книги / Проектирование бесконтактных управляющих логических устройств промышленной автоматики

л140 000

=— 47 ООО + - Q~25----Н ЮО ООО = 613 ООО руб.

Данный экономический эффект получается при условии, что б6= 0 . На самом деле при аварийных выходах станций управления предприятия из-за недоотпуска про­ дукции несут большой ущерб, поэтому в целом Эв.т будет еще значительней.

Таким образом, из приведенного примера видно, что внедрять в народное хо­ зяйство технические средства диагноза не только целесообразно, но и необходимо.

Г Л А В А Ч Е Т Ы Р Н А Д Ц А Т А Я

ПРОЕКТНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ УПРАВЛЯЮЩИХ ЛОГИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

14-1. СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СОДЕРЖ АНИЕ ПРОЕКТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

Проектирование бесконтактных управляющих логических устройств производственных механизмов и промышленных установок имеет спе­ цифические особенности и опытно-конструкторский характер проектных разработок.

Стадии проектирования

Предпроектная разработка

Основными задачами стадии предпроектной разработки является изучение технологического процесса и производственного оборудования и разработка технического задания на проектирование управляющего логического устройства.

Содержание работы на предпроектной стадии рассмотрено во вто­ рой главе данной книги. Здесь следует лишь подчеркнуть большое зна­ чение углубленного системного изучения технологического процесса и необходимость тщательного согласования технического задания с раз­ работчиками проектов технологических процессов, производственных механизмов и промышленных установок.

Разработка структуры и принципиальной электрической схемы бесконтактного управляющего логического устройства

Разработка структуры управляющего логического устройства про­ изводится путем выполнения логического синтеза. В некоторых случаях структура управляющего логического устройства может быть опреде­ лена на основе анализа релейно-контактной схемы управления. Мето­ дика составления алгебраических выражений по релейно-контактной схеме рассмотрена в гл. 3. В процессе синтеза могут быть получены варианты структуры управляющего логического устройства. Выбранный вариант структуры определяет систему алгебраических выражений,

являющихся основой для разработки принципиальной электрической схемы управляющего устройства.

На данной стадии проектирования производятся выбор унифици­ рованной серии логических элементов или интегральных микросхем и преобразование структурных формул для реализации схемы из эле­ ментов выбранной серии.

Разработка принципиальной схемы производится в соответствии с условиями завода-изготовителя и требованиями ЕСКД.

Работа на данной стадии проектирования завершается проверкой разработанной принципиальной схемы на стенде-тренажере, или на лабораторном макете. Сведения о содержании работы на этой стадии проектирования приведены в § 14-2.

Разработка проектной документации для изготовления бесконтактной станции управления

Проектная документация разрабатывается в соответствии с усло­ виями заказа бесконтактных станций управления (БСУ) завода-изго­ товителя. БСУ из элементов серии «Логика» изготавливает Калинин­ ский завод электроаппаратов [44]. Технические данные БСУ приведены в § 14-3.

Разработка документации для технического обслуживания БСУ

Правильное техническое обслуживание управляющих логических устройств промышленной автоматики невозможно без комплекта тех­ нической документации, необходимого для подготовки обслуживающего персонала, выполнения контрольных проверок технического состояния управляющих устройств, отыскания неисправностей и т. д,

В § 14-4 приводятся сведения о составе и содержании документа­ ции, необходимой для технического обслуживания БСУ, а также све­ дения о специальных приборах и устройствах, применяемых при тех­ ническом обслуживании управляющих логических устройств.

14-2. РАЗРАБО ТКА П РИ Н Ц И П ИАЛЬН О Й ЭЛ ЕК ТРИ Ч ЕСК О Й СХЕМ Ы БЕСКО Н ТАКТН Ы Х УП РА ВЛ ЯЮ Щ И Х Л О ГИ Ч ЕС К И Х УСТРО ЙСТВ

Выбор серии логических элементов

Выбор серии логических элементов базируется на научно-техниче­ ской информации о бесконтактных логических элементах, выпускаемых отечественной промышленностью и рекомендациях по их применению [44, 48, 100]. Обоснование выбора серии логических элементов может быть выполнено на основе технико-экономического сравнения вариан­ тов реализации с учетом показателей надежности. До настоящего вре­ мени, однако, еще нет инженерного метода технико-экономического обоснования выбора серии бесконтактных логических элементов и ин­ тегральных микросхем, позволяющего исключить трудоемкие сравни­ тельные расчеты различных вариантов реализации управляющих логи­ ческих устройств. Рекомендуемые методы исследования надежности и расчета технико-экономической эффективности проектируемой системы управления приведены в гл. 12 и 13.

