13496

СИНТЕЗ САР РЕЛЕЙНЫХ И ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторная работа №8 СИНТЕЗ САР РЕЛЕЙНЫХ И ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ. Цель работы: 1. Изучение методики синтеза релейной а также логической схемы. 2. Разработка САР на базе релейных и логических элементов путем моделирования структурной схемы на ЭВМ. 3. Практическая оценка и ис...

Русский

2013-05-11

97 KB

46 чел.

Лабораторная работа №8

СИНТЕЗ САР РЕЛЕЙНЫХ И ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ.

Цель работы: 1. Изучение методики синтеза релейной, а также логической схемы.  2. Разработка САР на базе релейных и логических элементов путем моделирования структурной схемы на ЭВМ. 3. Практическая оценка и исследование работы САР включения (запуска) электрических агрегатов. 4.Создание избирательных схем управления агрегатами на базе релейных и логических элементов путем моделирования структурной схемы на ЭВМ.

Краткие теоретические сведения 

     Если, при достижении входным сигналом Хвх. определенного  значения, выходной сигнал  Хвых. элемента меняется скачкообразно,  принимая конечное число фиксированных значений элемент называется  релейным (РЭ).

     В технически сделанном релейном элементе различают:

реагирующие органы (обмотки реле, база транзистора, рабочее тело измерительного прибора );

исполнительные органы (контакты реле,  рабочие обмотки бесконтактных реле, и т.п.).

РУ- релейное устройство - совокупность РЭ и других обладающих релейной характеристикой.

РС - релейная схема - схема показывающая связь и взаимодействие  РУ и  РЭ.

В системах автоматизации используются релейные схемы автоматического и дистанционного управления, защиты и сигнализации.

По назначению схемы управления разделяют на:

-схемы автоматического управления электродвигателями, связанными технологической последовательностью включения;

- схемы управления поточно-транспортными системами;

- схемы автоматического и дистанционного управления электроприводом задвижек и исполнительных механизмов;

- схемы автоматического управления периодическим включением и выключением агрегатов, например, электрических и газовых термических печей в функции времени или различных технологических параметров;

Для сложных схем широко применяется метод их анализа с помощью аппарата формальной математической логики, при котором схема записывается в виде структурных формул аналитически и анализ схемы сводится к расчетам по этим формулам. С помощью этого метода возможно упрощение схемы, для исключения лишних потребителей энергии. Математическим аппаратом метода является двузначная алгебра логики (булева алгебра), которая изучает связь между переменными, принимающими только два значения (например, 0 и 1). Такие переменные называются логическими.  Цифры 0 и 1 не выражают количественных соотношений, а являются символами, характеризующими условия или состояния релейных устройств: 0-цепь разомкнута, 1 - цепь замкнута.

При аналитической записи структуры релейной схемы принято обозначать: -реагирующие органы элементов - прописными буквами (А,В,...,Х,У,Z); -исполнительные органы утвердительного воздействия (например, замыкающие контакты реле) - строчными буквами (а,b,...,x, y,z); -исполнительные органы отрицательного воздействия (например, размыкающие контакты реле) - строчными буквами (ā,đ,ē). Характер соединений между элементами обозначают символами:

(·) - последовательное соединение - конъюнкция;

(+) - параллельное соединение - дизъюнкция.

Тогда, запись с т р у к т у р ы может быть представлена в виде  аналитической формулы :

     (1)

На рис. 2 слева представлена релейная схема, справа аналитическая запись -структура. Зависимость выходных переменных от входных выражают с помощью логических функций двух переменных, а также конъюнкции  и дизъюнкции любого числа переменных. Представляют логические функции в виде таблиц истинности, в которые записывают различные комбинации  значений входных переменных и соответствующие значения функций (см.  табл. 1).  Прежде чем изучать таблицы истинности логических функций, рассмотрим следующие примеры.

     1.Пусть, элемент Х должен включиться при срабатывании элемента А «И» элемента В. Схема будет состоять из соединенных последовательно замыкающих контактов элементов А и В, и реагирующего органа элемента Х (рис. 3).

