ПРИМЕНЕНИЕ БЕСКОНТАКТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Общие сведения. Как уже отмечалось, контактные аппараты имеют существенные недостатки, поэтому в современном электроприводе находят широкое применение бесконтактные элементы управления дискретного действия — цифровые элементы. По степени сложности выполняемых операций цифровые элементы классифицируют следующим образом:

логический элемент, реализующий простейшие логические функции и относящийся к низшему уровню функциональной интеграции;

цифровой узел (совокупность логических элементов), имеющий функциональную завершенность и определяющий средний уровень функциональной интеграции;

цифровое устройство (комплекс узлов), выполняющее на основе логических, вычислительных и других операций сложные функции управления и составляющее высокий уровень функциональной интеграции;

цифровая вычислительная машина (комплекс цифровых устройств), относящаяся к высшему уровню функциональной интеграции.

В рамках данного учебного курса ограничимся рассмотрением комплексных элементов низкого и среднего уровней функциональной интеграции, то есть логических элементов и цифровых узлов. Цифровые устройства, характеризующиеся высоким уровнем функциональной интеграции, — предмет изучения дисциплины «Системы управления электроприводов».

Логический элемент. Это элемент дискретного действия, преобразующий управляющий сигнал в соответствии с законами алгебры логики. Бесконтактные логические элементы обладают высокими надежностью и быстродействием (время переключения — менее 1 мкс), основное исполнение —интегральное или микромо- дульное. Входная х и выходная у переменные логического элемента могут принимать только одно из двух значений: логический нуль (низкий уровень сигнала) или логическую единицу (высокий уровень сигнала). Взаимосвязь логических переменных образует логическую функцию у =f(x). Так как аргумент и функция принимают только два значения (1 или 0), то число возможных логических функций всегда конечно и равно

где т — число наборов независимых переменных, т = 2" (я — число независимых переменных). Так, для функции одной переменной (л= 1) т- 2 и W = 4.

Основные операции с логическими переменными — дизъюнкция (логическое сложение, функция ИЛИ); конъюнкция (логическое умножение, функция И); инверсия (логическое отрицание, функция НЕ).

На основе этих трех операций может быть построена любая логическая функция, например ИЛИ — НЕ (операция Пирса), И — НЕ (операция Шеффера). Условное изображение названных типовых логических элементов приведено на рисунке 3.11.

Логические элементы ИЛИ — НЕ и И — НЕ называют базовыми. Каждый из них выполняет функцию «кирпичика» при построении сложной логической функции. Промышленные серии логических элементов интегрального исполнения имеют логические элементы ИЛИ — НЕ и И — НЕ в качестве основного элемента.

Важный логический элемент, реализующий функцию «Память», —? триггер. В отличие от рассмотренных выше типовых логических элементов, для которых выходная координата однозначно определяется набором входных переменных, триггер относят к последовательному типу элементов, когда выходная координата определяется не только комбинацией входных переменных, но и предшествующим состоянием элемента.

Указанный элемент может быть реализован на базовых логических элементах ИЛИ — НЕ (рис. 3.12, а) или И — НЕ (рис. 3.12, в). Данный триггер называют статическим триггером, условное обозначение которого приведено для прямых входных сигналов на рисунке 3.12, б и для инверсных сигналов на рисунке 3.12, г. На вход S (установка) подается входной открывающий сигнал хх =х$, единичное значение которого дает на прямом выходе триггера единичный сигнал у = Q =/. На вход R (сброс) подается закрывающий сигнал x2 = xR, единичное значение которого переводит выходной сигнал на нулевое значение y = Q=0. Набор xs = xR= 1

Условные обозначения типовых логических элементов

Рис. 3.11. Условные обозначения типовых логических элементов

Схема и условное обозначение RS-триггера с прямыми (а—б) и инверсными (в—г) входными сигналами

Рис. 3.12. Схема и условное обозначение RS-триггера с прямыми (а—б) и инверсными (в—г) входными сигналами

запрещен, так как на обоих выходах устанавливается неустойчивый 0 и предугадать новое состояние триггера невозможно из-за разброса его временных характеристик.

Переключения данного триггера происходят в произвольные моменты времени, определяемые изменением набора входных переменных. Триггер с таким режимом работы называют асинхронным.

Если переключения триггера должны происходить в строго определенные моменты времени, триггер дополняют входом синхронизации С, на который подаются сигналы хс с тактовой частотой. При хс = 0 триггер хранит предыдущее состояние, а при хс — 1 дается разрешение на переключение триггера. Схема, условное изображение и временная диаграмма синхронного RS-триггера приведены на рисунке 3.13. На основе данного типового триггера составляют различные варианты триггерных схем.

Тактовые синхронизирующие импульсы хс (рис. 3.13, в), разрешающие переключение триггера в фиксированные моменты времени, выполняют вместе с тем задержку передачи входного сигнала. Вариант синхронного триггера с одной входной логической переменной xD называют D-триггером. Его получают из синхронного RS-триггера, если на вход S подан сигнал хд, а на вход

Схема (в), условное обозначение (б) и диаграмма работы (в) синхронного RS-триггера

Рис.3.13. Схема (в), условное обозначение (б) и диаграмма работы (в) синхронного RS-триггера

Исходная (а), преобразованная (б) схемы и условное изображение RS -триггера (в)

Рис. 3.14. Исходная (а), преобразованная (б) схемы и условное изображение RS -триггера (в)

R — синхронизирующий сигнал х& Схемы D-триггера (исходная и преобразованная) и условное изображение приведены на рисунке 3.14. При xq— 0 изменение входного сигнала х/>не сказывается на состоянии триггера, и только при xq = 1 триггер принимает состояние, определяемое входным сигналом хд.

