液壓與氣壓傳動(dòng)第十一章課件

第11章氣壓邏輯回路與控制系統(tǒng)§11.1邏輯代數(shù)§11.2氣壓邏輯回路§11.3邏輯回路的設(shè)計(jì)§11.4程序控制系統(tǒng)§11.5可編程控制器及其應(yīng)用返回§11.1邏輯代數(shù)1.三種基本邏輯運(yùn)算及其恒等式(1)邏輯或（加）運(yùn)算s=a+b（11.1）式中：s——因變量，也稱為邏輯函數(shù)，它是邏輯元件的輸出；

a，b——自變量，它們是邏輯元件的輸入。邏輯或（加）的運(yùn)算規(guī)則是a，b中的一個(gè)為真（“1”）時(shí)，則s為真（“1”）。其恒等式為：a+0=a，a+1=1，a+a=a用數(shù)值表示的運(yùn)算規(guī)律為：0+0=00+1=11+0=11+1=1三種基本邏輯運(yùn)算及其恒等式(2/2)(2)邏輯與（乘）運(yùn)算s=a·b（11.2）邏輯與（乘）的運(yùn)算規(guī)則是僅當(dāng)均a，b為真（“1”）時(shí)，s才為真（“1”）。其恒等式為：a·0=0，a·1=a，a·a=a數(shù)值表示的運(yùn)算規(guī)則為：0·0=00·1=01·0=01·1=1(3)邏輯非（否）運(yùn)算（11.3）它的運(yùn)算規(guī)則是a為假（“0”）時(shí)，s為真（“1”），s和a的值總處于對(duì)應(yīng)狀態(tài)。數(shù)值運(yùn)算規(guī)則為：

3.形式定律形式定律也是邏輯運(yùn)算中常用的運(yùn)算定律，通過(guò)形式定律和基本定律可實(shí)現(xiàn)對(duì)邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)。為了便于區(qū)別，給以不同的命名。(1)吸收律（11.7）(2)展開(kāi)律（11.8）(3)反映律（11.9）形式定律(2/2)(4)狄摩根定律（11.10）(5)過(guò)渡律（11.11）(6)交叉換位律（11.12）

4.邏輯運(yùn)算規(guī)則和對(duì)偶定理(1)邏輯運(yùn)算規(guī)則在邏輯代數(shù)運(yùn)算中，運(yùn)算規(guī)則是按非、與、或，先括號(hào)內(nèi)后括號(hào)外的順序進(jìn)行，不影響運(yùn)算次序的括號(hào)可以去掉。(2)對(duì)偶定理分析上述基本定律和形式定律可知，邏輯代數(shù)運(yùn)算中存在或、與，0、1對(duì)偶互換性。也就是說(shuō)，在某一邏輯公式中進(jìn)行或、與互換，0、1互換，得到新的邏輯公式也成立，這種性質(zhì)稱為對(duì)偶性，對(duì)偶定理可作如下敘述。對(duì)偶定理：若某個(gè)由基本定律導(dǎo)出的邏輯公式，則其對(duì)偶公式也成立。邏輯函數(shù)、真值表、基本邏輯門和邏輯圖(2/2)(3)基本邏輯門具有基本邏輯功能的元器件稱為基本邏輯門，每個(gè)基本邏輯門都對(duì)應(yīng)有相應(yīng)的邏輯函數(shù)和真值表，任意的邏輯函數(shù)都可以通過(guò)基本邏輯門構(gòu)成?；具壿嬮T包括與門、或門和非門三種。(4)邏輯圖任一邏輯函數(shù)，無(wú)論多么復(fù)雜，都可以用相應(yīng)的邏輯圖表示。構(gòu)成邏輯圖的方法是將邏輯函數(shù)分解成若干基本邏輯門，根據(jù)邏輯函數(shù)關(guān)系連接而成。邏輯函數(shù)中每一個(gè)邏輯變量均為基本邏輯門的輸入，基本邏輯門的輸出可以是下一個(gè)基本邏輯門的輸入，最后一個(gè)邏輯門的輸出是邏輯函數(shù)的輸出。§11.2氣壓邏輯回路

