第五章 梯形图设计.ppt

模块五梯形图设计 一 教学目的培养学生设计运动控制领域电气控制系统的能力 二 基本要求1 明确由机械设计人员 工艺设计人员 电气设计人员共同拟定的三大设计依据 工作循环图 检测元件布置示意图 执行元件动作节拍表 2 掌握将三大设计依据正确转换为程序图的方法以及适当设置中间记忆元件的方法 3 掌握依据程序图 采用开启优先形式或关断优先形式列写中间记忆元件和执行元件开关函数式的方法 4 掌握根据一次循环实现自动循环和调整状态的方法 以自驱式攻丝动力头为例 5 1设计三大依据 滑台快进 处于原始位置 压下原位行程开关ST1 的滑台快速向前平行移动以接近工件 当快进到一定位置 压下行程开关ST2 停止快进 而转入滑台慢进 工作过程 滑台慢进 滑台慢速向前平行移动 以准确进入开始攻丝位置 当慢进到整定的攻丝位置 压下行程开关ST3 滑台停留 一般以死挡铁抵住 而转入动力头正转攻丝 动力头正转攻丝 主轴电动机正转 使攻丝丝锥获得转矩 主轴从其原始位置 压下主轴原位行程开关ST5 开始正转攻丝加工 攻丝时丝锥将深入工件 滑台不动 当攻丝到位 压下行程开关ST4 主轴电动机停转 而转入动力头反转退出 动力头反转退出 主轴电动机反转 攻丝丝锥从已达到的攻丝深度位置 压下行程开关ST4 反转退出 知道退回到主轴原始位置 压下行程开关ST5 主轴电动机停转 而转入滑台快速退回 滑台快退 滑台从慢进到位位置 压下行程开关ST3 作快速后退运动 直到退回到滑台原始位置 压下行程开关ST1 滑台才停止运动 至此 完成一个 攻丝 加工工作循环 由攻丝动力头的工作过程叙述可见 自动机械的一个工作循环过程总是分成若干步骤逐步进行的 在每个步骤中 自动机械进行着特定的机械动作 在机械工程中 把这种进行特定机械动作的步骤称之为工步 一般用特定的机械动作来命名 如前面所述攻丝动力头的工作循环就可以划分为 快进 慢进 正转攻丝 反转退出 快退 五个工步 通常情况下 每一工步输出的特定机械动作是由电气控制电路中的执行机构所控制的 电气控制电路中的执行机构可以由接触器 电磁阀等电气元件组成 如图 自驱式攻丝动力头中 由图 所示液压系统可见 当电磁阀YA1 YA3通电动作 则将驱动滑台作快速平移运动 也就是说 将给出 滑台快进 的特定机械动作 当只有电磁阀YA1通电动作 则将驱动滑台作慢速平移运动 即给出 滑台慢进 的特定机械动作 而当所有三个电磁阀都断电释放 但接触器KM1通电动作 则将给出 动力头正转攻丝 的特定机械动作等等 可见 对应各工步的电气执行元件的通断情况 可以列写一个表 这个表我们称之为执行元件动作节拍表 如表5 1所示自驱式攻丝动力头执行元件动作节拍表 它表明了对应自驱式攻丝动力头各工步的执行元件的通断情况 显然 这个动作节拍表是根据机械工艺要求所确定的 是我们进行控制梯形图设计的依据之一 一 执行元件动作节拍表 二 工作循环图 因为电气执行元件各种不同工作状态 通 断 的组合决定了各个不同的特定机械动作输出 所以从电气控制的角度来看 自动机械工作循环的过程就是电气执行元件各种工作状态组合有顺序地逐步切换的过程 为此 我们将电气控制电路对应于各电气执行元件工作状态的一种组合状态称之为电气控制电路的一个程序 一般也用对应的特定机械动作来命名 我们规定 1 当两个程序对应着同一组执行元件的工作状态组合 但它们被其它的程序所隔断 此时我们仍然认为是两个不同的程序 2 对应于所有电气执行元件都断电释放的情况 我们也仍然认为是一个程序 特别是电气控制电路开始工作前的原始状态 所有电气执行元件都处于失电状态 我们称之为 零程序 由此可见 电气控制中的 程序 和机械工艺中的 工步 在概念上是有差别的 当单纯由于机械原因 机械运动压动液压行程阀 引起机械动作输出变更时 就机械工艺中的 工步 而言 