Примеры реализации логических элементов в схемах управления

Пример 3.1. Предположим, что поставлена задача разработки узла управления пуском двигателя с возможностью дальнейшего применения этого узла в схеме реверса двигателя.

При использовании контактных элементов потребуется одно реле К выходной переменной q и две кнопки управления SB0 (кнопка «стоп») и SB1 (кнопка «пуск») для входных переменных (рис. 3.15, а). Нажимая кнопку SB1, создаем цепь для питания реле К, которое замыкающим контактом обеспечивает самопод- питку катушки реле К, а размыкающим контактом электрическую блокировку реверса двигателя.

Бесконтактный вариант схемы для реализации поставленной задачи может быть построен на простейших логических элементах И, ИЛИ, НЕ (рис. 3.15, б) и представлять собой простой элемент

Схема реализации триггера на реле (а) и на логических элементах (б)

Рис. 3.15. Схема реализации триггера на реле (а) и на логических элементах (б)

памяти, в бесконтактном исполнении реализуемый RS-триггером с входными переменными Х = xs, х2 = xR.

Пример 3.2. Рассмотрим схему включения и отключения катушки контактора (электромагнитной муфты, тормоза и т. п.), релейный вариант которой приведен на рисунке 3.16, а. Схема не вызывает никаких трудностей, поэтому описание ее работы излишне. Остановимся подробнее на работе ее бесконтактного аналога. При изображении схем управления с бесконтактными логическими элементами указывают только логические функции и связи между элементами. В бесконтактной схеме на рисунке 3.16, б на входах 1 и 2 элемента D1 (логический элемент ИЛИ — НЕ) в исходном состоянии (до нажатия кнопки S2) сигнал 0, поэтому на вход 3 аналогичного элемента D2 поступает /, а на выходе 5 элемента D2 — сигнал 0; напряжение на выходе усилителя U и на катушке контактора К близко к 0. Нажатием кнопки S2 подается на вход 1 элемента D1 сигнал /, на входе 3 элемента D2 соответственно устанавливается сигнал 0, на выходе 5—1, этот сигнал поступает на вход усилителя U и вход 2 элемента D1, контактор К включается и остается включенным после отпускания кнопки S2, так как на входе 2 элемента D1 сохраняется сигнал 1, то есть произошло запоминание команды «пуск».

При нажатии кнопки S1 (кнопка «стоп») подается / на вход 4 элемента D2, что приводит к появлению 0 на его выходе 5 и на входе 2 элемента D1. Контактор Х'отключается. Схема приходит в исходное состояние и после отпускания кнопки SI сохраняет его, так как на входы 1 и 2 элемента D1 поступают сигналы 0.

Элементы DI и D2 (ИЛИ — НЕ), соединенные по схеме на рисунке 3.16, б, образуют типовой элемент «Память», чаще всего реализуемый посредством типового элемента триггера. Схема с триггером показана на рисунке 3.17.

Пример 3.3. Далее приведена электрическая схема вспомогательных цепей (рис. 3.18), эквивалентная релейно-контакторной схеме пуска и реверса асинхронного двигателя (см. рис. 3.9).

Релейно-контакторный вариант (а) и бесконтактный вариант на элементах ИЛИ — НЕ (6) схемы включения контактора

Рис. 3.16. Релейно-контакторный вариант (а) и бесконтактный вариант на элементах ИЛИ — НЕ (6) схемы включения контактора

Рис. 3.17. Схема включения контактора на RS-триггере

Электрическая схема (рис. 3.18) выполнена на бесконтактных элементах RS-триггерах (7)7)7 и 7)7)2), элементах И (7)7 wD2) и усилителях (U1 и U2). При нажатии на кнопку S2 (пуск вперед) на входе S (установка) элемента 7)7)7 появляется сигнал 7, который совместно с сигналом 7, поступающим через контакты теплового реле КЗ: 7, приводит к срабатыванию элемента 7)7. С выхода этого элемента сигнал 7 поступает на вход усилителя (7/7), необходимого для усиления сигнала с логического элемента (7)7), достаточного для срабатывания контактора К1. Благодаря триггеру 7)7)7 контактор К1 остается включенным при отпускании кнопки S2y выполняется аналогичная операция по шунтированию S2 в релейноконтакторной схеме (см. рис. 3.9). Вместо К1 может быть бесконтактный пускатель, выполненный, например, на тиристорах. Блок-контакт К2:2 выполняет роль электрической блокировки. Чтобы отключить двигатель, необходимо нажать кнопку S1. В этом случае на вход R (сброс) триггера 7)7)7 подается сигнал 7, что приводит к исчезновению сигнала на выходе элемента DD1. Магнитный пускатель К1 отключается и разрывает цепь питания асинхронного двигателя. При срабатывании тепловой защиты (размыкается контакт КЗ: 1) пропадает сигнал на входе элемента 7)7 (И), вследствие чего на выходе 7)7 сигнал также исчезает и катушка пускателя К1 обесточивается.

Бесконтактный аналог схемы управления реверсом асинхронного двигателя

Рис. 3.18. Бесконтактный аналог схемы управления реверсом асинхронного двигателя

Реверс двигателя после его отключения достигается нажатием кнопки S3. Работа схемы на элементах DD2, D2, U2 и пускателе К2 аналогична рассмотренной выше.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >