3.4. Анализ релейных схем на графике

Процессы, которые происходят при притяжении и отпускании якоря реле, удобно отображать на специальных временных диаграммах (рис. 3.8).

Рис. 3.8

При срабатывании реле происходят три события, которым соответствуют точки на временной диаграмме (рис. 3.8, а): точка 1 – момент срабатывания реле; точка 2 – момент размыкания тылового контакта; точка 3 – момент замыкания фронтового контакта. Отрезок 1–2 соответствует времени трогания на притяжение t_{тp пр}, отрезок 2–3 – времени перелета якоря на притяжение t_{пер пр}, отрезок 1–3 – времени притяжения якоря t_пр. При обесточивании реле также происходят три события: точка 4 – выключение обмотки реле, точка 5 – момент размыкания фронтового контакта, точка 6 – момент замыкания тылового контакта. Отрезок 4–5 соответствует времени трогания на отпускание t_{тр отп}, отрезок 5–6 – времени перелета якоря на отпускание t_{пep отп}, отрезок 4–6 – времени отпускания реле t_oтп. Заштрихованная площадь на диаграмме представляет собой время (отрезок 1–4), в течение которого по обмотке реле протекает ток.

На рис. 3.8, б приведена временная диаграмма для мостового контакта (переключающего с безобрывным переключением). При срабатывании реле у него сначала (во времени) замыкается фронтовой контакт (точка 3), а затем размыкается тыловой (точка 2). При обесточивании реле сначала замыкается тыловой контакт (точка 6), а затем размыкается фронтовой (точка 5).

Временные диаграммы используют для записи работы релейно-контактных схем. Работа пульс-пары (рис. 3.9, а) генератора импульсов на двух реле А и В отображена на временной диаграмме (рис. 3.9, б).

Рис. 3.9

В момент нажатия кнопки S срабатывает реле А (точка 1). При замыкании фронтового контакта 11–12 А (точка 3) срабатывает реле В (точка 1'). Размыкание тылового контакта 11–13 В (точка 2') приводит к обесточиванию реле А (точка 4). При размыкании контакта 11–12 А (точка 5) обесточивается реле В (точка 4'), а при замыкании контакта 11–13 В (точка 6') опять срабатывает реле А и работа схемы повторяется до тех пор, пока нажата кнопка S. Лампа EL периодически включается контактом 21–22 А.

Временные диаграммы являются наиболее детальным способом записи работы релейно-контактных схем, который отражает все события, происходящие в ее работе, и позволяет рассчитывать временные характеристики схемы. Например, зная временные параметры реле А и В, можно рассчитать время, в течение которого горит (t_имп) и не горит (t_инт) лампа EL:

4. Структурный синтез дискретных устройств с памятью

4.1. Общая структура дискретного устройства с памятью

Класс задач управления, которые могут решать комбинационные дискретные устройства, ограничен задачами, определяемыми однозначной зависимостью выходных реакций устройства от состояний его входов в данный момент времени. Эта зависимость отражается таблицей истинности. В этом смысле можно сказать, что работа комбинационных схем не зависит от времени. Однако в большинстве случаев на практике задачи управления определяют выходные реакции устройства в зависимости не только от состояния входов в данный момент времени, но и от их состояний в предшествующие моменты времени. Такие задачи решают дискретные устройства с памятью или многотактные схемы.

Отличие в работе комбинационной и многотактной схем рассмотрим на примере дискретного устройства, схема которого приведена на рис. 4.1. Устройство имеет два входа (кнопки х₁ и х₂) и один выход (лампа z). Предположим сначала, что часть схемы, показанная на рисунке штриховыми линиями, отсутствует. Тогда, так как z = y = х₁х₂, дискретное устройство является комбинационным и реализует конъюнкцию двух переменных х₁ и х₂. В таблице 4.1 отражена работа схемы для четырех следующих друг за другом моментов времени (t = 1, 2, 3, 4, ...),. когда происходит смена входных наборов 00, 10, 11, 10.... Для каждого момента времени t значение ФАЛ выхода z однозначно определяется значениями переменных х₁ и х₂. Например, в моменты времени t = 2 и t = 4 на входе схемы присутствует один и тот же набор 10 и поэтому значения выходной функции (z = 0) в эти моменты времени одинаковы.

В табл. 4.2 отражена работа рассматриваемой схемы при наличии ее части, показанной штриховыми линиями (см. рис. 4.1), для той же последовательности смены входных наборов. Как видно из табл. 4.2, в данном случае в моменты времени t = 2 и t = 4 при одном и том же состоянии входных переменных (10) наблюдаются различные значения выходной функции z. Это есть признак многотактной схемы. В момент времени t = 4 реле Y остается под током по цепи, проходящей через фронтовой контакт этого реле (штриховые линии). Таким образом, реле Y запоминает факт одновременного нажатия обеих кнопок х₁ и х₂ в предыдущий момент времени. Реле Y, которое непосредственно не связано с входными кнопками, в отличие от входных реле X называют внутренним.

Таким образом, наличие в цепях включения внутренних реле Y контактов этих же реле является признаком многотактности данной релейно-контактной схемы.

В схеме релейно-контактного дискретного устройства с памятью (рис. 4.2) х₁, х₂, ..., х_n – входы устройства; X1, Х2, ..., Хп – входные реле, фиксирующие значения переменных на входах; Y1, Y2, ..., Yk – внутренние реле, реализующие алгоритм работы схемы (осуществляющие память); z₁, z₂, ..., z_q – выходы устройства. Цепи включения внутренних реле и выходные цепи описываются функциями алгебры логики вида f (х₁, х₂, ..., х_n, y₁, y₂, ..., y_k), которые зависят от входных х₁, х₂, ..., х_n и внутренних y₁, y₂, ..., y_k переменных. Если говорить о структуре комбинационного дискретного устройства, то в ней отсутствуют внутренние реле Y и выходные цепи описываются функциями вида f (х₁, х₂, ..., х_n), т. е. строятся на контактах входных реле (рис. 4.3).

Таким образом, признаком многотактности логической схемы, построенной на функциональных логических элементах, является наличие в ней обратных связей.

Обратная связь возникает, когда выход одного логического элемента соединяется с входом другого и в свою очередь от выхода последнего существует путь распространения сигнала на вход первого элемента (рис. 4.4). С помощью обратных связей реализуется память многотактной схемы (рис. 4.5). На этом рисунке ЛП – логический преобразователь, реализующий функции включения внутренних элементов памяти; БП – блок памяти, содержащий внутренние элементы памяти; ВП – выходной преобразователь, реализующий выходные функции z₁, z₂, ..., z_q. Обратные связи образуются вследствие соединения выходов БП с входами ЛП. Вообще говоря, структуры рассмотренных дискретных устройств (см. рис. 4.2 и 4.5) совпадают, применены только разные обозначения, чтобы выделить особенности релейно-контактных схем.