 (2)

* - здесь и далее cправа на рисунках представлен бесконтактный логический элемент.

       

2.Пусть элемент Х должен включиться при срабатывании элемента А «И» НЕсрабатывании элемента В. Схема будет состоять из соединенных последовательно замыкающего контакта элемента А, размыкающего контакта элемента В, и реагирующего органа элемента Х (рис. 4).

  (3)

3.Пусть элемент Х должен включиться при срабатывании элемента А «ИЛИ» при срабатывании элемента В. Схема будет состоять из соединенных параллельно замыкающих контактов элементов А и В, последовательно с которыми соединен реагирующий орган элемента Х (рис. 5).

   (4)

        Из рассмотренных примеров следует, что наличие союза «И»  в словесном выражении условий включения для какого либо элемента указывает на последовательное соединение воздействующих на него контактов, а наличие союза «ИЛИ»  на параллельное. Кроме того, если в словесном выражении говориться, что элемент должен  включаться при срабатывании другого элемента, например, А, то в цепь  его реагирующего органа  должен быть  включен замыкающий контакт элемента А; если  же говориться, что элемент Х  должен сработать при  несрабатывании элемента А, то  в его  цепь должен  быть включен размыкающий контакт.

Для аналитической записи релейных и логических схем чаще всего используют систему трех логических функций, инверсии (НЕ), конъюнкции (И), дизъюнкции (ИЛИ), так как они обладают наиболее простыми и  привычными свойствами, почти аналогичными алгебраическим операциям умножения и сложения. Устройства для выполнения логических операций называются логическими элементами.  Выше приведено обозначение названых элементов на схемах в контактном и бесконтактном исполнении.

Релейно-контактные схемы автоматики применяют для управления технологическими процессами, состоящими из ряда последовательных операций.  В РКС каждый электрический элемент условно разделяют на составные  части (катушки, контакты) причем отдельные элементы одного аппарата вычерчиваются раздельно в различных местах схемы по признаку принадлежности их к отдельным электрическим цепям. Все элементарные электрические цепи показывают в виде вертикальных столбцов и горизонтальных строк с поясняющими надписями сбоку или под схемой. Маркировка элементов состоит из буков и цифр. Основное правило маркировки - все элементы данного аппарата имеют то же обозначение, которое аппарат имеет в схеме главной цепи, а графическое обозначение у каждого элемента может быть свое.       Все  РКС представляют собой сочетание ряда простейших схем включения реле, кнопок, магнитных пускателей, контакторов и т.п.

        Последовательность выполнения операций при синтезе избирательных логических  схем  управления  объектами  регулирования.

     В  и з б и р а т е л ь н о й  с и с т е м е  у п р а в л е н и я один набор сигналов может повторяться несколько раз подряд, а затем, случайно длительное время не встречаться.

     Избирательная логическая система управления выбирает одну из возможных комбинаций выходных сигналов f в зависимости от входных сигналов X в данное время.

        Для синтеза системы управления необходимо иметь схему машины и условие ее работы, в котором должны быть указаны число рабочих органов (или механизмов) машины, число состояний каждого рабочего органа, условия включения и выключения каждого механизма для привода рабочего органа.

        1. Условие работы - словесное описание работы машины в форме логических высказываний соединенных словами "И", "ИЛИ", "НЕ". Кроме того, вначале необходимо условиться об обозначениях состояний элементов при работе машины. Принимаем f=1, если выходной сигнал на включение есть и f=0, если выходной сигнал отсутствует.

        Пример 1.  Пусть механизм А включается, если работает (включен) первый механизм (Х1=1) и в это время не работает второй механизм (Х2=0), или если работает второй механизм (Х2=1) и не работает первый механизм (Х1=0) то есть, когда работает один механизм из двух.

        2. Составляется таблица состояний логической схемы в которую заносятся значения f при различных наборах аргументов X1 и X2 в соответствии с условием работы АСУ. Рабочие состояния для f отмечаются знаком 1, а запрещенные знаком 0. Число возможных состояний логической схемы определяется по формуле , где n - число входных переменных. В примере 1, таблица состояний логической схемы будет иметь возможных варианта.