氣壓邏輯回路是把氣壓回路按照邏輯關(guān)系組合而成的回路。按照邏輯關(guān)系可把氣信號(hào)組成“是”，“或”，“與”，“非”等邏輯回路。用這些邏輯回路進(jìn)行信號(hào)變換，有助于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。表11.3中介紹了幾種常見(jiàn)的邏輯回路，表中右邊的“真值表”即邏輯回路的動(dòng)作說(shuō)明表。a，b為輸入信號(hào)，S為輸出信號(hào)?！?1.3邏輯回路的設(shè)計(jì)1.邏輯代數(shù)法應(yīng)用邏輯代數(shù)法設(shè)計(jì)邏輯回路，其基本步驟如下：1）數(shù)學(xué)化實(shí)際問(wèn)題，列出輸入輸出真值表；2）由真值表列寫邏輯函數(shù)；3）化邏輯函數(shù)為最簡(jiǎn)邏輯函數(shù)；4）根據(jù)最簡(jiǎn)邏輯函數(shù)作邏輯原理圖及氣壓邏輯回路圖?？ㄖZ圖法(2/2)(2)卡諾圖法在邏輯回路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用邏輯代數(shù)是設(shè)計(jì)邏輯回路的重要數(shù)學(xué)工具，而卡諾圖為邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)提供了簡(jiǎn)便方法。對(duì)于邏輯控制系統(tǒng)而言，不但需要有必要的邏輯控制元件，還需有例如啟動(dòng)信號(hào)（手動(dòng)或自動(dòng)），主控閥（雙氣控制換向閥）及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，才能構(gòu)成較為完整的邏輯控制系統(tǒng)?！?1.4程序控制系統(tǒng)

程序控制系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其是氣壓裝置中廣泛應(yīng)用的一種控制系統(tǒng)。程序控制包括數(shù)字程序控制和簡(jiǎn)單程序控制兩類。按發(fā)信裝置和控制信號(hào)不同，簡(jiǎn)單程序控制可分為行程程序控制和時(shí)間程序控制兩種。程序控制是根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中的物理量，例如位移、時(shí)間、壓力、溫度、液位等的變化，使被控對(duì)象的各執(zhí)行元件按照預(yù)先給定的程序或條件有序協(xié)調(diào)地工作。

