c (a e + d b ) .

Все структурные формулы могут быть получены из первой путем равносильных преобразований. Каждой из формул соответствует опре-

66

деленная схема (рис. 3-4,6 — 6). Эти схемы равносильны по действию схеме на рис. 3-4,а, но существенно сложнее ее. Число контактов в мостиковой схеме значительно меньше, чем в равносильных ей после^рйа- тельно-параллельных структурах. На рис. 3-5 приведены бесконтактные схемы, соответствующие контактным схемам на рис. 3-5,6. Вариант бесконтактной схемы на рис. 3-5,а содержит меньше элементов.

а ь

J 1 т“ II- d с

1Г-1Г

а с

-|Г-1П е

Ч J

II 4 I!

г)

Рис. 3-4. М остиковая схема класса Н и эквивалентные ей схемы класса П .

Рис. 3-5. Бесконтактны е схемы, эквивалентные схемам б и в рис. 3-4.

Таким образом, при построении бесконтактной схемы по релейно­ контактной схеме, содержащей узлы с мостиковыми соединениями кон­ тактов (схема класса Н ), необходимо привести эти схемы к эквивалент­ ным схемам последовательно-параллельной структуры (схемы клас­ са П ).

Ниже рассматриваются несколько методов решения указанной за­ дачи, которые могут найти применение в практической работе.

Методы выделения цепей, проходящих через начальные или конеч­ ные элементы. На рис. 3-6,а представлена исходная релейно-контакт­ ная мостиковая схема. Разложение может быть произведено как по на­ чальным, так и по конечным элементам схемы. В качестве начальных элементов могут быть приняты, например, элементы g и X, а в качест­ ве конечных — элементы а и Ъ.

Для получения последовательно-параллельной структуры, по кото­ рой могут быть составлены структурные формулы, например для эле­ ментов X и У, можно разложить исходную схему на рис. 3-6,а по на­ чальным элементам так, как это показано на рис. ,3-6,6. На схеме вы­ черчены отдельные цепи питания элементов X и У.

Так как в схеме все еще имеются мостиковые соединения, то ее следует снова разложить по начальным элементам. В данном случае элементы d и / будут начальными элементами для цепи элемента X, а е и f — для цепи элемента У.

Полученная в результате разложения схема представлена на рис. 3-6,6. Как видно из рисунков, при разложении схемы по начальным элементам получается столько параллельных цепей, сколько имеется в схеме начальных элементов. Каждая параллельная цепь строится для одного начального элемента; в местах включения других началь­ ных элементов в цепи делаются разрывы.

Рис. 3-6. Пример разложения м остиковой схемы по начальным элементам.

При разложении схемы по конечным элементам производятся те же операции, только с другого полюса схемы.

По схеме на рис. 3-6,в можно записать структурные формулы, не­ обходимые для построения бесконтактной схемы:

X = (а + be) d. -f- (ас -j- Ъ) e f ;

Y = (a-{-bc)dfg-{- (a c + b ) eg — g[(a + bc)df-\-(ac-\-b) e\.

Метод записи структурных формул для всех возможных цепей включения элементов. Этот метод уже был ранее применен к схеме на рис. 3-4,а. Применение этого метода к схеме на рис. 3-6,а для всех воз­ можных цепей включения элементов X и У и выполнение равносиль­ ных преобразований полученных структурных формул приводят к сле­ дующим выражениям:

■Х = ad-\-bcd-\-(a-\-bc)d-\r b ef-\-ac~ef-\~{ac-\-b)ef—

— (a -j- be) d -j- (ас -f- b) e f;

Y=[be-\ -ace-\ -(ac^b)e-\ -adf-\ -bcdf-\~ (a-\-bc) d f)g =

= [(« + b) H - (a + be) df] g.

68

Полученные формулы одинаковы с найденными первым методом. При более сложных схемах преобразования могут быть довольно тру­ доемкими.

Метод «сечений». Метод выделения цепей, проходящих через на­ чальные и конечные элементы, достаточно прост, однако иногда он мо­ жет потребовать проведения ряда преобразований схем, особенно когда

изложенным в [13]. Общее ал­ гебраическое выражение будет представлять собой логическую сумму

выражений, записанных для каждого сечения в отдельности.

На рис. 3-7 приведена мостиковая схема включения элементов X и

Y.Эти элементы не срабатывают при последовательном их включении

вцепь и не шунтируют друг друга при параллельном соединении. Ка­ тушки элементов X и Y рассчитаны на полное напряжение.

При записи алгебраического выражения для цепей элемента X на рис. 3-7 возможны три сечения схемы, проведенные пунктиром сверху вниз через этот элемент.

Алгебраические выражения в этом случае записываются в соот­ ветствии со следующим правилом: в местах сечения предполагаются разрывы в схеме и для остальной части схемы записывается алгебраи­ ческое выражение, как для ранее рассмотренных схем класса П, к по­ лученному выражению со знаком конъюнкции приписывается конъюнк­ ция инверсий переменных, попавших в данное сечение.

записать.

для сечения 1

d (a + bc) (f +ёУ) = d ( a + bc) (f + ё0) —

= d f ( a + bc);

для сечения 2

cba (f -f- eY) = cba(f -j- e 0 ) = abcf;

для сечения 3

eY {a -f-be) f = e 1 (a -f- be) f = ef {a -f- be).

Общее выражение для цепей включения элемента X будет:

X = df (а -|- be) -f-abcf -f- ef (a -f- be).

После равносильных преобразований

X = f ( a + b c ) (d + e + bc).

69

3-4. ПРИМЕР ПОСТРОЕНИЯ БЕСКОНТАКТНОЙ ЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПАССАЖИРСКИМ ЛИФТОМ

На рис. :3т8 представлена релейно-контактная схема управления пассажирским лифтом пятиэтажного здания, которая принята в основу при разработке схемы из бесконтактных логических элементов. Проектирование ведется в соответствии с мето­ дикой, изложенной в § 3-1.

Группировка и обозначение сигналов (словарь обозначений)

Входные сигналы схемы

ai_5 — сигналы о состоянии дверей шахты, появляющиеся в результате срабатывания последовательно включенных дверных контактов всех дверей шахты 1Д1П— 5ДШ.

Ь1_5 — сигналы о состоянии замков шахтных дверей, появляющиеся в результате сра­ батывания последовательно включенных контактов всех дверных замков 1ДЗ— 5ДЗ.

С! — сигнал о состоянии контакта пола 1ПК. Сг — сигнал о состоянии контакта пола 2ПК.

rfi — сигнал о состоянии контакта дверей кабины Д/С dz — сигнал о состоянии контакта ловителя КЛ.

йз — сигнал о состоянии контакта устройства, контролирующего натяжение канатов

спк.

di — сигнал о состоянии контактов кнопки Стоп. db — сигнал о состоянии выключателя питания ВП.

di — сигнал о состоянии контактов натяжного устройства ДНУ.

di — сигнал о состоянии конечного выключателя движения лифта вниз ВКН.

70