淺談邏輯設(shè)計(jì)法在繼電控制線路中的應(yīng)用

1、淺談邏輯設(shè)計(jì)法在繼電控制線路中的應(yīng)用    一、邏輯設(shè)計(jì)法 邏輯設(shè)計(jì)法就是利用邏輯代數(shù)這一數(shù)學(xué)工具設(shè)計(jì)電氣控制線路。在繼電接觸器控制電路中，電器的線圈或觸點(diǎn)的工作存在著兩種相互對立的狀態(tài)，符合邏輯關(guān)系，把這種具有兩種相互對立狀態(tài)的物理量稱為邏輯變量。而在邏輯代數(shù)中，用“0”和“1”來表示這種相互對立的關(guān)系。為此規(guī)定：繼電器、接觸器、電磁閥等元件的線圈通電時(shí)為“1”狀態(tài)，失電時(shí)為“0”狀態(tài)；按鈕、行程開關(guān)等壓下時(shí)為“1”狀態(tài)，復(fù)位時(shí)為“0”狀態(tài)；元件的觸點(diǎn)閉合時(shí)為“1”狀態(tài)，斷開時(shí)為“0”狀態(tài)1。由于繼電接觸器控制線路符合邏輯規(guī)律，所以運(yùn)用邏輯設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)其

2、線路時(shí)，就是根據(jù)生產(chǎn)工藝過程和電器元件的動(dòng)作狀態(tài)，按照控制要求將他們之間的關(guān)系用邏輯函數(shù)式表達(dá)，然后化簡邏輯表達(dá)式，畫出相應(yīng)的控制電路。 邏輯電路有組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路，對應(yīng)其設(shè)計(jì)方法也各不同。出具有反饋回路的控制電路，但在設(shè)計(jì)時(shí)要設(shè)置中間記憶元件，設(shè)計(jì)難度也較大。下面舉例說明設(shè)計(jì)過程。 二、邏輯設(shè)計(jì)法的應(yīng)用實(shí)例 以加熱爐自動(dòng)送料控制電路的設(shè)計(jì)為例介紹邏輯設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)過程2。 （一）工藝要求 爐門由電動(dòng)機(jī)M1拖動(dòng)，用接觸器KM1和KM2控制開門和關(guān)門；推料機(jī)由電動(dòng)機(jī)M2拖動(dòng)，用接觸器KM3和KM4控制前進(jìn)和后退；程序轉(zhuǎn)換由位置開關(guān)SQ1SQ4發(fā)出轉(zhuǎn)換主令信號：爐門在原位SQ1動(dòng)作，爐門全

3、開SQ2動(dòng)作，推料機(jī)在原位SQ3動(dòng)作，推料機(jī)前進(jìn)到位SQ4動(dòng)作。 （二）設(shè)計(jì)步驟 加熱爐自動(dòng)送料工作循環(huán)圖如圖1所示。 1.根據(jù)工作循環(huán)圖作出各元件狀態(tài)表 狀態(tài)表是按順序把各程序輸入信號（檢測元件）的狀態(tài)，輸出信號（中間元件和執(zhí)行元件）所對應(yīng)的狀態(tài)用“0”“1”數(shù)值表示出來，畫在一個(gè)表內(nèi)。檢測元件、中間元件和執(zhí)行元件處于原始狀態(tài)用“0”填入表中，處于受激狀態(tài)（按鈕、位置開關(guān)受壓，繼電器線圈有電）用“1”填入表中。在一個(gè)程序中，檢測元件可能受激后又復(fù)原，即在同一程序有狀態(tài)的變化，有兩種狀態(tài)，這時(shí)用或表示，填入表中。在輸入信號中，要特別注意使程序發(fā)生轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換主令信號，需單獨(dú)列出。根據(jù)加熱爐工作循

