5. Бесконтактные логические элементы

Бесконтактные логические элементы используются при реализации различных логических законов управления и для осуществления бло­кировок и защит в ЭП. Они долговечны, так как не имеют движущих­ся механических частей, отличаются высоким быстродействием, не­большими массой, габаритными размерами, энергопотреблением и ма­лой чувствительностью к вредному влиянию окружающей среды. Наи­больший эффект их использования достигается при создании схем уп­равления средней сложности, когда число контролируемых и преоб­разуемых сигналов составляет несколько десятков.

Логический элемент выполняет те же функциональные операции, что и электромагнитное контактное реле. Он имеет два устойчивых состояния - «включено» и «выключено», которые обозначаются со­ответственно цифрами 1 и 0.

Для электромагнитного реле цифра 1 обозначает, что его контакт замкнут, а цифра 0 - разомкнут. Для бесконтактного логического элемента цифра 1 указывает на наличие напряжения на его выходе, а цифра 0 - на отсутствие. Аналогично обозначаются и входные сиг­налы элементов. Обозначим входные сигналы логических элементов, условные схемы котрых приведны на рис. 10.20, буквой X, а выход­ные - У и рассмотрим простейшие логические операции и элементы.

Логический элемент НЕ выполняет операцию отрицания (инвертирования). При наличии входного сигнала, т.е. при X = 1, выходной сигнал отсут­ствует (У = 0), а при отсутствии входного сигнала (X = 0) выходной сигнал У = 1.

Логический элемент ИЛИ. Сигнал на выходе этого элемента появляется при наличии хотя бы одного входно­го сигнала Х_х или Х₂.

Операция ИЛИ может выполняться для любого числа входных сигналов.

Логический элемент И. Сигнал на выходе этого элемента У = 1 появляется только в том случае, когда оба входных сиг­нала равны 1. В остальных случаях

У = 0.

Логический элемент ИЛИ – НЕ. В этом более слож­ном элементе при наличии хотя бы одного сигнала на входе (Х_{, Х₂= 1) сигнал на выходе Y = 0, а при отсут­ствии входных сигналов (X_v Х₂ = 0) выходной сигнал Y = 1.

К

Рис. 10.21

роме рассмотренных примеров логические элементы могут выполнять запоминание уровня входного сигнала (операция ПАМЯТЬ), бло­кировку (операция ЗАПРЕТ), выдержку времени на включение и отключение электрических аппаратов и другие операции. Логичес­кие элементы могут иметь различное исполнение.

Транзисторные логические элементы в обычном и интегральном исполнении. Основой этих элементов служит простейший однокас­кадный усилитель (модуль), собранный по схеме с общим эмитте­ром (рис. 10.21). Схема работает следующим образом. В исходном положении, когда входной сигнал отсутствует (X = 0), транзистор VTзаперт положительным напряжением смещения (состояние отсечки транзистора) и на выходе усилителя (нагрузке R_h) напря­жение равно напряжению питания - U_n (Y = 1). При поступлении на вход усилителя входного сигнала отрицательной полярности тран­зистор открывается (переходит в режим насыщения) и напряжение на его выходе становится близким к нулю (Y = 0). Такой транзис­торный усилитель выполняет логическую операцию НЕ.

Логические элементы выпускаются в составе серии «Логика И», основой которой являются интегральные микросхемы серий К 155 и К 511.

Б азовым элементом серии «Логика И» является функциональ­ный элемент И - НЕ, схема которого показана на рис. 10.22. Его основой служит многоэмиттерный транзистор VT1 и три транзис­тора VT2, VT3, VT4 типа п-р-п. Если на все входы схемы - эмитте­ры транзистора VT1 - поданы положительные входные сигналы U_вх. = 1, то он будет открыт и на его выходе будет напряжение U_вых1 = 1. Если с одного из входов транзистора VT1 будет снят сиг­нал или на него будет подан низкий положительный по­тенциал, то транзистор закроется и напряжение на его выходе бу­дет U =0. Таким образом, вход ной каскад на транзисторе VT1.

осуществляет операцию И, а усилитель на транзисторах УТ2... УТ4- инвертирование сигнала Е/_вых1 (операцию НЕ) и обеспечение устой­чивой работы первого каскада.

