розділ2

Дисципліна «Автоматика»

При нормальному навантаженні на двигун ці контакти замкнуті. При перевантаженні двигуна теплові реле спрацьовують, розмикаючи свої контакти КА1 і КА2, які у свою чергу переривають подачу напруги від мережі на обмотку контактора КМ1 або КМ2, внаслідок чого робочі контакти того або іншого контактора розмикаються і двигун зупиняється.

4. В автоматиці, телемеханіці, обчислювальній техніці і зв'язку часто необхідно послідовно підключати керовані (виконавчі) кола. Для виконання вказаної задачі застосовуються електромеханічні, релейні і електронні

електромагнітами постійного струму або електродвигунами. В техніці найбільше розповсюдження отримали розподільники, які приводяться в рух електромагнітами постійного струму. Такі розподільники в літературі частіше за все називаються кроковими шукачами з електромагнітним приводом. Кроковий шукач так само, як і реле, є пристроєм дискретної дії. Він містить щітки (рухомі контакти), які під дією управляючого сигналу, що подається на обмотку електромагніту, здійснюють послідовне перемикання керованих кіл. У кожного шукача є також і нерухомі контакти, які розташовуються по дузі кола в декількох контактних рядів, утворюючи при цьому контактні поля, причому кожний контактний ряд має свою щітку. Контактні поля виконуються не на повне коло, а на половину (1800) або третину (1200) кола. Число контактів на одному полі буває від 11 до 50, а число контактних рядків від 2 до 8. Швидкість перемикання щіток складає від 1 до декількох десятків кроків у секунду. Вона обмежена інерційністю електромагніту. Швидкість руху щіток, що рекомендується, – 10-11 кроків у секунду. Потужність, споживана електромагнітом, рівна 50-70 Вт.

За принципом дії крокові шукачі діляться на два види: прямої дії і зворотної. Як приклад розглянемо конструкцію крокового шукача зворотної дії, принцип роботи якого полягає в наступному. Переміщення щітки 4 по нерухомих контактах 3 здійснюється за рахунок поворотної пружини 9, володіючою достатньою пружністю для створення зусилля, яке необхідне для пересування щітки. При подачі управляючого сигналу на обмотку електромагніта 2 якір 1, долаючи дію поворотної пружини 9, притягується і собачка 7 ковзає по зубцях храпового колеса 5, не входивши з ним у зацепління.

При цьому у пружині 9 запасається енергія.

При знятті управляючого сигналу пружина 9, Рисунок 1.5.3 переміщаючи собачку 7, повертає завдяки упору 8

храпове колесо 5 на один зубець і щітка 4 переходить на наступний нерухомий контакт 3, перемикаючи подальше кероване коло. У момент тяжіння якоря храпове колесо 5 і шітка 4 утримуються стопорною собачкою 6.

Розділ 2. «Елементи автоматики»

Якщо в кроковому шукачі зворотної дії перемикання керованого кола відбувається на початку паузи (після зняття управляючого сигналу), то в кроковому шукачі прямої дії перемикання керованого кола здійснюється на початку подачі управляючого сигналу, тобто щітка 4 пересувається у той момент, коли якір 1 притягується до сердечника електромагніту.

Промисловість випускає такі типи крокових шукачів: ШИ-11,

ШИ-17, ШИ-25/4, ШИ-25/8, ШИ-50/2, ШИ-50/4, ШИВ-25/4, ШИВ-25/8,

ШИВ-50/2, ШИВ-50/4 (буква В означає вібростійкий) і ін.

2.5.2 БЕЗКОНТАКТНІ ПЕРЕМИКАЮЧІ ПРИСТРОЇ

1.Загальні відомості про безконтактні пристрої керування.

2.Основні положення алгебри логіки. Логічний елемент.

3.Реалізація безконтактних перемикаючих пристроїв.

4.Схеми керування нереверсивним двигуном.