В настоящее время для бесконтактных управляющих логических устройств промышленной автоматики рекомендуются транзисторные элементы серии «Логика-Т» и комплекса «Спектр». Дальнейшее изло-

292

жение производится в основном применительно к изготовлению бес­ контактных станций управления из элементов серии «Логика-Т», тех­ нические данные которых приведены в гл. 8.

Преобразование алгебраических выражений для реализации схемы из логических элементов выбранной серии

Необходимость преобразования структурных формул, полученных в результате синтеза, обусловлена особенностями выбранной серии ло­ гических элементов.

Для построения схемы из элементов Т-101 серии «Логика-Т» необ­ ходимо преобразование исходных алгебраических выражений, получен­ ных в результате структурного синтеза, путем двойной инверсии всех произведений в соответствии с правилами де-Моргана.

Пример 14-1. В гл. 3 получены алгебраические выражения узла большой и малой скорости системы управления лифта (3-23) и (3-24). Преобразуем эти формулы с уче­ том выполнения устройства на элементах Т-101:

управления запорной и регулирующей арматурой, имеет алгоритм управления, словес­ ная запись которого может быть представлена в следующем виде: команда «Открыть» 0 (t) будет при условии, если поступит сигнал «Открыть» от устройств автоматики Ац, или от ключа управления КУо, или от кнопки управления КО и не будет сигнала от контакта муфты предельного крутящего момента ВМО, а также не будет сигнала от конечного выключателя Ki и не будет команды «Закрыть» 3 ( 0 .

Аналогичное словесное описание может быть сделано для команды «Закрыть». Структурные формулы, соответствующие алгоритмам управления:

о (0 - (Л + КУо + К О )Ш д Кг 5 ( 0 ;

3 (0 = А3 + К У 3 + К З) (ВМ З РМ + Т 3 TQ б (0-

Для реализации алгоритма схемой из элементов Т-101 и Т-106 серии «Логика-Т» необходимо взять двойную инверсию от вышеприведенных формул:

Формулы реализованы схемой, приведенной на рис. 144. Пример 14-3. Для реализации алгебраического выражения

X = [(а + Ь)с + ad + ad\ е\

293

При анализе алгебраического выражения следует обращать вни­ мание на возможность уменьшения числа инверторов, если есть датчи­ ки сигналов, позволяющие получать инвертированный сигнал, или если такие сигналы уже были получены при реализации других функ­ циональных узлов проектируемого управляющего логического устрой­ ства.

Преобразование структурных формул к виду, допускающему реализацию логической функции из интегральных схем

Интегральные схемы выполняют логические функции И— НЕ, ИЛИ—НЕ и И—ИЛИ—НЕ. Получение структурной формулы для реа­ лизации логической функции из ИС, выполняющих функцию И— НЕ, иллюстрируется примерами 14-5—-14-7.

Пример 14-5. На рис. 14-2 приведена карта Карно для переменной X. Произведя построение единичных и нулевых контуров, можно получить соответствующие струк­ турные формулы.

2 9 4

где П — произведение; т — элементарные дизъюнк­ ции, полученные по единичным контурам.

’ Таким образом, для получения функции нужно взять инверсию произведений инверсий элементарных конъюнкций исходного алгебраического выражения (14-1), соответствующих единичным контурам карты Карно.

Структурная формула по нулевым контурам

Это же выражение может быть получено непосредственно по нулевым контурам карты Карно:

X = ab -f- ad -j~ abd = ab adabd — abad abd.

Преобразование исходного выражения заданного в скобочной форме, к Виду, реализуемому из элементов И— НЕ, производится с по­ мощью преобразования де-Моргана.

Пример 14-6.

X = с (d + а) = с {d + а) = cda.

Преобразование исходного выражения, представляющего собой функцию И— НЕ от т переменных, для реализации функции комбина­ ционным элементом И— НЕ на k входов каждый при k < m выполняется так, чтобы в нем содержались функции И— НЕ не более чем от k пере­ менных каждая. ___

Пример 14-7. Требуется реализовать функцию X =abcd с помощью двухвходовых элементов И—НЕ.

Над каждой парой перемножаемых переменных под общим знаком инверсии ставится знак двойной Инверсии:

X = abed = ab cd.

tB общем случае знак двойной инверсии ставится над к или над меньшим k чис­ лом переменных.