В состав серии «Логика И», кроме логических, входят элементы согласования, времени и усилители.

Элементы согласования служат для связи логических элементов с другими аппаратами схем управления ЭП - кнопками, выключа­телями, реле, датчиками и т.д. Их основой является миниатюрное герконовое реле серии РПГ-6 с малым энергопотреблением и дос­таточно высоким быстродействием, которое обеспечивает и галь­ваническую развязку цепей управления.

Элементы времени обеспечивают выдержку времени от 0,01 до 10 с.

Усилители предназначены для управления по сигналам логичес­ких элементов исполнительными механизмами с потребляемой мощ­ностью до нескольких десятков Вт. Они выполняются на мощных транзисторах и имеют дискретный выход.

Расширение возможностей применения логических элементов осуществляется разработкой наборов универсальных логических модулей матричного типа и использованием программируемых кон­троллеров (см. гл. 11).

В большинстве схем управления на логических элементах исполь­зуется типовой узел «Память». Этот узел образуется соединением двух элементов ИЛИ - НЕ (рис. 10.23, а) и работает следующим об-

А2 кмг

разом. Допустим, что требуется запомнить информацию, характе­ризующуюся верхним уровнем дискретного сигнала U_BxX = 1, и иметь возможность «стереть» из памяти эту информацию. Запоминаемый сигнал U_bx1 = 1 подается на вход 1 первого элемента ИЛИ - НЕ. Так как элементы этого узла осуществляют функцию НЕ, то сигнала на выходе первого элемента не будет, а на выходе второго появится напряжение С/_вых. Этот сигнал по цепи обратной связи поступит на вход 2 первого элемента. Теперь сигнал включения t/_Bxl = 1 можно снять с входа 1, а сигнал на выходе узла С/_вых будет существовать сколь угодно долго.

Для «стирания» из памяти записанной информации надо подать сигнал U_bx2 - 1 на вход 4 второго элемента схемы, который снимет сигнал 1/_вых с его выхода, и память будет «очищена».

Рассмотрим типовой узел реверсивной схемы (см. рис. 10.23,6) уп­равления двигателем, реализованный на логических элементах. В нем использованы два узла «Память» (элементы 777... 774 ИЛИ - НЕ) и два согласующих усилителя А1 и А 2, от которых питаются катушки контакторов КМ1 и КМ2, обеспечивающие включение двигателя в условных направлениях его скорости «Вперед» и «Назад».

Включение двигателя осуществляется кнопками «Вперед»557 и «Назад» SB2, воздействие на которые запоминается соответствую­щими узлами памяти. При этом кнопки SB1 и SB2 взаимно забло­кированы, а нажатие кнопки SB3 («Стоп») приводит к отключению любого из включенных в данный момент контакторов КМ1 и КМ2.

Система управления двухдвигательным ЭП (см. рис. 10.23, в) на логических элементах выполняет следующие функции: включение двигателей М1 (контактор КМ1) и М2 (контактор КМ2) с помощью кнопок SB1 и SB2; отключение двигателей Ml при срабатывании конечного выключателя SQ1 и М2 при срабатывании выключате­ля SQ2; отключение двигателей кнопкой SB3 («Стоп»); блокиров­ку, запрещающую одновременную работу двух двигателей М1 и М2.

Схема рис. 10.23, в во многом повторяет схему рис. 10.23, б. Для размножения сигналов запрета в ней применяются диодные элемен­ты ИЛИ, входящие в состав серии логических элементов.

На рис. 10.23,г приведен типовой узел, с помощью которого мо­жет быть реализовано управление по принципу времени. В этой схе­ме узел «Память» представлен одним элементом, а логический эле­мент задержки времени обозначен ЭВ. Узел работает следующим обра­зом. При нажатии кнопки SB1 («Пуск») через усилитель А подается питание на катушку контактора КМ, который включает двигатель. Одновременно с этим сигнал поступает на вход элемента задержки ЭВ, который, отсчитав свою выдержку времени, включает реле КТ Это реле, в свою очередь, производит требуемые переключения в схеме уп­равления, в частности вызывает шунтирование пускового резистора.