книги из ГПНТБ / Вулконский Б.М. Теория автоматического управления учебное пособие

Г л а в а 7

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ РЕЛЕЙНО-КОНТАКТНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ

§ 34. ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Релейно-контактные схемы составляют первую и простейшую группу логических преобразователей" информации, закодированной в двоичном алфавите. Эти схемы представляют определенную ком­ бинацию из электромагнитных реле, реализующую ту или иную логическую функцию.

Полная аналогия между возможными состояниями контактов реле (замкнуто—разомкнуто) и возможными значениями простого высказывания (истинно—ложно) позволяет решать при помощи релейно-контактных схем логические задачи любой сложности. И если существуют какие-то ограничения в использовании релейно­ контактных схем, то это связано с их быстродействием и надеж­ ностью, но отнюдь не с логическими возможностями.

Вторую группу логических преобразователей двоичной инфор­ мации представляют неконтактные релейные схемы. Основными элементами, которые используются в неконтактных схемах, явля­ ются: электронные и ионные лампы, полупроводниковые приборы (диоды, триоды), магнитные усилители и магнитные реле. Выпол­ няя те же логические функции, неконтактные схемы обеспечивают1 большую скорость преобразования информации и в ряде случаев имеют большую надежность, чем схемы на контактных элементах.

Наличие двух групп логических схем не исключает возможно­ сти одновременного их использования при решении данной задачи. Больше того, в современных системах автоматического управления именно это и имеет место.

Неконтактные схемы так же, как и контактные допускают толь­ ко два дискретных состояния, поэтому обе эти группы схем объе­ диняются под общим названием релейных логических схем.

Структура любой релейной логической схемы определяется ре­ шаемой задачей, но, как правило, в ней можно выделить три функ­ циональные группы' элементов:

141

пр и е м н ы е э л е м е н т ы — эти элементы принимают внеш­ нюю информацию, т. е. реагируют на изменение параметров си­ гнала, воздействующего на схему;

пр о м е ж у т о ч н ы е — эти элементы служат для преобразо­ вания информации и передачи ее от приемных к исполнительным элементам;

и с п о л н и т е л ь н ы е — эта группа элементов ■служит для непосредственного воздействия на исполнительные органы систе­ мы, в составе которой функционирует данная логическая схема.

Рис. 25

Выделение этих трех групп элементов особенно удобно при ана­ лизе и синтезе сложных схем. В этом случае каждую группу мож­ но рассматривать самостоятельно, с собственным входом и выхо­ дом, выделив из совокупности условий, определяющих работу схе­ мы в целом, те, которые относятся к данной группе элементов (части схемы).

Рис. 26

По характеру переработки информации релейные схемы могут быть однотактными и многотактными.

Функции однотактных схем сводятся к однократному включе­ нию или отключению одного или нескольких (исполнительных эле­

142

ментов одновременно, при однократном внешнем воздействии на приемные элементы. В однотактных схемах промежуточные эле­

В многотактиых схемах предусматривается некоторая последо­ вательность работы исполнительных элементов во времени при однократном или последовательных воздействиях на приемные элементы, для чего необходимы промежуточные элементы. Связь элементов в многотактной схеме показана на рис. 26.

Ниже мы рассмотрим аналитические методы анализа и синтеза контактных и неконтактных релейных схем в отдельности, хотя, как будет видно позже, действительной необходимости в таком разделении нет. Эти методы по существу едины как для тех, так и для других схем и принятый нами порядок изложения пресле­ дует чисто методическую цель.

§ 35. СИМВОЛИЧЕСКАЯ ЗАПИСЬ СОЕДИНЕНИИ КОНТАКТОВ

Рассмотрим способ символической записи коммутирующих це­ пей, содержащих только контакты.

Условимся обозначать:

нормально открытые контакты малыми буквами

а, Ь, с, ... — для приемных реле;

р, s, k, .. . — для промежуточных реле; х, у, z, ... — для исполнительных реле;

нормально закрытые малыми буквами с чертой

а, Ь, с, ... — для приемных реле;

р, s, к, .. . — для промежуточных реле;

х, у, z, .. . — для исполнительных реле.

Два любых контакта могут быть либо разомкнуты, либо замк­ нуты. Обозначим эти два состояния 0 и 1, соответственно. Так,

если реле в состоянии покоя, то_а = 0 или а = 1 , если реле в ра­ бочем состоянии, то а = 1 или а = 0 .

