液壓與氣壓傳動第十一章課件

第11章氣壓邏輯回路與控制系統(tǒng)§11.1邏輯代數(shù)§11.2氣壓邏輯回路§11.3邏輯回路的設計§11.4程序控制系統(tǒng)§11.5可編程控制器及其應用返回§11.1邏輯代數(shù)1.三種基本邏輯運算及其恒等式(1)邏輯或（加）運算s=a+b（11.1）式中：s——因變量，也稱為邏輯函數(shù)，它是邏輯元件的輸出；

a，b——自變量，它們是邏輯元件的輸入。邏輯或（加）的運算規(guī)則是a，b中的一個為真（“1”）時，則s為真（“1”）。其恒等式為：a+0=a，a+1=1，a+a=a用數(shù)值表示的運算規(guī)律為：0+0=00+1=11+0=11+1=1三種基本邏輯運算及其恒等式(2/2)(2)邏輯與（乘）運算s=a·b（11.2）邏輯與（乘）的運算規(guī)則是僅當均a，b為真（“1”）時，s才為真（“1”）。其恒等式為：a·0=0，a·1=a，a·a=a數(shù)值表示的運算規(guī)則為：0·0=00·1=01·0=01·1=1(3)邏輯非（否）運算（11.3）它的運算規(guī)則是a為假（“0”）時，s為真（“1”），s和a的值總處于對應狀態(tài)。數(shù)值運算規(guī)則為：

3.形式定律形式定律也是邏輯運算中常用的運算定律，通過形式定律和基本定律可實現(xiàn)對邏輯函數(shù)的化簡。為了便于區(qū)別，給以不同的命名。(1)吸收律（11.7）(2)展開律（11.8）(3)反映律（11.9）形式定律(2/2)(4)狄摩根定律（11.10）(5)過渡律（11.11）(6)交叉換位律（11.12）

4.邏輯運算規(guī)則和對偶定理(1)邏輯運算規(guī)則在邏輯代數(shù)運算中，運算規(guī)則是按非、與、或，先括號內后括號外的順序進行，不影響運算次序的括號可以去掉。(2)對偶定理分析上述基本定律和形式定律可知，邏輯代數(shù)運算中存在或、與，0、1對偶互換性。也就是說，在某一邏輯公式中進行或、與互換，0、1互換，得到新的邏輯公式也成立，這種性質稱為對偶性，對偶定理可作如下敘述。對偶定理：若某個由基本定律導出的邏輯公式，則其對偶公式也成立。邏輯函數(shù)、真值表、基本邏輯門和邏輯圖(2/2)(3)基本邏輯門具有基本邏輯功能的元器件稱為基本邏輯門，每個基本邏輯門都對應有相應的邏輯函數(shù)和真值表，任意的邏輯函數(shù)都可以通過基本邏輯門構成?；具壿嬮T包括與門、或門和非門三種。(4)邏輯圖任一邏輯函數(shù)，無論多么復雜，都可以用相應的邏輯圖表示。構成邏輯圖的方法是將邏輯函數(shù)分解成若干基本邏輯門，根據邏輯函數(shù)關系連接而成。邏輯函數(shù)中每一個邏輯變量均為基本邏輯門的輸入，基本邏輯門的輸出可以是下一個基本邏輯門的輸入，最后一個邏輯門的輸出是邏輯函數(shù)的輸出?！?1.2氣壓邏輯回路

氣壓邏輯回路是把氣壓回路按照邏輯關系組合而成的回路。按照邏輯關系可把氣信號組成“是”，“或”，“與”，“非”等邏輯回路。用這些邏輯回路進行信號變換，有助于控制系統(tǒng)的設計。表11.3中介紹了幾種常見的邏輯回路，表中右邊的“真值表”即邏輯回路的動作說明表。a，b為輸入信號，S為輸出信號?！?1.3邏輯回路的設計1.邏輯代數(shù)法應用邏輯代數(shù)法設計邏輯回路，其基本步驟如下：1）數(shù)學化實際問題，列出輸入輸出真值表；2）由真值表列寫邏輯函數(shù)；3）化邏輯函數(shù)為最簡邏輯函數(shù)；4）根據最簡邏輯函數(shù)作邏輯原理圖及氣壓邏輯回路圖。卡諾圖法(2/2)(2)卡諾圖法在邏輯回路設計中的應用邏輯代數(shù)是設計邏輯回路的重要數(shù)學工具，而卡諾圖為邏輯函數(shù)化簡提供了簡便方法。對于邏輯控制系統(tǒng)而言，不但需要有必要的邏輯控制元件，還需有例如啟動信號（手動或自動），主控閥（雙氣控制換向閥）及執(zhí)行機構等，才能構成較為完整的邏輯控制系統(tǒng)?！?1.4程序控制系統(tǒng)