发生了转换 但就电气控制中的 程序 而言 却没有发生改变 自动机械在电气控制电路的控制下进行有顺序地工作 开机前所有电气执行元件都处于断电释放状态 即处于 零程序 得人工指令或其它有关设备的联系信号后 电气控制电路给出一组电气执行元件的工作状态 从而驱动自动机械的受控对象进行一定的机械动作 这就是说 电气控制电路由 零程序 切换到了第一个程序 受控对象在工作进程的现场使某一物理量达到整定值时 相应的检测元件的工作状态发生转换 进而使电气控制电路中执行元件给出一组新的工作状态 致使受控对象进行新的机械动作 以后 随着检测信号的依次到来 电气控制电路的程序依次切换下去 直至结束 我们将导致程序切换的主令信号和检测信号称之为程序转换主令信号 为了简明的展示自动机械的整个工作进程 通常作出工作循环图 在工作循环图中 用箭头表示一个程序的来处和去向 两箭头首尾相联点表示程序切换处 可在其近傍标以程序转换主令信号 原始状态或某些停留状态可用空心圆表示 从原始程序开始 这些首尾相联箭头的顺序表示了各程序相继出现的顺序 即工作循环的顺序 由于是周期性电路 故工作循环图必然是封闭形的 图 就是自驱式攻丝动力头的工作循环图 它清楚的展示了攻丝加工工作进程 因为我们设计的电气控制梯形图程序所控制的自动机械工作循环必须和工作循环图一致 显然它就应该是设计的依据之一 三 检测元件布置示意图 为了分析各检测元件在整个工作过程中的动作 往往结合自动机械结构示意图标明各检测元件的布置 故称为检测元件布置示意图 由这个检测元件布置示意图可以在分析自动机械的工作过程时 同时就可以分析出各检测元件什麽时候开始动作 什麽时候终止动作 也就是说 我们可以分析出它们的动作区间 以及它们发出程序转换主令信号的时间 如图 所示 它既是自驱式攻丝动力头的结构示意图 也是自驱式攻丝动力头的检测元件布置示意图 因为我们需要借助它来分析各检测元件的动作区间 所以也是我们设计的依据之一 5 2程序图及中间记忆元件设置 一 程序图 1电器元件动作三要素 动作多长时间 何时动作 始动条件 何时终止动作 终动条件 电气控制设计的目的 就是利用主令元件 检测元件 中间记忆元件的动作三要素构建电气控制电路 使所有执行元件的动作三要素满足要求 2程序图及其格式 表示电气控制电路中各电器元件动作三要素的曲线图形 称之为该电气控制电路的程序图 7根纵线上端标0 1 2 称动作线 以标号称之 等距空间称程序区间 电器元件动作区间 按主令元件 检测元件 执行元件 中间记忆元件排列 可见 程序图是将横断面为工作循环图的圆柱面纵向展开的平面图形 3程序图绘制 1 根据工作循环图画纵线 以构成程序区间 工作循环图有n个程序 就有n 1根纵线 2 在纵线的最上方标注0 1 2 0 序号 称之为0 1 2 动作线 3 在0 动作线左边从上至下 等距标注主令元件 检测元件 执行元件以及为主令元件 检测元件所选择的输入继电器X和为执行元件所选择的输出继电器Y 4 根据执行元件动作节拍表在各执行元件的对应程序区间中标注该执行元件的动作三要素 5 根据检测元件布置示意图 分析各检测元件的动作三要素 然后在各检测元件的对应程序区间予以标注 至此 将三大设计依据转换为一个基本程序图 注意 1 所有的程序区间距离相等 它只是定性地表示一个程序 与程序实际进行的时间长短无关 2 在某一程序区间中 当某一个电气元件的动作是瞬时动作时 一般用程序区间的1 4左右长的带箭头横线表示 同时 当该元件以某一动作线作为它的始动线或终动线 则指向该动作线的箭头可以不画 以使图形更为清晰 3 当采用速度继电器BV作检测元件时 因它既有正转检测用触点 又有反转检测用触点 所以应将正转和反转检测用两类触点作为两个元件分别排列在0 动作线的左傍 并选择联接不同的输入继电器 并在绘制程序图时 应绘制成对称的两组形式 