1.Контактні апарати керування володіють цілими рядом недоліків:

-рухомі частини при частому включенні порівняно недовговічні, що викликає велике число відмов і збоїв у роботі;

-час спрацьовування помітно впливає на швидкодію всієї схеми автоматики;

-вимагають профілактичних оглядів, регулювань або частої заміни.

В даний час разом з контактними апаратами використовуються безконтактні пристрої, які як правило, не мають рухомих частин. В процесі роботи їх електричні кола не розриваються (звідси назва «безконтактні»), а сигнали керування виникають унаслідок дискретної зміни параметрів установчих елементів, з нелінійними статичними характеристиками (транзистори, діоди і т.п.). Ці апарати керування – транзисторні чи магнітні логічні елементи чи схеми з тиристорами. Безконтактні пристрої більш надійні, ніж контактні електромеханічні апарати, мають високу швидкодію, але більш чутливі до зовнішніх електричних перешкод і дії температури. Вплив вказаних недоліків можна значно понизити правильною побудовою схем безконтактних пристроїв.

Безконтактні пристрої, як і контактні апарати, володіють дискретною дією, тобто характеризуються двома станами, відповідними поняттям «включено» і «вимкнено». Під станом «включено» у безконтактних пристроїв розуміється стан, коли на їх виході є сигнали з необхідними параметрами (напруги або струму). Відсутність напруги і струму на виході відповідає стану «вимкнено».

Найбільш поширені в схемах керування логічні елементи, на основі яких будується логічна частина системи керування, де залежно від вхідних сигналів з'являються відповідні вихідні. Вихідні сигнали через підсилювач поступають на виконавчі пристрої.

Безконтактні схеми можуть бути зібраний за допомогою логічних елементів, що виконують елементарні логічні функції.

Дисципліна «Автоматика»

2. На рисунку 2.5.4,а показана послідовність імпульсів імпульсної АСР. На певних тимчасових позиціях або є імпульси, або їх немає. На рисунку 2.5.4,б на статичній характеристиці видно, що вихідна величина приймає два фіксовані значення – включено, вимкнено – так, ні. На рисунку 2.5.4,в показаний цифровий двоїчний код – цифра 5, представлений певним набором нулів і одиниць.

Рисунок 2.5.4

Таке представлення сигналів відповідає представленню чисел (сигналів) в алгебрі логіки, яка є розділом математики. Вона ґрунтується на взаємообумовленості істинних (достовірних) і помилкових думок або висловів.

Прості думки представляються елементарними функціями, що складаються з двох аргументів (змінних): істинно – помилково або та – ні, які можуть бути позначений різними умовними математичними символами. Загальноприйнятими знаками вважаються 1 – для запису істинних і 0 – для помилкових думок.

З елементарних логічних функцій можуть бути складений складні логічні функції. В теорії алгебри логіки розроблені теореми, по яких проводиться перетворення логічних функцій на основі законів – перемістительного, сполучного, інверсії і інших.

Для функції У = f (Х1,Х2) з 16 логічних функцій виділимо п'ять типових

Ці типові функції зв'язані в так звану таблицю істинності станів логічних змінних (таблиця 2.5.1).

Двохзначні логічні функції легко реалізуються двохпозиційними елементами з двома стійкими станами – контактними і безконтактними – логічними елементами.

Розділ 2. «Елементи автоматики»

Таблиця 2.5.1 – Стан логічних змінних (таблиця істинності).

Логічний елемент – елемент дискретної дії, що виконує перетворення керуючого сигналу відповідно до законів алгебри логіки.

Переваги контактних елементів (реле) – відсутність гальванічного зв'язку між входом і виходом та можливість одночасно комутувати декілька кіл з відносно великими струмами. Недоліки реле – знижена надійність контактних з'єднань і мала швидкодія через електромагнітну і механічну інерційність. Тому контактні реле застосовуються в основному як вхідні і вихідні роздільники і комутуючі пристрої, а також в схемах автоматики з невеликим числом перемикань в одиницю часу.