Условимся последовательное соединение контактов записывать в виде произведения их символов, а параллельное — в виде суммы.

На рис. 27 и 28 показаны эти соединения и их символическая запись.

Цепь, состоящая из последовательно соединенных контактов, разомкнута, когда разомкнута хотя бы один контакт и замкнута, когда замкнуты оба контакта.

Цепь параллельно соединенных контактов разо:мкнута, если разомкнуты обе пары контактов и замкнута, когда замкнута хотя бы одна пара.

143

Очевидно, что комбинацией последовательного и параллель­ ного соединения нормально замкнутых и нормально разомкнутых контактов можно представить структурную схему соединения кон­ тактов любой сложности. Причем эта сложная цепь будет либо замкнута, либо разомкнута в зависимости от комбинации состоя­ ний составляющих ее отдельных контактов.

Если теперь отождествить замкнутое состояние цепи (контак­ та) со значением «истинно», а разомкнутое состояние — со значе­ нием «ложно», то получим полную аналогию с отправными опре­ делениями исчисления высказываний.

Простому высказыванию соответствует состояние нормально разомкнутых контактов: 1 — истинно, 0 — ложно.

Основные логические связи находят следующие воплощения:

Введенное символическое обозначение контактов, их состояний и комбинаций позволило, используя основные соотношения исчис­ ления высказываний, построить формальный математический аппа­ рат анализа и синтеза контактных схем — алгебру релейных схем.

§ 36 АЛГЕБРА РЕЛЕЙНЫХ СХЕМ

Алгебра релейных схем по своему содержанию преследует су­ губо прикладные цели. Это по существу определенный свод пра­ вил, позволяющий решать формально вопросы анализа и синтеза релейных схем. Алгебра релейных схем просто повторяет соотно­ шения системы исчисления высказываний, использующей три свя­

зи: Л) V? , но вкладывает в каждое понятие и связь свой кон­ кретный смысл.

Мы Ограничимся, здесь простым перечислением правил алгебры релейных схем, делая у каждого правила ссылку на соответствую­ щую формулу исчисления высказываний.

144

Т а б л и ц а 29

Приведем несколько примеров эквивалентных преобразований контактных соединений, иллюстрирующих основные правила.

Правило 1 (табл. 29)

&

Правило 2 (табл. 29)

л.

-й .

146

Правило 1 (табл. 30)

А .

Правило 2 (табл. 30)

а '

1

Правило 5 (табл. 30)

а_

Л.

Правило 6 (табл. 30)

-о i

Кроме основных, сведенных нами в таблицы, в алгебре релей­ ных схем используются и другие эквивалентности. Наиболее упо­ требительны из них следующие:

Например:

a (a - f - 6 ) = a; а{а + b) = ab\

*

147

динений контактов реле.

Перечисленные правила справедливы во всех случаях, незави­ симо от очередности работы реле и.контактов во времени. Учет очередности работы позволяет получить дополнительные правила. Эти правила отражают неиспользуемые или невозможные состоя­ ния схемы и позволяют выявить некоторые комбинации соедине­ ний контактов, которые без ущерба могут быть заменены постоян­ ным разрывам или постоянным соединением цепи. Правила алгеб­ ры релейных схем с учетом очередности работы реле сведены в

148

Таблица 34

Реле 1 и 2 одновременно не бывают в рабочем положении

§ 37. ЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ РЕЛЕЙНО-КОНТАКТНЫХ СХЕМ

Символическая запись релейно-контактной схемы в целом не многим отличается от записи соединений контактов.

Обозначение обмоток реле и других элементов схемы вводятся по тем же правилам, как и для контактов. Обмотки реле будем обозначать большими буквами:

А, В, С, ... — для приемных реле;

Р, S, К, . . . — для промежуточных реле;

X,Y, Z, ... — для исполнительных реле.

Обозначения других элементов схем будем вводить, придержи­ ваясь общепринятой символики.

Так, например, логическая функция схемы управления реле, изображенной на рис. 29, запишется в виде F — R (a + X ) .

Если А в рабочем состоянии, то а = 1 и F — Р, если в положе­

что цепь замкнута через этот элемент. Обмотка некоторого реле получает' питание, если при подстановке в правую часть логиче-

149