4 当采用内部定时器作检测元件时 因为它有定时器线圈和延时动作触点 所以绘制程序图时 将它们作为两个元件KT KT 分别排列在0 动作线的左傍 但选择联接的是同一定时器 具体绘制自驱式攻丝动力头程序图 第一步根据工作循环图画纵线 由图5 3所示自驱式攻丝动力头工作循环图可知 它共有6个程序 为此 如图5 4所示 绘制7根纵线 构成6个程序区间 在7根纵线的上方从左至右用0 1 2 3 4 5 0 数字标号 应注意的到 因为程序图是横断面为封闭式工作循环图的圆柱面纵向展开平面图 故0 动作线与0 动作线实际上是一根线 对6个程序区间依照程序切换顺序从原始状态开始 依次标以原始 滑台快进 滑台慢进 正转攻丝 反转退出 滑台快退程序名称 第二步选择主令元件 检测元件 执行元件连接的编程器件在0 动作线左傍从上至下 依次等距标注主令元件 停止按钮 SB0 起动按钮 SB1 以及它们所分别联接的输入继电器X000 X001 检测元件 行程开关 ST1 ST2 ST3 ST4 ST5 以及它们所分别联接的输入继电器X002 X003 X004 X005 X006 执行元件KM1 KM2 主轴电机控制用接触器 YA1 YA2 YA3 YA4 电磁阀控制用电磁铁 以及它们所分别联接的输出继电器Y030 Y031 Y032 Y033 Y034 第三步在程序区间中描述主令元件的动作情况由前面所分析的自驱式攻丝动力头工作过程可知 起动按钮SB1只是发出开机信号 显然它只在滑台快进程序的初始瞬动一下 即始动时间在1 动作线上 终动时间在第一快进程序中 因此 它的动作情况如图5 4中所示 是一个瞬动信号 而停止按钮SB0在整个程序中任意时刻都可以按下 以使自动机械停止工作循环 所以 它的动作情况如图5 4所示 在整个工作循环中用带箭头的虚线表示 就是说可以动作 也可以不动作 第四步在程序区间中描述检测元件的动作情况ST1是滑台原位行程开关 显然 它在原始状态是被压下的 由图5 1可见 它是一个短撞块 当滑台向前进给一小段距离就将松开这个原位行程开关 故它的动作情况如图5 4所示 在整个原始程序和一小段滑台快进程序中是动作的 ST2是滑台快进到位检测行程开关 也就是说 它是发出转入滑台慢进程序主令信号的行程开关 由图5 1可见 压下它的是一个长撞块 所以在整个滑台慢进程序中都将被压下而动作 且在正转攻丝和反转退出时 滑台是停留在慢进到位位置不动 显然也是被压下的 只有滑台快退一小段距离后才被松开 故如图5 4所示 它在整个滑台慢进 正转攻丝 反转退出三个程序中和滑台快退程序的一小段时间内都是动作的 ST3是滑台慢进到位检测行程开关 也就是说 它是发出转入正转攻丝程序主令信号的行程开关 由于在正转攻丝和反转退出程序时 滑台停留在滑台慢进到位位置不动 只有在滑台快退一小段距离后才被松开 故如图5 4所示 它在整个正转攻丝和反转退出程序中和滑台快退程序的一小段时间内都是动作的 ST4是主轴向前进给到位的检测行程开关 就是说一旦攻丝到位 它即被压下 发出转入反转退出的程序转换主令信号 而一旦反转退出一小段距离就将被松开 故如图5 4所示 它只在反转退出程序的一小段程序中瞬动一下 是一个瞬动信号 ST5是主轴原位行程开关 因为在原始 滑台快进 滑台慢进程序中 主轴是停留在原位不动的 所以它在这三个程序中都将被压下而动作 在主轴正转攻丝一小段时间后将被松开 而主轴反转退出到原位又将被压下 所以在整个滑台快退程序中也是被压下的 由它发出由主轴反转退出转入滑台快退的程序转换主令信号 故如图5 4所示 它在原始 滑台快进 滑台慢进 滑台快退的整个程序中和正转攻丝程序的一小段时间内都是动作的 第五步在程序区间中描述执行元件的动作情况由表5 1所示执行元件动作节拍表 可清楚地看出各执行元件KM1 KM2 YA1 YA2 