Безконтактні логічні елементи володіють високими надійністю і швидкодією. Широко застосовуються в сучасних системах автоматики з великим числом логічних операцій на короткому інтервалі часу

Вхідна Х і вихідна У змінні логічного елемента приймають тільки одне з двох значень: логічний нуль (низький рівень сигналу) або логічну одиницю (високий рівень сигналу).

На рисунку 2.5.5 зображена характеристика управління логічного елемента. Заштриховані зони вхідної і вихідної напруги, відповідні значенням 0 і 1 логічних переміщень Х і У.

Логічному нулю відповідає напруга Uвх(0)= Uвых(0) 0,1Uпит. Для логічної одиниці Uвх(1)= Uвых(1)> 0,8Uпит.

Рисунок 2.5.5

На рисунку 2.5.6 показана релейна реалізація логічних елементів контактного типу і умовні позначення безконтактних логічних елементів.

Рисунок 2.5.7

В початковому стані діоди замкнуті. Якщо хоча б на один вхід подана позитивна напруга, відповідна логічній одиниці, то відповідний діод відкриється і через нього потече струм. На виході з'явиться сигнал логічної одиниці, рівний падінню напруги на резисторі.

Схема на рисунку 2.5.7,б реалізує операцію І. В початковому стані діоди відкриті і на виході низький потенціал, відповідний логічному нулю. Якщо на обидва входи подані одночасно позитивні імпульси або позитивні перепади напруги, то діоди закриваються і на виході з'являється високий потенціал, відповідний логічній одиниці (У=Uпит).

Логічна операція НІ реалізується інвертором (рис. 2.5.8,а). В початковому стані транзистор замкнутий, оскільки потенціал бази практично рівний нулю (база через внутрішній опір джерела вхідних сигналів приєднана до корпусу) У=Uпит (У = 1). При подачі на вхід транзистора позитивного перепаду напруги транзистор відмикається і на виході системи з'являється У=0, оскільки встановлюється низький потенціал.

У схемі на рисунку 2.5.8,б два замкнуті транзистори включено послідовно. Якщо на входи одночасно подати позитивний перепади напруги, то транзистори

Розділ 2. «Елементи автоматики»

відкриються і на виході встановиться низький потенціал. Реалізується операція І-

НІ.

Рисунок 2.5.8

Електрична схема, яка реалізує функцію АБО-НІ, зображена на рисунку 2.5.8,в. Вона складається з двох транзисторів із зв'язаними колекторами і загального резистора колектора. В початковому стані обидва транзистори замкнуті і на виході є сигнал логічної одиниці (У=1). Якщо хоча б на один вхід подати позитивний сигнал, то відповідний транзистор відкриється і на виході схеми потенціал знизиться У=0.

4. Як приклад розглянемо дві схеми керування нереверсивним електродвигуном: релейно-контактну (рис.2.5.9,а) і схему, виконану на безконтактних елементах (рис.2.5.9,б). При роботі за схемою, показаній на рисунку 2.5.9,а включення контактора здійснюється кнопкою SB1 «Пуск», при натисненні на яку замикаються її розімкнений контакт і ланцюг живлення котушки пускача КМ. Пускач КМ головними (силовими) контактами КМ2 (рис. 2.5.9,в) підключає двигун РД до мережі. При цьому ротор двигуна почне обертатися. За допомогою блокувального контакту КМ1 напруга на котушці утримується і після того, як кнопка SB1 відпущена (її контакт розімкнеться). Для зупинки двигуна напруга з котушки контактора повинна бути знятий. Цього може бути досягнуто натисненням на кнопку SB2 «Стоп» (розмиканням її контактів) або розмиканням контактів теплового реле КК (останнє спрацьовує при тривалому перевантаженні двигуна).

