книги / Проектирование бесконтактных управляющих логических устройств промышленной автоматики
..pdf. 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.
Пример 3-1. На рис. 3-1,о дана |
ре |
лейно-контактная схема, которую необхо |
|
димо преобразовать в бесконтактную. |
Рис. 3-1. Схема к примеру 3-1. |
6 3
Сначала производится запись структурной формулы для контактов цепи включе ния исполнительного элемента Z:
Z— [ (я-j d) b-'r z] с.
Этой формуле соответствует бесконтактная схема из логических элементов И, ИЛИ, НЕ, представленная на рис. 3-1,6. Полученную схему можно упростить, приме няя, например, элемент, осуществляющий логическую функцию ЗАПРЕТ (рис. 3-1,в). Число элементов в схеме при этом вместо пяти стало четыре.
Пример 3-2. Исходная релейно-контактная схема управления силовой головкой станка приведена на рис. 3-2,а [41]. Требуется составить структурную схему из бес контактных логических элементов.
Рис. 3-2. Релейно-контактная схема к примеру 3-2.
В соответствии с методикой (§ 3-1) производится разделение элементов релейноконтактной схемы и соответствующих им сигналов на входные, выходные н промежу точные.
Входные\ сигналы: |
|
|
а — реле автоматической работы |
РАР |
|
b — реле цикла |
РЦ |
|
с — путевой |
переключатель подачи |
КП |
d — путевой |
переключатель исходногоположения |
КИ |
е — путевой |
переключатель обратногохода |
КОХ |
Выходные сигналы: |
|
|
Z — контактор ускоренного подвода |
КУП |
|
Y — контактор ускоренного отвода |
КУО |
|
X — контактор рабочей подачи |
КРП |
|
V — муфта рабочей подачи |
МРП |
|
U — тормозная муфта |
МТ |
|
Промежуточные сигналы |
|
|
Р — реле обратного хода |
РОХ |
На рис. 3-2,6 показана релейно-контактная схема с указанием принятых обозна чений элементов. Такую схему, облегчающую запись структурных формул, делать, однако, не обязательно. Можно составить алгебраические выражения непосредственно по схеме рис! 3-2,а, надписав возле элементов схемы присвоенные им символы.
По схеме рис. 3-2,6 составлены структурные формулы
Z—a(b+ z)cy; У= (apdz) ;
Х—арс; V=x\ U==zAry\ Р=П>(е-\-р).
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:
/(*) = |
« (6-\-z)cy= a(b-\-z) с + |
г/=+а |
| |
(6+ |
2)] (с |
1 г/) = |
|
||||||||||||
= [(« I |
а) |
I |
Ф | |
z)](c 1 |
у) — {[(а |
j. а) Г(Ь \ г)] |
] |
[(а j |
а) | |
(6 |
j. г)]} j |
||||||||
|
|
|
|
|
|
И (с 1 |
У ) |
I |
(с + |
г/)]; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/(у ) = |
a p d z = |
a p d + |
z = а р (d |
| |
|
г) = |
[(а;1 |
а) \ |
( р |
\ |
p ) ] ( d | г) = |
||||||||
=••!(« |
I |
а) 1 (Р 1 Р)\ I Ка I |
а)I {Р |
I f/7)] |
1 |
[(d |
l |
z) |
1 |
(d |
1 г)]; |
||||||||
|
|
|
f{x) = d~pc = acp = [(a| |
a) | |
(c | |
c)] (p | p) = |
|
|
|||||||||||
= |
{[(« |
1 a) |
1 (с 1 с)] |
l [(a [ |
a) j |
(c j |
c)}} [ |
[(p j |
p)\{pj |
p)]; |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
f(v) = x; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
/(«) = |
2 + г/ = ( 2 |
i y) |
1(2 |
1 y)\ |
|
|
|
|
|
||||||
|
f (P ) = b ( e + p ) = b ( e - f p ) = b | (+ + > ) = 6 j. (e j p ) . |
|
|||||||||||||||||
Для |
второго случая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
f ( z )= a (b - \ -z )cy = |
a -\ -b -\ -z -\ -c-\ -y \ |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
f (У) = |
a p d z = a -+ |
p |
+ |
d + 2 ; |
|
|
|
|
|
|
|
/ (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-
5 — 8 5 6 |
0 5 |
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.
5 * |
67 |
|
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
рассматриваемый |
элемент |
|
|||||
включен |
в |
середине |
схемы. |
|
|||
Для |
выявления |
цепей включе |
|
||||
ния такого элемента в этих |
|
||||||
случаях |
целесообразно |
поль |
|
||||
зоваться |
методом «сечений». |
|
|||||
|
По |
этому |
методу |
через |
|
||
рассматриваемый |
элемент про |
|
|||||
водятся |
все |
возможные |
сече |
|
|||
ния схемы. Для каждого сече |
|
||||||
ния |
записывается |
алгебраиче |
|
||||
ское |
выражение |
включения |
Рис. 3-7. 'П рим ер разложения мостиковой |
||||
данного элемента по правилам, |
схемы методом «сечений». |
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.
Учитывая, |
что при составлении _структурных |
формул для |
элемен |
та X выходная |
переменная У =0 и У = 1 (в этом |
же сечении), |
можно |
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.
da — то же для движения вверх ВДВ. |
вызова и электродвигателя привода |
|||
е — сигнал о состоянии выключателя кнопок |
||||
дверей при управлении лифтом из машинного помещения ВМП. |
|
|||
fi-a — сигналы о включении кнопок приказа 1КП—5X77. |
|
|
||
gi_5 — сигналы о включении кнопок вызова 1КВ—5КВ. |
на |
Соответствующем |
||
hi- з — сигналы от индуктивных датчиков о нахождении лифта |
||||
этаже 1ДС—5ДС. |
|
|
осуществления точной |
|
k — сигнал о подходе лифта к соответствующему этажу для |
||||
остановки ДТО. |
|
|
|
|
I — сигнал о нажатии кнопки Спуск, |
|
|
|
|
m — сигнал о нажатии кнопки Подъем. |
|
|
|
|
п — сигнал о включении переключателя цепей управления ПР-2. |
|
|
||
Объединение нескольких входных переменных |
одним, эквивалентным им сигналам |
|||
а = |
а 1 а2 а 3 д4 д5; |
|
(3-1) |
|
Ъ |
bt \ Ь3 bi |
5,; |
|
(3-2) |
d = (Г, + </,) d2 d3d4 |
dt, d1 d8, |
|
(3-3) |
|
|
c = c2e. |
|
|
(3-4) |
Выходные сигналы схемы |
|
|
||
X — сигнал на включение контактора большой скорости Б. |
|
|
||
Y — сигнал на включение контактора малой скорости М. |
|
|
||
Z — сигнал на включение контактора Вверх В. |
|
|
|
|
W — сигнал на включение контактора Вниз Н. |
|
|
|
|
Промежуточные сигналы схемы |
|
|
||
Р1— сигнал контроля состояния дверей РКД. |
|
|
|
|
Рг — сигнал блокировки пуска РБП. |
|
|
|
|
Рз — сигнал контроля запирания замков шахтных дверей РКЗ. |
и срабатывания пре |
|||
Pt — сигнал контроля наличия напряжения в цепях управления |
||||
дохранительных устройств PH. |
|
|
|
|
Рз — сигнал управления движением вверх РУБ. |
|
|
|
|
Рв — сигнал управления движением вниз РУН. |
|
на |
малую Р З . |
|
Р з — сигнал замедления для переключения с большой скорости |
||||
Р з — сигнал о нормальной работе Р Н Р . |
|
|
|
70