YA3的动作区间 表中 表示通电动作 表示断电释放 因而可直接用带箭头的断续横线描述在图5 4的各程序区间中 至此 完成了该自驱式攻丝动力头的基本程序图的绘制 二 中间记忆元件设置 1 为记忆程序转换主令信号 为什麽要设置中间记忆元件1 为记忆程序转换主令信号2 为综合几个信号3 为区分同一电器元件多次动作发出的信号4 为区分同一电器元件工作的不同程序区间 按下按钮启动SB1所发出的主令信号是作为由原始状态转入滑台快进的程序转换主令信号 该信号发出 即意味着执行元件YA1 YA3将由失电状态转为通电状态 致使液压系统驱动滑台快速向前 以接近工件 由图5 4所示程序图可见 按钮SB1发出的信号是一个瞬动信号 显然执行元件YA1 YA3的动作区间大于主令元件SB1的动作区间 就是说 SB1发出的信号需要记忆 但执行元件YA1 YA3都是无记忆功能的执行元件 所以需要设置一个内部辅助继电器 内部中间继电器 作为中间记忆元件 以记忆SB1所发出的瞬动主令信号 压下行程开关ST2发出的检测信号是作为由滑台快进转入滑台慢进的程序转换主令信号 这个信号发出 即意味着应使执行元件YA3断电释放 而仍然保留执行元件YA1的通电动作状态 由图5 4程序图可见 这个信号不需记忆 因为ST2的动作区间大于YA3的断电释放区间 压下行程开关ST3发出的检测信号是作为由滑台慢进转入主轴正转攻丝的程序转换主令信号 这个信号发出 意味着一方面应使执行元件YA1断电释放 而另一方面应使接触器通电动作 以使主轴电动机正转运行 由于慢进到位后 滑台停留不动 因而行程开关ST3在主轴正转攻丝 反转退出两程序中和滑台快退程序的一小段时间内都是被压下动作的 显然这个信号不需要记忆 压下行程开关ST4发出的检测信号是作为由主轴正转攻丝转入主轴反转退出的程序转换主令信号 这个信号发出 意味着应使正转接触器KM1断电释放 而使反转接触器KM2通电动作 进而拖动主轴电动机反转 它是一个瞬时动作信号 需要记忆 但接触器是具有记忆功能的执行元件 这个程序转换主令信号可以借助反转接触器KM2来记忆 压下行程开关ST5发出的检测信号是作为由主轴反转退出转入滑台快退的程序转换主令信号 它的发出 意味着反转接触器KM2应断电释放 而电磁阀YA2 YA3应通电动作 以使滑台快速退回原位 因为主轴退回原位压下行程开关ST5后 就停留在原位 始终压下行程开关ST5 所以这个程序转换主令信号不需记忆 压下行程开关ST1发出的检测信号是作为由滑台快退转入原始的程序转换主令信号 它的发出 意味着所有执行元件都应断电释放 使系统恢复原始状态 因而这个程序转换主令信号不需记忆 可见由以上对所有程序转换主令信号的分析可见 本例中共有6个程序转换主令信号 至少有1个程序转换主令信号需要记忆 为记忆这个程序转换主令信号 第一个办法是依靠执行元件来记忆 第二个办法是设置一个中间记忆元件来记忆 仅仅依靠主令元件和检测元件的触点状态组合 则无论如何是无法组成电气控制梯形图的 为综合几个信号 设计电气控制电路时 某些情况下需要将几个信号综合 这时就需要设置一个中间记忆元件 如自动生产线中 各单机都有一个原位信号 而对整个自动线来说 需要的是总的原位信号 为此我们设置一个中间记忆元件 它的动作是在所有单机都回到原位 即所有单机的原位行程开关都被压下 所设置中间记忆元件才通电动作 这就是综合几个原位行程开关发出的信号 如下图所示 ST1 ST2 ST3 STn X0011 X0012 X0013 Xn K M0100 为区分同一电器元件多次动作发出的信号 工作过程当人工起动后 接通电磁阀电磁铁YA 动力头由原位 压下原位行程开关ST1 向前进行加工 当压下行程开关ST2 电磁阀电磁铁YA断电 动力头后退 后退至原位 压下原位行程开关ST1 又接通电磁阀电磁铁YA 动力头又向前加工 