Современное развитие систем автоматического управления электроприводами характеризуется увеличением чувствительности и точности технических средств, все возрастающими требованиями к надежности, габаритам, массе, стоимости и приспособлением для работы в условиях повышенной влажности, запыленности, которые характерны, например, для многих производственных процессов в сельском хозяйстве.
Логические элементы осуществляют определенную логическую зависимость между входными и выходными сигналами элемента. Они стандартизированы и унифицированы по уровням питания, входным и выходным сигналам, нагрузкам и габаритам. Это значительно упрощает процесс проектирования и технологию изготовления различных систем управления, а также облегчает монтаж, наладку и обслуживание аппарата. Конструктивно каждый элемент оформлен в виде отдельного модуля и помещен в карболитовый корпус с выводами под разъем.
Наиболее распространены логические элементы серии «Логика-Т» и на базе герконных реле типа РПГ. Последние имеют простейшую структуру, гальваническое разделение входа и выхода, большую мощность выходных цепей. Элементы той и другой серии конструктивно оформлены в виде отдельного модуля и помещены в карболитовый корпус с выводами под разъем.
Примеры реализации логических операций рассмотрим на схемах с использованием ячеек двухобмоточных герконных реле, дополненных при необходимости резисторами. Если обмотки по отношению к одному и тому же полюсу источника питания включаются встречно, то их результирующие ампервитки равны нулю. Применение резисторов, включенных последовательно с обмотками, позволяет отключать реле физически, не разрывая цепи ее катушек.
Функция ИЛИ означает, что сигнал на выходе элемента появляется, когда имеется сигнал хотя бы на одном из входов.
Рис. 12.7. Логические элементы на базе герконных реле:
и — функция ИЛИ; б — функция И; в — функция НЕ; г — функция ИЛИ-НЕ;
д — функция И-НЕ; е — функция *Равнозначность*.
Реле включается (рис. 12.7, а) при подаче отрицательного потенциала или на вход XI или на вход Х2.
Функция И означает, что сигнал на выходе логического элемента появляется только тогда, когда одновременно есть сигналы на всех входах.
Операция И может быть реализована по схеме рисунка 12.7, б. Реле возбуждается, если на входы XI и Х2 одновременно подан отрицательный потенциал, так как в этом случае вторая обмотка реле, включенная встречно первой, оказывается шунтированной. Диод V предотвращает ложное включение реле при подаче на вход Х2 отрицательного потенциала.
Функция НЕ означает, что сигнал У на выходе логического элемента имеется только при отсутствии сигнала на входе X (и наоборот).
Эту операцию можно осуществлять, если на вторую обмотку реле (рис. 12.7, б) подать напряжение, при этом суммарные намагничивающие ампервитки катушек будут равны нулю и реле отключится.
Функция ИЛИ-HE означает, что сигнал У на выходе элемента отсутствует только тогда, когда имеется сигнал хотя бы на одном из входов.
Сигнал на выходе (рис. 12.7, г) исчезнет тогда, когда сигнал появляется хотя бы на одном из входов.
Функция И-НЕ характеризуется тем, что сигнал У на выходе элемента отсутствует тогда, когда одновременно есть сигналы на входе XI и Х2. Если нет сигналов XI, Х2 на входах ячейки (рис. 12.7, д), реле включено. Поступление одного из сигналов не изменит его состояния. Только при одновременном присутствии сигналов XI и Х2 реле отключается.
Функция И-ИЛИ означает, что сигнал У на выходе логического элемента появляется только тогда, когда одновременно есть сигналы на входах XI и Х2 или Х3 и Х4.
Для выполнения указанной операции нужны две одинаковые ячейки (рис. 12.7, б), причем выходы последних включаются параллельно.
Функция «Эквивалентность» (равнозначность) характеризуется тем, что сигнал У на выходе элемента существует только тогда, когда на обоих входах одновременно имеются или отсутствуют сигналы XI и Х2.
Рис. 12.9. Элементы задержки сигналов:
а — схема для получения малых задержек; б — схема для получения больших задержек.
Рис. 12.8. Логические элементы на базе герконных реле:
а — функция «Запрет»; б — функция «Импликация», в — функция «Память».
Ячейка, осуществляющая операцию «Равнозначность», действует следующим образом: при отсутствии сигналов вторая обмотка реле находится под напряжением (рис. 12.7, е), а первая отключена. При поступлении любого из двух сигналов реле отключается. Сигналы, поданные одновременно на оба входа, вызывают включение реле.
Функция "Запрет" означает, что сигнал У на выходе логического элемента появляется только при наличии сигнала на входе Х2 и отсутствии сигнала на запрещающем входе X1.
Операцию «Запрет» несложно осуществить по схеме рисунка
- а. При появлении сигнала XI реле отключается независимо от состояния входа Х2.
Функция «Импликация» означает, что сигнал на выходе элемента существует только тогда, когда отсутствует сигнал на входе XI или имеется на входе Х2. Ячейка, выполняющая операцию «Импликация», выглядит так, как она изображена на рисунке 12,8, б.
Обмотки реле включены согласно, поэтому при поступлении сигнала Х2 реле включено независимо от состояния другого входа.