行程程序控制是閉環(huán)程序控制系統(tǒng)，如圖11.13所示。當(dāng)啟動(dòng)輸入信號(hào)發(fā)出后，邏輯回路將發(fā)出執(zhí)行信號(hào)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行第一步動(dòng)作，完成第一步動(dòng)作后，觸發(fā)行程閥或行程開(kāi)關(guān)，發(fā)出氣的或電的控制信號(hào)，經(jīng)邏輯回路發(fā)出第二個(gè)執(zhí)行信號(hào)，實(shí)現(xiàn)第二動(dòng)作，……，整個(gè)系統(tǒng)將按預(yù)先給定的程序循環(huán)工作。顯然只有完成第一步動(dòng)作后，才有可能進(jìn)行下一步動(dòng)作，這種控制方式具有連續(xù)的控制作用，極為安全可靠，是氣壓設(shè)備上應(yīng)用最為廣泛的一種控制方式。1.氣壓系統(tǒng)中常用的電氣電路(1)控制繼電器常用的控制繼電器包括時(shí)間繼電器、壓力繼電器、熱繼電器、溫度繼電器等?？刂评^電器被廣泛地應(yīng)用于電力拖動(dòng)、程序控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)與自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中。圖11.14為控制繼電器的工作原理圖。它由按鈕開(kāi)關(guān)，電磁鐵線圈、觸點(diǎn)、接線柱等構(gòu)成。通過(guò)按鈕開(kāi)關(guān)，使電磁鐵線圈通電勵(lì)磁，吸合觸點(diǎn)，控制回路閉合通電。串聯(lián)電路(1/1)(2)串聯(lián)電路串聯(lián)電路也稱邏輯“與”電路。一臺(tái)設(shè)備需幾個(gè)人進(jìn)行操作時(shí)，為保證安全，需要每個(gè)操作者控制一個(gè)設(shè)備啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，只有當(dāng)每個(gè)操作者都按下自己控制的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)，設(shè)備才能開(kāi)始運(yùn)行。圖11.15為串聯(lián)電路一例。由圖可知，只有當(dāng)SB1、SB2、SB3均被按下閉合，電磁閥線圈YA才能通電勵(lì)磁。稱具有這種功能的電路為串聯(lián)電路。并聯(lián)電路(1/1)(3)并聯(lián)電路并聯(lián)電路也稱為邏輯“或”電路。一臺(tái)設(shè)備同時(shí)幾個(gè)人操作時(shí)，為確保安全，也需要每個(gè)操作者都控制一個(gè)設(shè)備停止按鈕，只要其中任一操作者按下自己控制的設(shè)備停止按鈕，設(shè)備即刻停止運(yùn)行。具有這種控制功能的回路可由并聯(lián)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖11.16所示，由圖可知，按鈕開(kāi)關(guān)SB1、SB2、SB3中，任何一個(gè)開(kāi)關(guān)被閉合時(shí)，電磁閥線圈YA即可通電勵(lì)磁。自保持電路(2/2)要解除電路的自保持，可在觸點(diǎn)KA2與繼電器KA之間加入一個(gè)常閉按鈕開(kāi)關(guān)SB2，如圖11.18所示。當(dāng)按下按鈕開(kāi)關(guān)SB1后，電路進(jìn)入自保持狀態(tài)。當(dāng)按下停止按鈕SB2，自保持狀態(tài)將被解除。延時(shí)電路(1/1)(5)延時(shí)電路由于現(xiàn)代氣壓自動(dòng)化設(shè)備所能完成的工藝過(guò)程越來(lái)越復(fù)雜，各工序之間需按一定時(shí)間緊密地配合，要求工藝過(guò)程時(shí)間可隨人們的要求在某一定范圍內(nèi)調(diào)整。為此，需要利用延時(shí)電路加以實(shí)現(xiàn)。圖11.19為延時(shí)電路，圖11.19a為延時(shí)閉合電路，延時(shí)時(shí)間由定時(shí)器KT確定。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕SB，定時(shí)器KT開(kāi)始計(jì)數(shù)，經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間后，定時(shí)器觸點(diǎn)KT接通，電燈XD亮。圖11.19b為延時(shí)斷開(kāi)電路。當(dāng)按下SB，定時(shí)器觸點(diǎn)KT同時(shí)接通，電燈XD亮，放開(kāi)SB，定時(shí)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，到規(guī)定時(shí)間后，定時(shí)器觸點(diǎn)KT才斷開(kāi)，XD燈滅。優(yōu)先電路(1/3)(6)優(yōu)先電路所謂優(yōu)先電路，是指當(dāng)?shù)玫较嗷ッ軇?dòng)作信號(hào)時(shí)，使先加入信號(hào)優(yōu)先動(dòng)作，而后加入信號(hào)不起作用的電路。通常稱具有這種功能的電路為先入信號(hào)優(yōu)先電路。為說(shuō)明問(wèn)題，下面先分析一個(gè)例子。圖11.20a為雙電磁鐵中位封閉式三位四通閥控氣壓缸，圖11.20b為控制它的電路。優(yōu)先電路(3/3)但當(dāng)活塞處于中間位置，限位開(kāi)關(guān)SQ1、SQ2均處于閉合狀態(tài)，同時(shí)或先后按下SB1和SB2（SQ1壓開(kāi)前），此時(shí)繼電器KA1、KA2均進(jìn)入自保持狀態(tài)，YA1、YA2均被勵(lì)磁，換向閥無(wú)法進(jìn)入正常工作，導(dǎo)致電磁鐵過(guò)熱或燒壞。為使該系統(tǒng)能正常工作，需采用優(yōu)先電路加以控制。圖11.21為先入優(yōu)先聯(lián)鎖電路。