При управлінні пускачем КМ з використанням логічних елементів (рис. 2.5.9,б) в початковому стані схеми пускач відключений.

При натисненні на кнопку SB1 виникає сигнал на вході елемента 2. Сигнал на його виході, що з'явився, поступає на вхід елемента 3, до виходу якого підключена котушка пускача КМ. Під дією вихідної напруги в котушці починає протікати струм, достатній для спрацьовування пускача. При відпуску кнопки SB1 схема залишається в роботі, оскільки елемент 2 «запам’ятав» вхідну команду. Зняття вихідного сигналу у елемента 2 здійснюється натисненням на кнопку SB2 або розривом контакту КК теплового реле. При розриві хоча б одного з вхідних ланцюгів елемента 1 на його виході з'являється сигнал, що поступає на вхід Х2, за допомогою якого тригер (елемент 2) переключається, і сигнал на його виході зникає, що приводить до знеструмлення котушки пускача КМ. Двигун РД відключається від мережі.

Схеми з тиристорами застосовують в системах автоматики для безконтактної комутації ланцюгів змінного струму (безконтактні пускачі, ключі і перемикачі); для перетворення постійного струму в змінний (інвертування і перетворювачі частоти); для отримання різних режимів роботи електроприводів.

1.5.3 ЕЛЕМЕНТИ ПАМ'ЯТІ АСР І ЕОМ

1 Загальні відомості про елементи і вузли АСР і ЕОМ. 2 Тригер – логічний елемент пам'яті.

3 Принципи побудови найпоширеніших схем тригерів.

1 Елементи і вузли цифрових ЕОМ і АСР є комплексними логічними елементами.

За функціональним призначенням цифрові вузли можна поділити на три основні групи:

1)вузли пам'яті, які виконують функцію запам'ятовування сигналів, що поступають;

2)логічні цифрові вузли, які реалізують різні логічні функції на основі алгебри логіки;

3)обчислювальні вузли, що виконують за відповідними правилами звичайної алгебри обчислювальні функції – складання, множення, порівняння і т.д.

Розділ 2. «Елементи автоматики»

До першої групи відносяться накопичувачі на магнітних елементах і елементи пам'яті на логічних елементах.

Накопичувачі на магнітних елементах – це накопичувачі на основі феритових кілець з прямокутною гистерезисной характеристикою намагнічення (стрічки, дискети, диски і т.ін).

Елементи пам'яті на логічних елементах побудовані на осередках тригерів – це регістри різного призначення.

До групи логічних цифрових вузлів відносяться формувачірозподільники імпульсів, дешифратори (декодери) і логічні перемикаючі пристрої.

До групи обчислювальних цифрових вузлів відносяться такі типові вузли, як лічильники, суматори, вузли порівняння.

2. Тригер – електронний пристрій, за допомогою якого можна записувати, зберігати і прочитувати двоїчну інформацію. Він має два стійкі стани рівноваги: один із стійких станів приймається за логічну 1, а інше – за логічний

0.

В схемному відношенні тригер є двома найпростішими підсилювачами постійного струму з логікою АБО чи І на вході і з взаємно зворотними позитивними зв'язками, наявність яких призводить до того, що в стійкому стані один транзистор підсилювача відкритий, а інший – закритий. Сигнали знімаються з виходів тригера, мають два рівні постійної напруги: верхній і нижній. Під впливом управляючих сигналів, що подаються на входи, тригер стрибкоподібно переходить з одного стійкого стану рівноваги в інший.

Найпростіший тригер може бути виконаний на двох логічних елементах АБО-НІ. Схема такого тригера і його умовне позначення приведені на рисунку 2.5.10. Тригери можуть бути виконані на транзисторах, інтегральних схемах

Стан тригера і значення двійкової інформації, що зберігається, визначається прямим і інверсним вихідними сигналами.

R Q

SQ

Тригер, приведений на рис. 2.5.10, називається асинхронним RS- тригером. Він є елементарним кінцевим автоматом, що функціонує відповідно до таблиці станів (таблиця 2.5.2)

При R = 1 і S = 0 тригер встановлюється в нульовий стан (Q = 0), при R = 0 і S = 1 – в одиничний стан (Q =1); R = S = 0 тригер зберігає стан, в якому він

Дисципліна «Автоматика»

знаходився до надходження на його входи нульових сигналів. При R = S = 1 на прямому і інверсному виходах встановлюється нульовий сигнал. Схема тригера перетворюється на два незалежні інвертування, і при переході до зберігання інформації (R = S = 0) тригер може встановлюватися в будь-який стан. Тому така комбінація вхідних сигналів заборонена.

Таблиця 2.5.2

В інтегральних системах елементів тригер і схема, що управляє його входами, виконуються у вигляді конструктивно закінченого модуля на одній кремнієвій пластинці, укладеній в корпус з виводами. Залежно від кількості входів і особливостей схеми змінюється робота тригера. Схеми тригерів можна розділити на декілька типів:

-RS – тригер з установочними входами R,S;

-Т-триггер з лічильним входом;

-одноходовий D-тригер;

-специфічний для інтегральних схем універсальний JК-тригер.

Якщо хоча б з одного входу інформація в тригер заноситься примусово під впливом синхронізуючого сигналу, то тригер називається тим, що синхронізується. Якщо занесення інформації в тригер з будь-якого входу проводиться без синхронізуючого сигналу, то тригер називається асинхронним.

Загальна форма умовного позначення тригерів показана на рисунку

2.5.11.

Рисунок 2.5.11

Символи Т і ТТ позначають відповідно однотактний і двотактний тригери; символи R і S – входи установки тригера, що не синхронізується, в стан 1 і 0, на місцях символів Х1 і Х2 можуть бути показаний наступні типи входів:

-S – вхід роздільної установки тригера в стан 1;

-R – вхід роздільної установки тригера в стан 0;

Розділ 2. «Елементи автоматики»

-Т – вхід тригера із з лічильним входом одночасно на входи Х1 і Х2 JК - тригера;

-D вхід D-тригера (єдиний);

-J – вхід для установки стану 1 в універсальному JК - тригері;

-К – вхід для установки стану 0 в універсальному JК - тригері;

-С – вхід синхронізації.

Якщо вхід відзначений кружком, це означає, що діюче значення вхідного сигналу – інверсне, тобто нульове. Стан трігера визначається сигналом Q на прямому виході трігера (або сигналом Q на його інверсному виході).

Закони функціонування трігерів задаються таблицями переходів, де може бути вказаний, що новий стан трігерів або співпадає з попереднім, або є його запереченням.

3 Схема синхронізуємого однотактного RS-тригера, виконаного на елементах І-НІ, приведена на рисунку 2.5.12,а, а на рисунку 2.5.12,б – його умовне позначення.

Рисунок 2.5.12

Тут елементи 1 і 2 утворюють схему вхідної логіки RS- тригера, побудованого на елементах 3 і 4. Такі RS-тригери мають інформаційні входи R і S і вхід синхронізації С. крім того, тригер може мати несинхронізуємі входи R і S. В цьому випадку його функціонування здійснюється або під впливом сигналів, що поступають на входи, що не синхронізуються, при С = 0, або під впливом сигналів, що поступають на входи, що синхронізуються. В останньому випадку на входах, що не синхронізуються, повинні бути присутній сигнали які не впливають на стан схеми, в даному випадку + 1.

В таблиці 2.5.3 показані переходи RS-тригера, побудованого на елементах І-НІ, для входів R і S, що синхронізуються.

Вхідна інформація заноситься у однотактний RS-тригер, що синхронізується, через елементи вхідної логіки 1 і 2 у момент t надходження імпульсу синхронізації. При С = 0 тригер буде знаходиться в режимі зберігання.