程序控制系統(tǒng)是工業(yè)生產領域，尤其是氣壓裝置中廣泛應用的一種控制系統(tǒng)。程序控制包括數(shù)字程序控制和簡單程序控制兩類。按發(fā)信裝置和控制信號不同，簡單程序控制可分為行程程序控制和時間程序控制兩種。程序控制是根據生產過程中的物理量，例如位移、時間、壓力、溫度、液位等的變化，使被控對象的各執(zhí)行元件按照預先給定的程序或條件有序協(xié)調地工作。

行程程序控制是閉環(huán)程序控制系統(tǒng)，如圖11.13所示。當啟動輸入信號發(fā)出后，邏輯回路將發(fā)出執(zhí)行信號，控制執(zhí)行機構執(zhí)行第一步動作，完成第一步動作后，觸發(fā)行程閥或行程開關，發(fā)出氣的或電的控制信號，經邏輯回路發(fā)出第二個執(zhí)行信號，實現(xiàn)第二動作，……，整個系統(tǒng)將按預先給定的程序循環(huán)工作。顯然只有完成第一步動作后，才有可能進行下一步動作，這種控制方式具有連續(xù)的控制作用，極為安全可靠，是氣壓設備上應用最為廣泛的一種控制方式。1.氣壓系統(tǒng)中常用的電氣電路(1)控制繼電器常用的控制繼電器包括時間繼電器、壓力繼電器、熱繼電器、溫度繼電器等?？刂评^電器被廣泛地應用于電力拖動、程序控制、自動調節(jié)與自動檢測系統(tǒng)中。圖11.14為控制繼電器的工作原理圖。它由按鈕開關，電磁鐵線圈、觸點、接線柱等構成。通過按鈕開關，使電磁鐵線圈通電勵磁，吸合觸點，控制回路閉合通電。串聯(lián)電路(1/1)(2)串聯(lián)電路串聯(lián)電路也稱邏輯“與”電路。一臺設備需幾個人進行操作時，為保證安全，需要每個操作者控制一個設備啟動開關，只有當每個操作者都按下自己控制的啟動開關時，設備才能開始運行。圖11.15為串聯(lián)電路一例。由圖可知，只有當SB1、SB2、SB3均被按下閉合，電磁閥線圈YA才能通電勵磁。稱具有這種功能的電路為串聯(lián)電路。并聯(lián)電路(1/1)(3)并聯(lián)電路并聯(lián)電路也稱為邏輯“或”電路。一臺設備同時幾個人操作時，為確保安全，也需要每個操作者都控制一個設備停止按鈕，只要其中任一操作者按下自己控制的設備停止按鈕，設備即刻停止運行。具有這種控制功能的回路可由并聯(lián)電路來實現(xiàn)。如圖11.16所示，由圖可知，按鈕開關SB1、SB2、SB3中，任何一個開關被閉合時，電磁閥線圈YA即可通電勵磁。自保持電路(2/2)要解除電路的自保持，可在觸點KA2與繼電器KA之間加入一個常閉按鈕開關SB2，如圖11.18所示。當按下按鈕開關SB1后，電路進入自保持狀態(tài)。當按下停止按鈕SB2，自保持狀態(tài)將被解除。延時電路(1/1)(5)延時電路由于現(xiàn)代氣壓自動化設備所能完成的工藝過程越來越復雜，各工序之間需按一定時間緊密地配合，要求工藝過程時間可隨人們的要求在某一定范圍內調整。為此，需要利用延時電路加以實現(xiàn)。圖11.19為延時電路，圖11.19a為延時閉合電路，延時時間由定時器KT確定。當按下啟動按鈕SB，定時器KT開始計數(shù)，經過規(guī)定時間后，定時器觸點KT接通，電燈XD亮。圖11.19b為延時斷開電路。當按下SB，定時器觸點KT同時接通，電燈XD亮，放開SB，定時器開始計數(shù)，到規(guī)定時間后，定時器觸點KT才斷開，XD燈滅。優(yōu)先電路(1/3)(6)優(yōu)先電路所謂優(yōu)先電路，是指當?shù)玫较嗷ッ軇幼餍盘枙r，使先加入信號優(yōu)先動作，而后加入信號不起作用的電路。通常稱具有這種功能的電路為先入信號優(yōu)先電路。為說明問題，下面先分析一個例子。圖11.20a為雙電磁鐵中位封閉式三位四通閥控氣壓缸，圖11.20b為控制它的電路。優(yōu)先電路(3/3)但當活塞處于中間位置，限位開關SQ1、SQ2均處于閉合狀態(tài)，同時或先后按下SB1和SB2（SQ1壓開前），此時繼電器KA1、KA2均進入自保持狀態(tài)，YA1、YA2均被勵磁，換向閥無法進入正常工作，導致電磁鐵過熱或燒壞。為使該系統(tǒng)能正常工作，需采用優(yōu)先電路加以控制。圖11.21為先入優(yōu)先聯(lián)鎖電路。該電路利用繼電器常閉觸點KA1，KA2實現(xiàn)優(yōu)先聯(lián)鎖作用。2.