向前加工至压下行程开关ST3 电磁阀电磁铁YA断电 动力头后退 后退至压下原位行程开关ST1 又接通电磁阀电磁铁YA 动力头又向前加工 向前加工至压下行程开关ST4 电磁阀电磁铁YA断电 动力头后退 后退至压下原位行程开关ST1 又接通电磁阀电磁铁YA 动力头又向前加工 向前加工至压下行程开关ST5 电磁阀电磁铁YA断电 动力头后退至原位 压下原位行程开关ST1 停止 至此完成了一次工作循环 图5 13即是该深孔钻的工作循环图 多次压下同一行程开关 或作为不同程序的转换主令信号 或其中某一次作为程序转换主令信号 由工作循环叙述和该机结构及检测元件布置示意图可见 行程开关ST2 ST3 ST4除第一次压下发出的信号作为程序转换主令信号外 以后还将多次压下发出干扰信号 为此 必须区分第一次压下发出的信号和以后多次发出的干扰信号 这就得由中间记忆元件来承担 以上分析说明 为区分行程开关ST2 ST3 ST4第一次被压下和第一次以后被压下 至少需要设置三个中间记忆元件 为了描述这些干扰信号 在绘制的图5 14所示程序图中 用虚线作辅助动作线 且为清晰起见 这些辅助动作线均等分各程序区间 它们不表示具体的时间长短 仅作定性分析之用 4 为区分同一电器元件工作的不同程序区间 工作过程按下正转起动按钮 接触器KM1通电动作 电动机串电阻R起动 速度继电器BV正转常开触点BV1闭合 接触器KM3通电动作 以短接电阻R 电动机正转运行 若需要停车 则按下停止按钮 接触器KM1 KM3断电释放 接触器KM2通电动作 电动机串电阻R进行反接制动 当电动机转速下降到零 速度继电器BV正转常开触点BV1复位 接触器KM2断电释放 制动完毕 系统恢复原始状态 按下反转起动按钮 接触器KM2通电动作 电动机串电阻R起动 速度继电器BV反转常开触点BV2闭合 接触器KM3通电动作 以短接电阻R 电动机反转运行 若需要停车 则按下停止按钮 接触器KM2 KM3断电释放 接触器KM1通电动作 电动机串电阻R进行反接制动 当电动机转速下降到零 速度继电器BV反转常开触点BV2复位 接触器KM1断电释放 制动完毕 系统恢复原始状态 以鼠笼式异步电动机双向反接制动控制电路为例进一步加以说明 主电路如图5 9所示 由工作过程叙述可见 1 正向运行时 交流接触器KM1通电动作 反向运行 停车反接制动时 也是交流接触器KM1通电动作 显然为区分交流接触器KM1这两种情况下的通电动作 必须设置中间记忆元件 2 反向运行时 交流接触器KM2通电动作 正向运行 停车反接制动时 也是交流接触器KM2通电动作 显然为区分交流接触器KM2这两种情况下的通电动作 必须设置中间记忆元件 综上所述 为区分交流接触器KM1 KM2两种情况下的通电动作 至少需要设置两个中间记忆元件 根据以上工作过程分析可见 由于电动机可作双向运行 且双向都作反接制动停车 也就是说每向都有各自的工作循环 为此 必须如图5 10所示按正转控制和反转控制作两个相关的基本程序图 中间记忆元件设置 由以上分析可见 除第二种情况外 其余三种情况 只要能将所有程序两两相区分 就能设计出可靠的电气控制电路 通常 可以利用中间记忆元件的始动线来记忆一个程序转换主令信号 也可利用中间记忆元件的终动线来记忆一个程序转换主令信号 换句话说 一个中间记忆元件可以记忆两个程序转换主令信号 这样 若利用中间记忆元件来记忆所有程序转换主令信号 则需要设置的中间记忆元件数量可由下述公式可确定 其动作区间建议采用右移交叉设计法 即随着程序的依次到来 依次开启中间记忆元件 待所有中间记忆元件全部开启后 再依次关断这些中间记忆元件 如下图所示 这样设置的优点是 将所有程序两两相区分 不会发生程序的混乱 或 K1 K2 K3 K1 K2 K3 K4 确定了按右移交叉设计法设置中间记忆元件的数量后 由上图可见 