5. Логическое управление (лу)

5.1 Булева алгебра

В системах логического управления оперируют с двумя параметрам, которые могут принимать значения 0, 1. Эти переменные условны (абстрактны), но хорошо иллюстрируют множество состояний для систем логического управления (ЛУ). Например, «выключить» - (0), «включить» – (1); в интегральных цифровых схемах используются два уровня напряжения О - (0) и 5 вольт – (1) и т.п.

Б улева алгебра и основные ее функции хорошо иллюстрируются работой переключателей. Переключатель Х может иметь два положения:

1) разомкнутое, как показано на рис. 14 (Х=0),

2 ) замкнутое Х=1. Тогда значения f приведены в таблице истинности:

Рис. 14

Функция «и»

З начения выходной функции f будет определятся из 4-х возможных сочетаний х,у.

Рис.15. f =1 в том случае, если х=1 и у=1

Функцию И называют функцией умножения и записывают

f = x  y

Функция « ИЛИ»

Рис.16.

На рис.16 два переключателя включены в параллельную схему. Тогда f = 1 в случае, если или х = 1; или у = 1; или х = 1 и у = 1.

Функция ИЛИ – функция операции сложения

f = x + y

Функция НЕ – отрицание

Рис.17

Функция НЕ выполняет операцию дополнения (инверсия) ;

Задание: изобразить переключатель и таблицу истинности.

О твет:

Указанные три функции являются основными, т.к. позволяют создать остальные возможные функции 2-х переменных. Их количество ограничено и равно 16. В общем случае их количество для n переменных равно: 2²ⁿ.

Существует методика преобразований (использование теории карт Карно) для упрощения булевых функций, а, следовательно, создаваемых схем ЛУ [14].

Рассмотрим пример разработки схемы логического управления с использованием наглядных циклограмм. Основой для построения циклограммы является последовательность работы во времени элементов механизма.

На рис.18 предложена циклограмма абстрактного механизма, где Х₁ и Х₂ - входные сигналы, Y₁ – Y₄ - выходные сигналы. Высокий уровень – 1, отсутствие сигнала = 0.

Рис 18.

Выходной сигнал Y₁ действует во время присутствия входных сигналов Х₁ или Х₂, т.е. Y₁ = Х₁ + Х₂. Сигнал Y₂ появляется, если присутствует входной сигнал Х₁ и отсутствует Х₂, т.е. Y₂= Х₁ X₂. Выходной сигнал Y₃ присутствует при одновременном действии сигналов Х₁ и Х₂,т.е. Y₃ = Х₁ Х₂. Сигнал Y₄ присутствует во всех случаях, кроме совместного действия Х₁ и Х₂, т.е. Y₄ = . Интенсивность роста и уменьшения сигналов условно показана небольшой. В сложных схемах этот параметр учитывают, чтобы избежать «гонки контактов», т. е. неоднозначности в моментах включения – выключения элементов управления.

5.2. Релейно-контактные схемы

Для решения задач ЛУ в машиностроении чаще всего используются релейно-контактные схемы (РКС), несмотря на достижения в области силовой полупроводниковой техники.

Основным элементом РКС является электромагнитное реле (рис.19). Возможны и другие виды реле, например, пневматического действия, но они имеют ограниченное применение. Достоинства реле: 1) это мощные усилители, способные передавать большие токи и напряжения; 2) надежность и простота в монтаже, обслуживании; 3) возможность дистанционного управления; 4) обеспечение «нулевой» защиты, т.е. после кратковременного отключения энергии, источники требуют повторных операций по их включению – это исключает аварийные ситуации.

На рис. 19 показана упрощенная схема электромагнитного реле.

Рис.19.

При подаче управляющего напряжения _y, например, с помощью кнопки «Пуск» кнопочной станции, подвижное ярмо опускается вниз и создает цепи, Сс. Аа, Bb При отключении питания _y под действием пружины ярмо отходит вверх и контакты размываются.

Кнопочные станции обычно имеют две группы контактов – нормально разомкнутые (открытые) и нормально замкнутые (закрытые) (рис.20).

Рис.20.

Это означает, что для замыкания Н.О. контакта необходимо управляющее (физическое для кнопочной станции) воздействие. Причем без подачи этого воздействия контакт находится в открытом (разомкнутом) положении. Н.З. контакт без подачи воздействия всегда замкнуты, а размыкаются в противном случае. Например, на схеме реле показаны три нормально открытых контакта.

Путевой датчик широко используется в станочной автоматике (рис.21), также имеет группы Н.О. и Н.З. контактов.

Рис.21.

Упрощенная схема включения асинхронного 3-х фазного электродвигателя с реверсированием показана на рисунке 22. а) – схема управления, б) – силовая схема подключения электродвигателя Д.

а) б)

Рис. 22

Цепь управления имеет 2-а реле (пускатели) с катушками управления РВ и РН для пуска двигателя вперед РВ и назад РН. Нажимая кнопку пуска, ПВ подает V_y на РВ, включается реле и его контакты КВ на двигателе ( рис. 22, б) и контакт управления КВ параллельно ПВ (рис 22 а). Этот контакт КВ ставит РВ на самопитание, поэтому отпустив кнопку пуска ПВ (размыкая верхнюю параллельную ветвь) мы не обесточим РВ. Контакты нормально закрытые КН, КВ включены перед РВ, РН для блокировки от случайного включения двигателя назад при движении вперед, и наоборот. Для реверсирования асинхронного 3-х фазного двигателя необходимо поменять 2-е фазы, что показано на рис.22 (б).

Пример управления силовой инструментальной головкой (ИГ) с электромеханическим приводом подач на две муфты – рабочего хода (МРХ) и быстрого хода (МБХ) ( рис 23).

путевые датчики 1,2,3

Рис. 23

Рассмотрим схему включения по алгоритму (рис 24).

Рис. 24

Для реализации алгоритма расставим путевые датчики ПД1, ПД2, ПД3 в т. 1,2,3.

РКС для данного алгоритма показаны на рис. 25 – схема управления, рис. 26 – управление электромагнитными муфтами рабочего и быстрого хода. Для подключения и реверсирования двигателя при движении инструментальной головки вперед (замыкаются контакты КВ) и назад (замыкаются контакты КН),используется силовая схема, представленная ранее на рис. 22 (б).

Рис. 25

Цепи а, b отвечают за движение ИГ вперед (а) и назад (b). Смена направления происходит после контакта ИГ с путевым датчиком ПДЗ. Размыкаясь, он отключает РВ (цепь а), а Н.О. контакт ПДЗ в цепи b включает РН и движение назад, которое продолжается до соприкосновения ИГ с ПД1.

Третья цепь С предназначена для управления муфтами, т.е. режимами работы ИГ.

КУ КУ

МРХ МБХ

Рис.26.

Как видим из алгоритма работы, рабочий ход должен быть включен при движении вперед от 2 до 3 точки. Это выполнит путевой датчик ПД2, шунтированный контактом КУ реле управления с катушкой РУ в цепи с. Для отключения РУ в т. 3, а соответственно муфты МРХ (рис. 26) можно использовать три варианта управления цепью с: Н.О. – КВ; Н.З. – КН; Н.З. ПДЗ. Предпочтительны первые два варианта, так как предотвращают включение РУ от ПД2 при движении назад. По алгоритму от т.3 до 1 должен выполняться быстрый ход ИГ, а, следовательно необходимо иметь отключенным РУ и тогда Н.З. контакт РУ будет держать включенным МБХ от т. 3 до 1 (рис. 25,26)