該電路利用繼電器常閉觸點(diǎn)KA1，KA2實(shí)現(xiàn)優(yōu)先聯(lián)鎖作用。2.行程程序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)行程程序控制系統(tǒng)通常包括單往復(fù)行程程序控制系統(tǒng)，多往復(fù)行程程序控制系統(tǒng)，選擇程序控制系統(tǒng)等。常用的行程程序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有信號(hào)—?jiǎng)幼骶€圖法（X-D線圖法）、卡諾圖法、程序控制線圖法等。這里介紹一種更為常用的設(shè)計(jì)方法—X-D線圖法。(1)單往復(fù)行程程序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在給定的行程程序一次循環(huán)過(guò)程中，系統(tǒng)中各執(zhí)行元件只作一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)稱為單往復(fù)行程程序控制系統(tǒng)。應(yīng)用XD狀態(tài)線圖法設(shè)計(jì)行程程序控制系統(tǒng)的步驟為：1）根據(jù)事先給定的行程程序繪制XD狀態(tài)線圖。2）由XD狀態(tài)線圖判別障礙信號(hào)。3）尋求消除障礙信號(hào)方式，確定執(zhí)行信號(hào)。4）作程序控制邏輯原理圖及氣壓控制線路圖。行程程序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(2/3)(2)多往復(fù)行程程序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)多往復(fù)行程程序是指程序運(yùn)行一個(gè)循環(huán)中，至少有一個(gè)氣壓缸作一次以上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。(3)選擇程序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)前面介紹的都是按某一固定程序運(yùn)行的程序控制系統(tǒng)。但為適應(yīng)生產(chǎn)工藝提出的不同要求，需要有選擇程序控制系統(tǒng)。所謂選擇程序控制系統(tǒng)，它所運(yùn)行的程序不是固定，而是多個(gè)程序，要執(zhí)行哪個(gè)程序，是根據(jù)某條件或要求確定的?！?1.5可編程控制器及其應(yīng)用PLC可編程邏輯控制器與傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）體積小，可靠性高，邏輯功能強(qiáng)。（2）由于PLC采用軟件編程控制，因而隨著要求的隨時(shí)變更，可以通過(guò)程序的修改方便地加以實(shí)現(xiàn)。PLC雖然采用了計(jì)算機(jī)和微處理器，但它與計(jì)算機(jī)相比，又具有如下特點(diǎn)。（1）PLC采用了面向邏輯語(yǔ)言，以繼電器邏輯梯形圖為表達(dá)式，因而簡(jiǎn)單易懂，操作方便。（2）一般PLC具有模塊結(jié)構(gòu)，可以針對(duì)不同的對(duì)象進(jìn)行組合和擴(kuò)展，以滿足工業(yè)控制的需要，具有良好的性能價(jià)格比。圖11.38為可編程控制器系統(tǒng)框圖。1.指令系統(tǒng)及編程(1)觸點(diǎn)指令觸點(diǎn)指令包括運(yùn)算開(kāi)始、串聯(lián)連接、并聯(lián)連接。指令操作符為L(zhǎng)D、LDI、AND、ANI、OR、ORI等。梯形圖中畫法為：其中：LD取，取支路起始段的常開(kāi)觸點(diǎn)；LDZ取反，取支路起始段的常閉觸點(diǎn)；AND與，常開(kāi)觸點(diǎn)的串聯(lián)；ANI與反，常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)；OR或，常開(kāi)觸點(diǎn)的并聯(lián)；ORI或反，常閉觸點(diǎn)的并聯(lián)。指令系統(tǒng)及編程(2/6)(2)塊指令塊指令包括回路塊串聯(lián)與并聯(lián)指令，指令操作符為ANB、ORB。梯形圖中畫法為：其中ANB塊與為A塊和B塊串聯(lián)運(yùn)算。ORB塊或?yàn)锳塊和B塊并聯(lián)運(yùn)算。指令系統(tǒng)及編程(3/6)(3)輸出指令輸入指令包括輸出、直接輸出等，指令操作符為OUT、OUTD。其中OUT輸出，將邏輯運(yùn)算結(jié)果輸出給指定裝置。OUTD直接輸出，直接輸出給指定輸出繼電器Y的輸出模板。(4)置位、復(fù)位指令置位指令操作符為SET，復(fù)位指令操作符為RST。(5)直接置位、復(fù)位指令直接置位、直接復(fù)位操作符分別為SETD、RSTD。(6)定時(shí)器指令定時(shí)器指令操作符為OUTT。指令系統(tǒng)及編程(4/6)(7)步控制指令步控制指令操作符為SC，它是控制步（過(guò)程控制）的指令，使用這條指令，對(duì)過(guò)程控制復(fù)雜的系統(tǒng)，也能簡(jiǎn)單地完成編程任務(wù)。對(duì)于一個(gè)過(guò)程控制，通?？杀硎境扇缦滦问?。指令系統(tǒng)及編程(5/6)應(yīng)用步控制指令SC，可作出如下梯形圖。指令系統(tǒng)及編程(6/6)圖中M8011僅第一次掃瞄時(shí)ON，在程序動(dòng)作的第一次掃瞄部使L0000ON，程序處于初始狀態(tài)，同時(shí)使其他的繼電器L0001~L001F均為OFF。如果X000ON，由于L0000已經(jīng)ON，所以L0001也ON，同時(shí)使L0000OFF，過(guò)程1被執(zhí)行。如果使X001ON，由于L0001ON，使L0002ON，同時(shí)使L0001OFF，過(guò)程2被執(zhí)行。如果使X002ON，由于L0002ON，使L0003ON，同時(shí)L0002OFF，過(guò)程3被