其动作区间数可由下式确定 C X 2 X为偶数 C X 1 2 X为奇数 式中 X 程序数C 动作区间数设置中间记忆元件后 就可构成完整程序图 5 3开关函数式列写 在绘制完成完整程序图之后 就是如何将主令元件 检测元件以及中间记忆元件的触点工作状态进行组合 以实现对执行元件的动作状态的控制 这就需要利用一种数学工具 即常用的逻辑代数 或称开关代数 布尔代数 双值代数 一 基本概念 1 逻辑变量在电气控制技术中 所有使用的电气元件都只有两种对立的 稳定的工作状态 如 接触器线圈得电或失电 继电器线圈得电或失电 行程开关是受压或未受压 电磁铁线圈得电或失电 电气元件的触点是闭合或断开 所谓 对立 是指 两个物理状态有着非此即彼 互为依存 并能相互转换的关系 所谓 稳定 是指 从控制要求的角度来看 我们关心的只是两个物理状态已达稳定的情况 而不考虑这两个稳定的物理状态相互转换时的过程 在电气控制技术中 所有电气元件都具有受激或原始 未受激 这两种对立的 稳定的物理状态 因此都对应于一个逻辑变量 对接触器 继电器 电磁铁等电气元件 受激或原始状态是指其线圈得电或失电 对按钮 行程开关等电气元件 受激或原始状态是指受压或未受压状态 本书中 我们用KM K YA SB ST等分别表示接触器 继电器 电磁铁 按钮 行程开关等所对应的逻辑变量 电气元件的每一个触点也具有闭合或断开两种对立的 稳定的物理状态 因此它们也对应于一个逻辑变量 同时规定 用KM K ST SB等分别表示接触器 继电器 行程开关 按钮等电气元件的常开触点及其相应的逻辑变量 用KM K ST SB等分别表示接触器 继电器 行程开关 按钮等电气元件的常闭触点及其相应的逻辑变量 因为任何一个逻辑变量都具有两个对立的 稳定的物理状态 所以用 0 1 两个数字来表示 分别读作逻辑0与逻辑1 或读作0状态与1状态 这就是说 任一逻辑变量仅有 0 1 两种取值的可能性 鉴此 对电气控制技术中的任一逻辑变量的 0 和 1 状态所代表的物理意义作如下明确规定 1 电气元件的受激状态为 1 状态 而原始状态为 0 状态 2 触点的闭合状态为 1 状态 触点的断开状态为 0 状态 基于以上规定 就可以得出 K 1继电器线圈处于得电状态 K 0继电器线圈处于失电状态 KM 1接触器线圈处于得电状态 KM 0接触器线圈处于失电状态 YA 1电磁铁线圈处于得电状态 YA 0电磁铁线圈处于失电状态 K 1继电器常开触点处于受激闭合状态 K 0继电器常开触点处于原始断开状态 K 1继电器常闭触点处于原始闭合状态 K 0继电器常闭触点处于受激断开状态 ST 1行程开关常开触点处于受激闭合状态 ST 0行程开关常开触点处于原始断开状态 ST 1行程开关常闭触点处于原始闭合状态 ST 0行程开关常闭触点处于受激断开状态 可见 电气元件本身状态的 1 0 取值与它的常开触点状态 1 0 取值是一致 而与它的常闭触点状态 1 0 取值恰好是相反 2 逻辑函数与电路联接的对应关系在电气控制技术中 通常将表征触点状态的逻辑变量称之为输入逻辑变量 而将表征受控元件线圈状态的逻辑变量称之为输出逻辑变量 如图5 15 a 中 SB0 SB1 K1 K2为输入逻辑变量 而线圈图形符号旁边的K1 则为输出逻辑变量 图5 15 b 是对应的梯形图 显然图中输出逻辑变量的取值是随着各输入逻辑变量的取值变化而变化的 输入 输出逻辑变量的这种相互依存的关系 用数学语言来说 就是一种函数关系 通常 称输出逻辑变量为各输入逻辑变量的函数 对图5 15的电路可列写为 或 从物理意义上来说 三种基本逻辑运算对应着一定的电气控制电路 因而 在电气控制技术中 任一受控元件线圈的状态都可以用一个开关函数式来描述 1 逻辑 与 对应着逻辑变量串联的电气控制电路 如图5 16 a 所示 其开关函数式为对应的电路为 