4、環(huán)圖和各位置開關(guān)、執(zhí)行元件在各程序的狀態(tài)，作出其狀態(tài)表如下。 表中第一程序QA是，按鈕按下時(shí)受激為1態(tài)，放開時(shí)為0態(tài)；SQ1在爐門開啟運(yùn)動(dòng)中由受壓變?yōu)獒尫?，故為；由于相同原因SQ2在第四程序，SQ3在第三程序也為；SQ4在推料機(jī)前進(jìn)到位時(shí)受激為1，退時(shí)SQ4釋放，故SQ4在第三程序?yàn)椤?2.找出待相區(qū)分組 在某一程序中，由檢測元件狀態(tài)構(gòu)成的二進(jìn)制數(shù)稱該程序的特征數(shù)（如程序1中的特征數(shù)為010）。當(dāng)兩程序的特征數(shù)不同時(shí)（如程序2和程序3），稱為“相區(qū)分的”程序組，其輸出變量可直接由檢測元件（或反映檢測元件狀態(tài)的中間元件）的狀態(tài)列出邏輯函數(shù)式來表示。而有些程序具有相同輸入信息而輸出卻不同（如程序2

5、和程序4具有相同特征數(shù)0110，程序1和程序4具有相同特征數(shù)0010）稱為“待相區(qū)分的”程序組。為保證控制系統(tǒng)能正常工作，就必須把“待相區(qū)分的”程序區(qū)分開，為此根據(jù)狀態(tài)表找出待相區(qū)分組，并用特殊符號在狀態(tài)表中標(biāo)記（如表中用符號標(biāo)注程序2和程序4，用符號*標(biāo)注程序1和程序4）。 3.設(shè)置中間記憶元件用中間繼電器區(qū)分待相區(qū)分組 用一個(gè)中間繼電器作為區(qū)分因子加入后，相當(dāng)于程序特征數(shù)增加了一位，當(dāng)中間繼電器在待相區(qū)分的程序狀態(tài)不同時(shí)，就可以區(qū)分兩個(gè)待相區(qū)分的程序了。要求增設(shè)的中間繼電器轉(zhuǎn)換（開啟和關(guān)閉）應(yīng)盡可能多地區(qū)分待相區(qū)分組，使增設(shè)的中間繼電器數(shù)量最少。對于表中為區(qū)分待相程序組A，可設(shè)中間繼電器K

6、A的狀態(tài)在程序2和程序4不同，所以取在程序1、2時(shí)KA=1，在程序3、4時(shí)KA=0，而當(dāng)KA按上述取值時(shí)，在程序1和4的狀態(tài)也不同，故KA也可區(qū)分待相區(qū)分組B，因此只需一個(gè)中間繼電器就可把各程序區(qū)分了。若把KA的狀態(tài)放在特征數(shù)的末位，則程序1、2、3、4的特征數(shù)分別為0101、0101、0100、0100。 4.寫出中間記憶元件和輸出元件的邏輯表達(dá)式 對于一些控制電路，有時(shí)開啟或關(guān)斷的主令信號不止一個(gè)，還需其他條件具備時(shí)才能開啟或關(guān)斷，這些其他條件稱為開啟或關(guān)斷約束信號，用X開約或 X關(guān)約表示。這樣，輸出元件的一般邏輯函數(shù)表達(dá)式為： 關(guān)斷從優(yōu)：fKA=（X關(guān)主+X關(guān)約）·（X開主&#

7、183; X開約+KA） 或起動(dòng)從優(yōu)：fKA=X開主·X開約+（X關(guān)主+ X關(guān)約）·KA fKA表示繼電器KA的邏輯函數(shù)，KA表示自保信號（自鎖觸點(diǎn)） 各程序的執(zhí)行元件和中間繼電器的通、斷情況如表所示。輸出元件在某程序開啟通電，開啟所對應(yīng)的橫線稱開啟邊界線，該輸出元件在某程序失電關(guān)斷，關(guān)斷所對應(yīng)的橫線稱關(guān)斷邊界線。如推料機(jī)進(jìn)接觸器KM3的開啟邊界線是行程開關(guān)SQ2狀態(tài)由01，其關(guān)斷邊界線是SQ4狀態(tài)由01。在開、關(guān)邊界線以內(nèi)是該元件受激狀態(tài)，狀態(tài)表中填入“1”，而開、關(guān)邊界線以外都是“0”狀態(tài)。所以由邏輯變量“與”和“或”關(guān)系組成的邏輯輸出函數(shù)就是要保證在開關(guān)邊界線內(nèi)為1，

