5. Построение релейных схем на бесконтактных элементах

Последние десятилетия релейно – контактные схемы управления заменяются на схемы, состоящие из полупроводниковых логических элементов, позволяющих полностью исключить из схем самое ненадежное звено – электрические контакты и их механический привод. Следует отметить, что логический полупроводниковый элемент не является полным аналогом электромеханического реле, у которого 1 или несколько управляющих входов (обмоток) и 1 или несколько (изолированных от входных цепей управления) выходов. У полупроводниковых логических элементов также несколько входов и выходов, но исполнительная цепь чаще всего гальванически связана с цепями управления, за исключением логических элементов с оптронными парами и с герконами (гемоконтактами – герметичными контактами), управляемыми магнитным полем.

Замена электромеханических устройств (реле) на бесконтактную аппаратуру целесообразна как средство повышения быстродействия и надежности средств автоматики и существенного снижения эксплуатационных расходов. В системах промышленной и сельскоходяйственной автоматики и телемеханики широко применялись логические элементы серии «Логика – Т», построенные на дискретных активных (полупроводниковых) и пассивных (резисторы, конденсаторы, трансформаторы) компонентах. В настоящее время эти устройства почти полностью вытеснены элементами серии «Логика – И», построенными на базе интегральных микросхем серии К511, герконовых реле, оптронных парах и на тиристорах и симисторах. На вход логических элементов подаются электрические сигналы от датчиков, стандартизованные по величине тока и входного напряжения. К выходу логических элементов могут подключаться электромеханические устройства ( контакторы или пускатели ) или полупроводниковые переключающие устройства – тиристоры и симисторы и другие исполнительные устройства.

Построение бесконтактных логических схем можно вести путем перевода релейных схем на бесконтактные или путем непосредственной разработки бесконтактных схем на основании заданных условий технологического процесса.

По имеющейся релейно-контактной схеме составляется структурная формула.

На первом этапе выявляют входные элементы: контакты a, b, c, d…, исполнительные и промежуточные элементы: Z, Y, X, P, с контактами z, x, y, p. Через входные элементы в функциональную часть схемы управления подают входные сигналы. Выходные сигналы поступают на исполнительные элементы.

К входным относят сигналы концевых и промежуточных выключателей, кнопок управления, датчиков…

К выходным относят сигналы, управляющие работой исполнительных элементов.

На втором этапе составляют математическое выражение релейно-контактной схемы. Полученное выражение минимизируют (при необходимости) и составляют бесконтактную схему.

Логический элемент не является полным аналогом реле и у него вход и выход связаны гальванически друг с другом. При составлении логических схем опускают цепи питания.

Пример: преобразовать релейно-контактную схему, приведенную на (Рис. 5.1) в бесконтактную.

f а b ``с `` F d Рис. 5.1. Релейно – контактная схема.

1. В соответствии с методикой выделим входные сигналы: a, b, c, d; выходные f . Промежуточных сигналов нет.

2. Составим структурную формулу: F = [(a + d) b + f ]``с .

3. Полученной структурной формуле соответствует бесконтактная схема из двух ИЛИ (сложение), двух И (умножение) и одного НЕ. ( Рис. 5.2.).

b & (а + d) b [(а + d) b+ f ] a 1 (а + d) 1 d f 1 & c ``c F Рис. 5.2 – Логическая схема на бесконтактных элементах

Пример: составить схему на логических элементах, эквивалентную по своему действию релейно-контактному аналогу (Рис. 5.3).

1. Выделим входные сигналы: a, b, c, d, e; выходные: Z, X, Y, N, M, P; промежуточные: P.

2. Составим структурные формулы для контактов цепей включения

исполнительных элементов Z, X, Y, N, M, P :

FZ = a ( b = z ) с у ; FX = a``р c; FY = a p d с ; FN = x ; FM = z + y ; FP =``b (e + p) .

3. По полученным уравнениям составим логическую схему на элементах И, ИЛИ, НЕ. Для реализации первого уравнения необходим элемент 4И, на вход которого поступают 4 входных сигнала:

a, (b + c) через элемент ИЛИ, c и y через элементы НЕ.

Для реализации второго уравнения необходим элемент 3И, на вход которого поступают сигналы a, c и p через элемент НЕ.

Для реализации третьего уравнения необходим элемент 4И, на вход которого поступают сигналы a и p и инвертированные элементами НЕ сигналы d и z.

Для реализации четвертого уравнения выходной сигнал x подается на исполнительный элемент N.

Реализация пятого уравнения осуществляется элементом Z ИЛИ.

Шестое уравнение реализуется двухвходовыми элементами ИЛИ и И; на вход первого элемента поступают сигналы (c + p), на вход второго выход элемента ИЛИ и инвертированный элементом НЕ сигнал b.

Согласно полученному выражению функции построим дискретную схему управления на логических элементах, базовый элемент которых выполняет операцию И – НЕ. Для этого преобразуем полученное выражение функции в форму, которая содержит только операции И и НЕ и где отсутствует операция ИЛИ. Для этого используем следствие алгебры логики ( = a) и поставим в выражение функции символы двойной инверсии над всеми членами операции ИЛИ:

F =abc + cd + bd + a c.

В полученном выражении избавимся от одного из символов инверсии по закону инверсии (a + b = ab) и получим выражение:

F = abc · c d · b d · ac.

Согласно полученному выражению построим схему на элементах И – НЕ:

Рис 4.21 – Схема управления на логических элементах