Преобразование исходной структурной формулы для реализации логической функции из ИС, выполняющих функцию ИЛИ— НЕ, иллю­ стрируется формулами (.14-8)— (14-10). В случае задания структурной формулы в дизъюнктивной нормальной форме необходимо составить выражение двойной инверсии от суммы инверсий элементарных конъюнкций ДНФ исходного выражения.

Формула в общем виде

Пример 14-8. Для исходной формулы (14-1)

295

Формула (14-7) может быть получена также путем последовательных преобразо­ ваний:

Л =z db -|—ctd -f- abd = &b -j—ctd **{- ctbd = ct -}- b -j- & ~|" d -j- d~\-b-\~d^^

= n + b + a -J- d + ъ + b + d.*

Если структурная формула получена по нулевым контурам карты Карно, например по карте рис. 14-2:

X = oh —j—&d-ф-abd,

то от каждой элементарной конъюнкции берется двойная инверсия и одна из них выполняется:

В общем виде

т. е. берется инверсия суммы инверсий сумм инверсий элементарных конъюнкций исходной ДНФ, составленной по нулевым контурам карты Карно.

Для преобразования алгебраических выражений в скобочной фор­ ме к виду, допускающему реализацию функции из элементов ИЛИ— НЕ, используется преобразование де-Моргана.

Пример 14-9.

При преобразовании формулы для реализации функции элемента­ ми, выполняющими сложную функцию И—ИЛИ—НЕ, сначала запи­ сывается выражение функции в виде ДНФ, а затем от всего выраже­ ния берется двойная инверсия:

Пример 14-10.

Разработка принципиальной электрической схемы управления

Основой для построения принципиальной схемы устройства являет­ ся система преобразованных алгебраических выражений, учитывающих логические функции, выполняемые выбранной серией бесконтактных элементов.

При составлении схемы должны строго соблюдаться условия вклю­ чения логических элементов, указанные >в информации заводов-изгото- вителей. Для элементов серии «Логика-Т» условия включения приведе­ ны в гл. 8.

Принципиальные схемы системы управления состоят из функцио­ нальных узлов, которые должны быть выделены на чертеже. Каждому функциональному узлу должно быть присвоено условное обозначение (шифр).

При составлении принципиальной схемы должна быть исследована возможность применения системы унифицированных функциональных узлов, описанных, например, в [46, 75]. Рекомендации по применению унифицированных функциональных узлов приведены в гл. 9 данной книги.

,2 9 6

Требования к исполнению принципиальных схем бесконтактных станций управления и блоков изложены в § 14-2 и 14-3.

Проверка правильности функционирования принципиальной схемы

Разработка принципиальных электрических схем бесконтактных управляющих логических устройств сложнее, чем соответствующих им релейно-контактных схем, в связи с реализацией элементами более сложных логических функций, меньшей наглядностью в работе цепей и аппаратов и большей трудностью чтения схем. Поэтому прежде чем произвести заказ бесконтактной станции управления заводу-изготови­ телю, необходимо убедиться в правильности функционирования разра­ ботанной схемы. Для этого необходимо произвести проверку схемы станции управления и каждого функционального узла в лабораторных условиях.

Исследование схемы может производиться на специальном стендетренажере или путем монтажа временного макета исследуемой системы управления.

Проверка схем на стенде-тренажере описана в гл. 11. Изготовление временного макета имеет ряд существенных; недо­

статков по сравнению с исследованиями на стенде-тренажере и поэтому должно производиться лишь в случае, если разработчик не располагает соответствующим стендом.

На макете исследуется функциональная часть схемы, а датчики и исполнительные элементы могут быть имитированы. Так как входные сигналы схемы должны иметь дискретный характер, то их имитация на макете может быть осуществлена при помощи кнопок и тумблеров, включаемых в цепь устройств и выдающих сигналы необходимого для логических элементов уровня. Имитация работы выходных элементов может производиться при помощи сигнальных лампочек, включенных на выходах схемы и реагирующих на появление выходных сигналов. При использовании элементов серии «Лошка-Т» лампочки необходимо включать через усилители Т-401.

Для осуществления питания логических элементов на лаборатор­ ном макете устанавливаются соответствующие трансформаторы и блок питания.

Перед проверкой схемы на макете должна быть составлена про­ грамма ее испытаний. Целью исследования является получение заклю­ чения о приемлемости схемы для практической реализации. В целях упрощения макета и сокращения времени испытания допускается уменьшение выдержек времени операций до времени задержки одного серийного элемента.