行程程序控制系統(tǒng)的設計行程程序控制系統(tǒng)通常包括單往復行程程序控制系統(tǒng)，多往復行程程序控制系統(tǒng)，選擇程序控制系統(tǒng)等。常用的行程程序控制系統(tǒng)的設計方法有信號—動作線圖法（X-D線圖法）、卡諾圖法、程序控制線圖法等。這里介紹一種更為常用的設計方法—X-D線圖法。(1)單往復行程程序控制系統(tǒng)的設計在給定的行程程序一次循環(huán)過程中，系統(tǒng)中各執(zhí)行元件只作一次往復運動的系統(tǒng)稱為單往復行程程序控制系統(tǒng)。應用XD狀態(tài)線圖法設計行程程序控制系統(tǒng)的步驟為：1）根據事先給定的行程程序繪制XD狀態(tài)線圖。2）由XD狀態(tài)線圖判別障礙信號。3）尋求消除障礙信號方式，確定執(zhí)行信號。4）作程序控制邏輯原理圖及氣壓控制線路圖。行程程序控制系統(tǒng)的設計(2/3)(2)多往復行程程序控制系統(tǒng)的設計多往復行程程序是指程序運行一個循環(huán)中，至少有一個氣壓缸作一次以上的往復運動。(3)選擇程序控制系統(tǒng)的設計前面介紹的都是按某一固定程序運行的程序控制系統(tǒng)。但為適應生產工藝提出的不同要求，需要有選擇程序控制系統(tǒng)。所謂選擇程序控制系統(tǒng)，它所運行的程序不是固定，而是多個程序，要執(zhí)行哪個程序，是根據某條件或要求確定的?！?1.5可編程控制器及其應用PLC可編程邏輯控制器與傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制相比，具有如下優(yōu)點：（1）體積小，可靠性高，邏輯功能強。（2）由于PLC采用軟件編程控制，因而隨著要求的隨時變更，可以通過程序的修改方便地加以實現(xiàn)。PLC雖然采用了計算機和微處理器，但它與計算機相比，又具有如下特點。（1）PLC采用了面向邏輯語言，以繼電器邏輯梯形圖為表達式，因而簡單易懂，操作方便。（2）一般PLC具有模塊結構，可以針對不同的對象進行組合和擴展，以滿足工業(yè)控制的需要，具有良好的性能價格比。圖11.38為可編程控制器系統(tǒng)框圖。1.指令系統(tǒng)及編程(1)觸點指令觸點指令包括運算開始、串聯(lián)連接、并聯(lián)連接。指令操作符為LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI等。梯形圖中畫法為：其中：LD取，取支路起始段的常開觸點；LDZ取反，取支路起始段的常閉觸點；AND與，常開觸點的串聯(lián)；ANI與反，常閉觸點的串聯(lián)；OR或，常開觸點的并聯(lián)；ORI或反，常閉觸點的并聯(lián)。指令系統(tǒng)及編程(2/6)(2)塊指令塊指令包括回路塊串聯(lián)與并聯(lián)指令，指令操作符為ANB、ORB。梯形圖中畫法為：其中ANB塊與為A塊和B塊串聯(lián)運算。ORB塊或為A塊和B塊并聯(lián)運算。指令系統(tǒng)及編程(3/6)(3)輸出指令輸入指令包括輸出、直接輸出等，指令操作符為OUT、OUTD。其中OUT輸出，將邏輯運算結果輸出給指定裝置。OUTD直接輸出，直接輸出給指定輸出繼電器Y的輸出模板。(4)置位、復位指令置位指令操作符為SET，復位指令操作符為RST。(5)直接置位、復位指令直接置位、直接復位操作符分別為SETD、RSTD。(6)定時器指令定時器指令操作符為OUTT。指令系統(tǒng)及編程(4/6)(7)步控制指令步控制指令操作符為SC，它是控制步（過程控制）的指令，使用這條指令，對過程控制復雜的系統(tǒng)，也能簡單地完成編程任務。對于一個過程控制，通?？杀硎境扇缦滦问?。指令系統(tǒng)及編程(5/6)應用步控制指令SC，可作出如下梯形圖。指令系統(tǒng)及編程(6/6)圖中M8011僅第一次掃瞄時ON，在程序動作的第一次掃瞄部使L0000ON，程序處于初始狀態(tài)，同時使其他的繼電器L0001~L001F均為OFF。如果X000ON，由于L0000已經ON，所以L0001也ON，同時使L0000OFF，過程1被執(zhí)行。如果使X001ON，由于L0001ON，使L0002ON，同時使L0001OFF，過程2被執(zhí)行。如果使X002ON，由于L0002ON，使L0003ON，同時L0002OFF，過程3被