8、邊界線外為0，這是選擇邏輯變量組成邏輯函數(shù)的依據(jù)。 用開啟邊界線的轉(zhuǎn)換主令信號作X開主。 若轉(zhuǎn)換主令信號由0變?yōu)?，則X開主取原變量形式；若轉(zhuǎn)換主令信號由1變0，則X開主取其反變量形式。 用關(guān)斷邊界線的轉(zhuǎn)換主令信號作 X關(guān)主。若轉(zhuǎn)換主令信號由1變?yōu)?，則X關(guān)主取其原變量形式；若轉(zhuǎn)換主令信號由0變?yōu)?，則X關(guān)主取其反變量形式。 X開約、X關(guān)約的狀態(tài)應(yīng)綜合考慮X開主、X關(guān)主的狀態(tài)、電路的聯(lián)鎖和可能產(chǎn)生的開啟和關(guān)斷誤動(dòng)作。X開約原則上應(yīng)取在開啟線近旁的“1”狀態(tài)，而在開關(guān)邊界線外盡量為“0”狀態(tài)的邏輯變量。 X關(guān)約應(yīng)取在關(guān)斷邊界線近旁為“0”狀態(tài)，而在開關(guān)邊界線內(nèi)為“1”狀態(tài)的邏輯變量。 若X開主&

9、#183;X開約在開關(guān)邊界線內(nèi)始終為“1”， 則不需要自鎖環(huán)節(jié)；若不能一直保持“1”狀態(tài)，則要加自鎖環(huán)節(jié)。 按照上述要求，4個(gè)執(zhí)行元件（KM1、KM2、KM3、KM4）的邏輯函數(shù)式如下： 程序1：爐門開啟 爐門開啟的執(zhí)行元件為接觸器KM1，其開啟的轉(zhuǎn)換主令信號為起動(dòng)按鈕QA，所以QA作為X開主，其狀態(tài)由0到1，取原變量；用SQ1作X開約，因?yàn)闋t門在原位時(shí)SQ1受激為1態(tài)，確保了爐門只有在原位時(shí)才能使?fàn)t門開啟程序工作，且SQ1在QA轉(zhuǎn)換近旁其值為1；又因?yàn)镼A和SQ1為瞬動(dòng)信號，在開關(guān)邊界線內(nèi)不能一直為1，所以應(yīng)加自鎖環(huán)節(jié)；當(dāng)SQ2受激，其狀態(tài)由0變?yōu)?，KM1失電，所以用SQ2作X關(guān)主，取其反

10、變量形式SQ2。因此，KM1的邏輯函數(shù)式為： KM1=（QA·SQ1+KM1）·SQ2 中間繼電器KA的邏輯函數(shù)式可采用fKA=X開+X關(guān)·KA的形式，在輸入、輸出信號中找出相應(yīng)的X開和X關(guān)來。可取KM1作KA的開啟信號X開，使KA在程序1得電，因KM1在程序2失電，所以要用自鎖環(huán)節(jié)；而KA要在程序3關(guān)斷，可采用KM3作關(guān)斷信號X關(guān)。所以 KA=KM1+KA·KM3 程序2：推料機(jī)進(jìn)程序 爐門全開，SQ2受激，其狀態(tài)從0變?yōu)?，KM1失電，轉(zhuǎn)入到程序2（推料機(jī)進(jìn)），取原變量，作為X開主；同時(shí)推料機(jī)在原位，SQ3受激，狀態(tài)為1，又KA=1，使KM3得電，可確保程序2的進(jìn)行，用SQ3·KA作X開約；由于SQ2在整個(gè)程序2的工作過程中一直受激，所以可省略自鎖環(huán)節(jié)；而KA=1，可區(qū)分程序4，所以SQ3可省略；當(dāng)SQ4受激時(shí)，其狀態(tài)由0變?yōu)?，使KM3失電，程序轉(zhuǎn)換，所以用SQ4作X關(guān)主，取其原變量形式SQ4。因此，KM3的邏輯函數(shù)式為： KM3=SQ2·KA·SQ4 同理，其他執(zhí)行元件的邏輯函數(shù)式也可依次寫出。 程序3：推料機(jī)推程序 KM4=（SQ4+KM4）·S