Х1

0

1

0

1

Х2

0

0

1

1

f

0

1

1

0

(5)

3.Составляется структурная формула логической схемы. Для этого выписывают конъюнкции состояний аргументов столбцов в которых функция f принимает значения равные 1 и соединяют их (конъюнкции) между собой -  дизъюнкциями.

        4.При необходимости используют методы упрощения структурной формулы, основанные на использовании аксиом и законов алгебры логики (см. приложение1). Часто, при упрощении к исходной функции, добавляют другие функции, которые равны нулю в запрещенных состояниях и равны единице в разрешенных состояниях.

     Пример 2. Дана функция       (6)

Для составления схемы необходимо иметь 8 ЛЭ "И", 3 ЛЭ "ИЛИ" и 3 ЛЭ "НЕ". Упростим (6) содержащую 14 ЛЭ, для чего добавим две других функции равные 1 в рабочих состояниях, получим:       

В соответствии с законом (8) алгебры логики вынесем за скобки общие множители из первого и четвертого, второго и пятого, третьего и шестого членов.

   

На основании закона (5) выражения в скобках равны 1, а на основании закона (2) логическое произведение переменной на 1, дает саму переменную, т.е.      В полученном выражении уже пять знаков логических операций. Однако вынеся за скобки, например, X3 из второго и третьего членов, можно еще упростить: , для ее реализации нужно всего 4 ЛЭ.

        5.Строится функциональная логическая схема. На схеме изображаются входные сигналы в виде стрелок направленных к "черному ящику" и выходные сигналы в виде стрелок от "черного ящика" с противоположной стороны. Логические элементы инверсного действия, внутри "черного ящика", целесообразно поместить ближе к входным сигналам, логический элемент "ИЛИ" (дизъюнкция) лучше расположить ближе к выходному сигналу другие два элемента "И"(конъюнкция) размещают, соответственно, внутри "черного ящика". Соединив входы и выходы ЛЭ в соответствии со структурой, получим логическую схему.

      Для примера 1:

6.Принципиальная схема управления строится по функциональной с использованием конкретных элементов (датчиков, кнопок, путевых выключателей, электромагнитных исполнительных элементов, электрических, пневматических реле, логических элементов).  Для примера 1 в качестве входных элементов взяты контактные путевые выключатели с двумя инверсными входами, преобразующие механическое воздействие в электрические сигналы. В качестве выходного элемента приняты катушки электромагнита Х, являющегося одновременно и силовыми элементами привода пускателя. Функциональное логическое преобразование будет проявляться при соответствующем соединении контактов путевых      выключателей.

   Рис.7. Контактная схема.

Задание и порядок выполнения работы

Используя моделирующий комплекс MATLAB создать модель системы рассмотренной в примерах и проанализировать график переходного процесса. Для  этого, при разработке модели предусмотреть элементы моделирующие входные импульсы у которых, продолжительность и  амплитуда могут изменяться.  

Таблица 1.

Содержание отчёта

1. Название и цель работы.

2.По заданным преподавателем параметрам объекта регулирования разработать модель системы регулирования транспортного потока. Вычертить релейную схему автоматического регулирования процесса. Выполнить описание работы системы.

3.Составить структурную схему системы автоматического регулирования      процесса, используя моделирующий комплекс MATLAB отладить и изучить особенности работы системы.      

Контрольные вопросы 

1.Для каких технологических процессов преимущественно используется релейная или логическая система автоматческого регулирования?

2.Изобразите релейную схему САР температуры муфельной электропечи.

Список рекомендуемой литературы

1А.С.Клюев,Б.В.Глазов,И.Б.Миндин Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля. / под ред. А.С.Клюева – М.,Энергоатомиздат,1983 г. 376с.

2. Каганов В.Ю.,БлиновО.М., ГлинковГ.М., Морозов В.А. Автоматизация метал-  лургических печей: Учебное пособие /под ред. О.М. Блинова/. - М.: Металлургия, 1975, 376. с.

