Логические устройства автоматики

Бесконтактные логические элементы используются при реализации различных логических законов управления и для осуществления блокировок и защит в системах управления.

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, цифра 0 – на отсутствие. Аналогично обозначаются и входные сигналы элементов. Обозначим входные сигналы логических элементов, условные схемы которых приведены на рисунке 8.2, буквой X, а выходные – Y и рассмотрим простейшие логические операции и элементы.

Рисунок 8.2 Реализация простейших логических функций

Логический элемент НЕ, рисунок 8.2, а, выполняет операцию отрицания (инвертирования). При наличии входного сигнала, т.е. при X = 1, выходной сигнал отсутствует (Y = 0), а при отсутствии входного сигнала (X = 0) выходной сигнал Y = 1.

Логический элемент ИЛИ. Сигнал на выходе этого элемента появляется при наличии хотя бы одного входного сигнала X₁ или X₂, рисунок 8.2, б. Операция ИЛИ может выполняться для любого числа входных сигналов.

Логический элемент И. Сигнал на выходе этого элемента Y = 1, рисунок 8.2, в, появляется только в том случае, когда оба входных сигнала 1. В остальных случаях Y = 0.

Логический элемент ИЛИ – НЕ, рисунок 8.2, г. В этом случае более сложном элементе при наличии хотя бы одного сигнала на входе (X₁, X₂ = 1) сигнал на выходе Y = 0, а при отсутствии входных сигналов (X₁, X₂ = 0) выходной сигнал Y = 1.

Кроме 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.

В большинстве схем управления на логических элементах используется типовой узел «Память». Этот узел образуется соединением двух элементов ИЛИ – НЕ, рисунок 8.3, а и работает следующим образом. Допусти, что требуется запомнить информацию, характеризующуюся верхним уровнем дискретного сигнала U_вх1 = 1, и иметь возможность «стереть» из памяти эту информацию. Запоминаемый сигнал U_вх1 = 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 U_вых. Этот сигнал по цепи обратной связи поступит на вход 2 первого элемента. Теперь сигнал включения U_вх1 = 1 можно снять с входа 1, а сигнал на выходе узла U_вых будет существовать сколь угодно долго.

Для стирания из памяти записанной информации надо подать сигнал U_вх1 = 1 на вход 4 второго элемента схемы, который снимет сигнал U_вых. С его выхода, а память будет «очищена».

Рисунок 8.3 Реализация схем управления на логических элементах

Рассмотрим типовой узел реверсивной схемы, рисунок 8.3, б, управления двигателем реализованный на логических элементах. В нем использованы два узла «Память» (элементы П1…П4, ИЛИ – НЕ) и два согласующих усилителя А1 и А2, от которых питается катушки контакторов КМ1 и КМ2, обеспечивающие включение двигателя в условных направлениях «Вперед» и «Назад».

Включение двигателя осуществляется кнопками «Вперед» SB1 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 двумя двигателя, рисунок 8.3, в, на логических элементах выполняет следующие функции: включение двигателей М1 (контактор КМ1) и М2 (контактор КМ2) с помощью кнопок SB1 и SB2; отключение двигателей М1 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 рисунок 8.3, в, во многом повторяет схему рисунок 8.3, б. Для размножения сигналов запрета в ней применяются диодные элементы ИЛИ, входящие в состав серии логических элементов.

На рисунке 8.3, 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, которой, отсчитав свою выдержку времени, включает реле КТ. Это реле, в свою очередь, производит требуемые переключения в схеме управления, в частности вызывает шунтирование пускового резистора.