В программе указываются все возможные наборы входных сигна­ лов и последовательности их появления. Каждой комбинации ставятся в соответствие определенные значения выходных сигналов и указывает­ ся, какое они должны найти отражение в схеме макета.

Принципиальная схема макета является приложением к программе. Программой устанавливается порядок исследований при местном, дистанционном и автоматическом управлении всех предусмотренных операций и режимов. Проверяется действие защиты, сигнализации

ит. д. Объем проверок определяется программой.

Вкачестве программы для экспериментальной проверки схемы на макете могут служить также контролирующие и диагностические те­ сты, составленные по рекомендациям, приведенным в гл. 10.

297

14-3. ПРОЕКТНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЕСКОНТАКТНЫХ СТАНЦИИ УПРАВЛЕНИЯ

Общие сведения о бесконтактных станциях управления из элементов серии «Логика»

Бесконтактные станции управления представляют собой комплект­ ные устройства, выполненные из бесконтактных элементов серии «Ло­ гика», усилителей и других электрических аппаратов. Станции пред­ назначены для управления промышленными установками и технологи­ ческими процессами.

Конструкция станции управления предусматривает применение блоков, шасси и кассет единой унифицированной блочной конструкции комплектных устройств автоматики (ЕУБК).

Г>ис. 14-3. Общий вид бесконтактной станции управления защищенного исполнения.

Станции изготавливаются в защищенном .и открытом исполнениях. Оба исполнения могут быть изготовлены для поставки в районы с уме­ ренным и тропическим климатом.

Общий вид бесконтактной станции управления защищенного ис­ полнения приведен на рис. 14-3. Станция защищенного исполнения со­ стоит из шкафа двустороннего обслуживания, в котором закреплены кассеты с установленными в них вдвижными блоками. Элементы и электроаппараты размещаются в блоках, но могут быть также разме­ щены на панелях, установленных в шкафу вместо кассет, и на перед­ ней двери шкафа. Станции открытого исполнения шкафа не имеют. Они состоят из кассет и установленных в них блоков.

Блоки выполняются из унифицированных металлических шасси и служат для установки и электрического монтажа логических элемен­ тов и других аппаратов станции. На рис. 14-4 приведен пример разме­ щения логических элементов и электрических аппаратов в блоке.

Конструкция шасси и таблица типоразмеров шасси показаны на рис. 14-5.

298

В блоках, выполненных на шасси типа Ш2-21 и ШЗ-21 может быть установлено до тридцати элементов серии «Логика» наименьших габаритных размеров, а в блоках, выполненных на шасси типа Ш4-21, Ш5-21 и Ш6-21, размещается до шестидесяти элементов.

Кроме логических элементов в блоках могут быть установлены ре­ зисторы, диоды, конденсаторы и другие аппараты, размещенные на унифицированных монтажных платах.

На лицевой панели блока могут устанавливаться переключатели, тумблеры, регулируемые резисторы, кнопки, сигнальные лампы, кон­ трольные гнезда и другие аппараты. Количество размещаемых аппара­ тов ойределяется их габаритными размерами, количеством и размера­ ми, табличек с необходимыми надписями и количеством контрольных гнезд.

Элементы „ Логика,“

Рис. 14-4. Пример размещения логических элементов и электрических аппа­ ратов в блоке.

Количество гнезд не должно превышать 16, а в блоках на шасси типа Ш4-21 и более крупных число тнезд может быть увеличено до 32.

На верхней части лицевой панели блоков устанавливается таблич­ ка с позиционным обозначением блока по принципиальной схеме стан­ ции. Табличка определяет место блока в схеме.

Для включения блока в схему станции на задней скобе шасси устанавливается до двух ножевых колодок. Каждая колодка имеет 30 ножевых контактов, допускающих ток до 5 А.

Конструкция блоков предусматривает проводной электрический

ченную для размещения и электрического монтажа блоков. Блоки вдвигаются в кассету по капроновым направляющим и крепятся с ли­ цевой стороны винтами.

299

Рис. 14*5. Конструкция шасси Ш2-21 и таблица типоразмеров шасси.

Направляющие крепятся к кассете с шагом, кратным 50 мм, что позволяет размещать рядом, блоки на шасси всех типоразмеров.

Всего в кассете размещается до пяти блоков на шасси Ш2-21. На

подключения источника питания.