Функция «Память» характеризуется тем, что при подаче сигнала на вход XI логического элемента (включение памяти) появляется сигнал на выходе У. Это состояние сохраняется до подачи сигнала на вход Х2 (отключение памяти), независимо от состояния входа XI. Схема памяти на релейной ячейке изображена на рисунке 12.8, в. При поступлении сигнала XI реле включается и через свой замыкающий контакт встает на самопитание. При подаче сигнала Х2 обмотки реле оказываются включенными встречно — память отключается независимо от состояния первого входа; нагрузка подключается параллельно первой обмотке реле.
Функция «Задержка» означает, что сигнал У на выходе элемента появляется через время t после подачи сигнала на вход X. При поступлении сигнала X на вход элемента (рис. 12.9, а) через обмотку У-11 протекает ток заряда емкости /г, по мере заряда которой ток в цепи уменьшается и в момент, когда на выходе элемента возникает сигнал У.
Продолжительность задержки выходного сигнала (с) может быть изменена в широких пределах путем подбора соответствующей емкости С:
(12.1)
где г — сопротивление обмотки реле, Ом; С — емкость, Ф; СУ — напряжение питания, В; UСр — напряжение срабатывания реле.
Для получения больших задержек (десятки и сотни секунд) может быть использована схема, изображенная на рисунке 12.9,6. В ячейку реле добавляется полевой транзистор V, затвор которого подключается к контуру RC. При поступлении управляющего сигнала X конденсатор С начинает заряжаться через резистор R. В первый момент напряжение на затворе равно напряжению питания, поэтому по обмотке реле У-2 протекает максимальный ток. Для определения задержки в формулу (12.1) необходимо вместо р подставить значение сопротивления резистора R. В обеих схемах могут быть использованы электролитические конденсаторы большой емкости.
Рис. 12.10. Примеры реализации логических операций на базе герконных реле: а — схема к примеру 12.1; б— схема к примеру 12.2; в — схема к примеру 12.3.
Пример 12.1. Движение транспортера вперед возможно лишь с исходного положения, фиксируемого путевым выключателем Е1. Составить схему управления электродвигателем транспортера, если запуск последнего осуществляется кнопочным выключателем с замыкающим контактом, а останов в крайнем положении путевым выключателем Е2.
Решение. Итак, движение транспортера вперед возможно лишь при поступлении двух сигналов: при замыкании контактов путевого выключателя Е1 и кнопки. Устройство должно обладать, кроме того, памятью вплоть до наезда на выключатель (который также имеет замыкающий контакт Е2). Устройство, реализующее эти условия, изображено на рисунке 12.10, а. В исходном состоянии транспортера контакт Е1 замкнут, но реле не включено, так как его обмотки соединены встречно. При шунтировании первой обмотки кнопкой S реле К возбуждается, становится на самопитание. В конечном положении (контакт Е1 разомкнут) оказывается шунтированной уже вторая обмотка реле и движение прекращается.
Пример 12.2. Два реле запускаются одновременно путем нажатия на кнопку «пуск» (один замыкающий контакт), а отключаются независимо кнопками, аналогичными пусковой.
Решение. При поступлении сигнала ог пусковой кнопки должны включаться и встать на самопитание оба реле одновременно. Память каждого реле отключается независимо от состояния другого кнопкой с замыкающим контактом. Действительно, благодаря разделительным диодам VI и V2 (рис. 12.10,6) реле К1 и К2 включаются одновременно при нажатии на кнопку SI, а выключаются индивидуальными кнопками S2 и S3 путем подачи напряжения на соответствующие отключающие катушки
Пример 12.3. Два одинаковых насосных агрегата работают поочередно (для равномерности износа). Нарушением режима является не только прекращение водоснабжения (оба насоса отключены), но и их одновременная работа. Осуществить сигнализацию ненормального режима посредством свободных замыкающих контактов пускателей насосов.
Решение. Здесь, без сомнения, необходимо применить элемент, реализующий операцию «равнозначность». Действительно (рис. 12.10, в), лампа загорается как при одновременно работающих агрегатах (оба контакта Е1 и Е2 замкнуты, так и в случае, когда ни один из них не включен (контакты £1, Е2 разомкнуты).
Рис. 12.11. Примеры реализации логических операций на базе герконных реле:
а — схема к примеру 12.4; 6 — схема к примеру 12.5.
Пример 12.4. Осуществить общую сигнализацию при отключении вентиляции и повышении температуры в помещении, если технологическими датчиками нарушения режима является блок-контакт контактора, управляющего вентиляционной нагрузкой, и контакт монометрического термометра.
Решение. Сигнал на выходе логического элемента должен возникать как при размыкании блок-контакта контактора, так и при замыкании контакта термометра.
Устройство сигнализации, выполняющее операцию «импликация», изображено на рисунке 12.11, а, где Е1 — блок-контакт контактора, Е2 — контакт термометра.
Пример 12.5. Осуществить, используя элемент задержки сигнала, изображенный на рисунке 12.9, а, «лавинный» пуск электродвигателей поточной линии. Интервал между отдельными запусками механизмов — 1 с. Напряжение цепи питания логических элементов — 24В, напряжение срабатывания герконного реле типа РПГ — 16 В, сопротивление обмотки — 500 Ом.
Решение. Реле включаются (рис. 12.11, б) по цепочке через интервал в одну секунду. Задержки осуществляются электролитическими конденсаторами С1... CN. Необходимо определить их искомую емкость. Из выражения (12.1) 