3. Гультяев А. MATLAB 5/2 Имитационное моделирование в среде Windows. Практическое пособие, Санкт-Петербург «КОРОНА принт», 1999г.

                    

Приложение 1.

       Аксиомы алгебры логики:

        _

        0 = 1,  1 = 0,  0*0 = 0,  1+1 = 1.

       Законы алгебры логики.

   1.Закон нулевого множества.      0 + X = X,  0 * X = 0,  0 * X1 * X2 * ... Xn =0

   2.Закон единичного множества. 1 + X = 1,  1 * X = X,  0 + X1 + X2 + ... Xn =1

       3.Закон повторения(тавтологии)

       X * X = X,  X * X * X... Xn =X,

       X + X = X,  X + X + X... Xn =X.

       =

       4.Закон отрицания отрицания.            X = X

       5.Закон дополнительности:

         а)логического противоречия         б)исключения третьего

                  _                                           _

           X * X = 0                                    X + X = 1

       6.Закон переместительный:     X1*X2 = X2*X1,    X1+X2 = X2+X1.

       7.Закон сочетательный:

           X1*(X2*X3) = (X1*X2)*X3 = X1*X2*X3.

           X1+(X2+X3) = (X1+X2)+X3 = X1+X2+X3.

       8.Закон распределительный:

а)умножение относительно сложения            X1*(X2+X3) = X1*X2 + X1*X3.

б)сложение относительно умножения            X1+(X2*X3) = (X1+X2)*(X1+X3).

       9.Закон поглащения:

       X1*(X1+X2) = X1,   X1*(X1+X2)*(X1+X3)*...*(X1+Xn) = X1

       X1+(X2*X3) = X1,   X1+ X1*X2 + X1*X3 +...+ X1*Xn  = X1

       10.Закон склеивания:

                  __          __

           X1*X2 + X1*X2 = X1.        (X1+X2)*(X1+X2) = X1

       11.Закон преобразования инверсий:

       _____      __   __

       X2*X2 = X1+X2  инверсия произведения равна сумме инверсий

       _____      __   __  

       X2+X2 = X1*X2  инверсия суммы равна произведению инверсий

       12.Закон двойственности:

           X1+(X2*X2) = X1*(X1+X2)

           (X1+X2)+(X1*X3)=(X1+X2)*(X1+X3)

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

63801. Характеристика уровней и структур причин заболеваемости 27 KB
  В структуре причин с возрастом все большую роль играют несчастные случаи и инфекционные заболевания. У женщин до 20 лет болезни связанные с беременностью с возрастом больше проявляются хронические заболевания. После 60 лет выявляются на 1 больного 25 3 заболевания...
63802. Заболеваемость с временной утратой трудоспособности 26 KB
  Единицей наблюдения при изучении заболеваемости с ВУТ является каждый случай временной нетрудоспособности в связи с заболеванием или травмой в данном году. Учетным документом служит листок нетрудоспособности который является не только медицинским...
63803. Инвалидность и инвалидизация населения 24.5 KB
  В России средний уровень инвалидности колеблется от 40 до 49 на 10000 жителей. 3 группы инвалидности: 1 группа полная утрата способности к регулярному профессиональному труду в обычных условиях и нуждающихся в постоянном уходе.
63805. Организация медицинской помощи городскому населению 25.5 KB
  В настоящее время в России основными стационарными учреждениями являются центральные районные городские областные и республиканские больницы. В первую группу входят больницы которые обслуживают только местное население и выполняют локальные функции.
63806. Поликлиника 35.5 KB
  Кабинет доврачебного приема Отделение профилактики в крупных поликлиниках. Лечебно-профилактическое отделение: кабинеты участковых терапевтов; подростковый кабинет; специальные кабинеты неврологический лор и др.
63808. Стационарная помощь 32 KB
  Обеспеченность койками должна быть 134 на 10000 населения к 2000 году планировалось до 148 коек в мире 45 коек развитые страны 130 140 коек на 10000 населения. По мощности определяется количеством коек: первой категории 8001000 коек.