2 逻辑 或 对应着逻辑变量并联的电气控制电路 如图5 16 b 所示 其开关函数式为对应的电路为 三种基本逻辑运算应用 二 开关函数式列写 既然一个开关函数式对应一个电气控制电路 那麽 若我们能够将所有受控电气元件的开关函数式列写出来 就能够设计出自动机械整个电气控制梯形图 1有记忆功能电气元件开关函数式列写 1 开关函数式基本形式及始动 终动信号选取 图5 17是最简单的电气控制电路 图 a 中 按下按钮SB1 继电器K通电动作 其常开触点K闭合 提供自锁通道 保持继电器的通电 这个常开触点K就是记忆起动按钮SB1发出的程序转换主令信号 按下停止按钮SB0 其常闭触点断开 切断自锁通道 使继电器K断电释放 恢复原始状态 由前面的讨论可知 这个电路的开关函数式可写为 显然 式中SB1是始动信号 SB0是终动信号 因为SB1 1到来时 继电器K通电 SB0 0到来时 继电器K断电 对这种结构的电路所对应的开关函数式写成一般形式为 式中 K 继电器K的常开触点 它体现了继电器K通电后的内部自保作用 以维持继电器K 1的状态 X始 继电器的始动信号 它应选取程序图中在始动线上发生状态转换的逻辑变量作为这个信号 若这个逻辑变量在始动线上由 0 变为 1 则取其原变量 常开触点 若这个逻辑变量在始动线上由 1 变为 0 则取其反变量 常闭触点 X终 继电器的终动信号 它应选取程序图中在终动线上发生状态转换的逻辑变量作为这个信号 若这个逻辑变量在终动线上由 0 变为 1 则取其反变量 常闭触点 若这个逻辑变量在终动线上由 1 变为 0 则取其原变量 常开触点 由于这个开关函数式中 X始 1 X终 0同时到来时 将仍然使继电器通电 故我们将开关函数式的这种形式称之为开启优先形式 图 b 所示控制电路 其开关函数式可列写为 而一般形式为 由于这个开关函数式中 X始 1 X终 0同时到来时 将使继电器断电 故我们将开关函数式的这种形式称之为关断优先形式 可见 图 a 图 b 两个电路结构及其所分别对应的开关函数式在逻辑功能方面是类似的 仅仅是当某一时刻X始 1 X终 0同时到来时 它们中继电器K将有不同的响应 开关函数式的开启优先形式与关断优先形式各有特点 可根据具体情况选用 当特别需要X始 1到来 能可靠地开启继电器时 建议选用开启优先形式 当特别需要X终 0到来 能可靠地关断继电器时 建议选用关断优先形式 从图5 17 a 可见 起动按钮SB1和停止按钮SB0都有误按的可能 因而造成继电器K误动作 进而导致整个电气控制系统程序的混乱 为保证程序按顺序可靠地切换 就必须对开关函数式中的X始和X终引入约束信号X始约和X终约 以使得当X始 1错误地到来时 不致使继电器K通电动作 而当X终 0错误地到来时 造成继电器K断电释放 由逻辑代数可知 X始和X始约应采用 与 的形式构成组合信号 才能在始动线近傍造成 全1出1 的局面 以保证继电器K的正常开启 而在始动线近傍以外尽可能大的范围内造成 全 出 的局面 以消除继电器K的误开启 X终和X终约应采用 或 的形式构成组合信号 才能在终动线近傍造成 全0出0 的局面 以保证继电器K的正常关断 而在终动线近傍以外尽可能大的范围内造成 有1出1 的局面 以阻止继电器K的误关断 经以上处理后 前面所论及的开启优先形式和关断优先形式两开关函数式就应修改为 或 2 始动 终动信号选取 这两个开关函数式都意味着 1 在始动线近傍应使X始约 1 以允许开启继电器K 而在始动线近傍以外尽可能大的范围内应使X始约 0 以阻止继电器K非正常开启 2 在终动线近傍应使X终约 0 以允许正常关断继电器K 而在终动线近傍以外尽可能大的范围内X终约 1 以使辅助自保通道保持畅通 阻止继电器K非正常关断 通常 X始约采用检测元件或其他继电器的触点信号组合 选取的方法及原则是 1 在程序图中选取一个逻辑变量 要求它在始动线近傍和始动线近傍以外有尽可能大的范围内状态取值相反 2 若它在始动线近傍状态取值为 1 则取其原变量 常开触点 若它在始动线近傍状态取值为 0 则取其反变量 常闭触点 通常 X终约也采用检测元件或其他继电器的触点信号组合 选取的方法及原则是 1 在程序图中选取一个逻辑变量 要求它在终动线近傍和终动线近傍以外有尽可能大的范围内状态取值相反 2 若它在终动线近傍状态取值为 0 则取其原变量 常开触点 若它在终动线近傍状态取值为 1 则取其反变量 常闭触点 至此 可归纳出列写有记忆功能电气元件开关函数式的一般步骤如下 但应注意的是 当在一个工作循环中 有多段动作区间 则按上述步骤分别列写各段相互独立的开关函数式 然后再将各段的开关函数式 或 起来 就构成该电气元件的开关函数式 1 在程序图中 确定所将列写开关函数式的电气元件的始动线和终动线 2 在始动线和终动线上 按前述原则确定始动信号X始和终动信号X终 3 在始动线和终动线近傍 根据控制过程提出的联锁要求和现场工作条件 结合前述方法及原则 选取始动约束信号X始约和终动约束信号X终约 4 按开启优先形式或关断优先形式列写开关函数式 2无记忆功能电气元件开关函数式列写 无记忆功能电气元件包括两类 1 本身就不具有记忆功能的电气元件 2 本身具有记忆功能 但实际应用时不利用这种记忆功能的电气元件 列写步骤如下 1 按列写有记忆功能电气元件开关函数式时的方法与原则 为所列写开关函数式的电气元件选择始动信号X始和终动信号终 并尽量使它们都等于 1 的区间等于该元件的动作区间 2 将始动信号X始和终动信号X终组成 与 函数形式就是该元件的开关函数式 若始动信号X始和终动信号X终都等于 1 的区间大于该元件的动作区间 则应选取一个始动约束信号X始约 使X始 X始约 X终三者都等于 1 的区间恰好等于该元件的动作区间 将三个信号组成 与 函数 即得到该元件的开关函数式 3 若在一个工作循环中 所为列写开关函数式的电气元件有多段动作区间 则对每一段动作区间按 1 2 步骤列写开关函数式 然后将各段开关函数式 或 起来 就构成了该元件的开关函数式 但此时应特别注意检查各段的 与 函数是否各自独立 互不影响 若出现相互影响的情况 则应检查所有的始动信号X始 终动信号X终 始动约束信号X始约 找出造成影响的信号 然后另外选取一个不造成影响的信号来取代 或者增加一个新的约束信号 3攻丝动力头控制电路设计开关函数式列写 由完整程序图可见 1 共有K1 K2 K3 KM1 KM2 YA1 YA2 YA38个受控电气元件 2 按右移交叉法设置的3个中间记忆元件K1 K2 K3相互应提供必要的始动和终动约束信号 以提高工作可靠性 3 K1 K2 K3应作为有记忆功能电气元件列写开关函数式 4 由于K1 K2 K3将所有程序两两相区分 所以可利用他们直接携带5个执行元件 即5个执行元件都可作为无记忆功能电气元件列写开关函数式 按有记忆功能元件列写K1 K2 K3的开关函数式 1 K1的始动线为1 动作线 终动线为4 动作线 2 在始动线上发生状态转换的逻辑变量为SB1 X001 且它由 0 变为 1 故选取原变量作为始动信号X始 在终动线上发生状态转换的逻辑变量为ST4 X005 且它由 1 变为 0 故选取反变量作为终动信号X终 3 在始动线近傍和始动线近傍以外有尽可能大的范围内状态取值相反的逻辑变量为ST1 X002 且它在始动线近傍取值为 1 故取其原变量作为始动约束信号X始约 在终动线近傍和终动线近傍以外有尽可能大的范围内状态取值相反的逻辑变量为K3 M103 且它在终动线近傍取值为 1 故取其反变量作为终动约束信号X终约 这也符合前面提到的采用右移交叉法设置内部继电器时 让它们之间相互提供必要的始动和终动约束信号 4 这样