第二章3顺保开关量控制基础知识.ppt

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1、第二章开关量控制系统的基础第二章开关量控制系统的基础知识知识（续）一、逻辑控制基础知识一、逻辑控制基础知识二、可靠性技术简介二、可靠性技术简介一、逻辑控制基础知识1.继电器的逻辑控制知识2.电子元件逻辑框图知识3.基本逻辑环节4.逻辑功能环节1.继电器的逻辑控制知识继电器继电器是由线圈和触点组成的。依据线圈失磁（或励磁）时触点的常态状态（或动态），触点可以分为常开触点和常闭触点（或动合和动断）两类。继电器元件符号继电器状态逻辑状态软继电器”逻辑元件线圈失磁/励磁0/1常开触点断/通0/1常闭触点通/断1/0读继电器梯形图的要点继电器的逻辑控制梯形图主要是采用触点触点（开关）、线圈线圈和连线连线

2、三种元件图例；在左、右母线之间连接元件而构成梯形图。从上到下，梯形图分为若干阶梯阶梯电路（支路或回路）；从左到右，梯形图中的触点状态为输入条件触点状态为输入条件，触触点的连接组合为逻辑点的连接组合为逻辑，每一阶梯右边的线圈状态线圈状态为其输出结果为其输出结果。该线圈状态决定了的该继电器触点状态，它的触点接入相关阶梯电路或其它报警电路、驱动电路等，从而实现对其它电路的通断控制。2、电子元件逻辑框图电子元件逻辑框图是指用具有独立逻辑运算功能的电子逻辑元件组成所需的开关量控制电路。在计算机控制中，已将有关的基本逻辑运算功能特性编制成了软件模块库（即子程序库或专用函数库），这些逻辑运算模块的界面形式常

3、以电子基本逻辑功能元件图例的形式供用户调用。许多实现开关量逻辑运算方法就是调用基本逻辑运算模块，并连接构成逻辑功能框图形式，来实现系统逻辑控制功能。读逻辑元件图的要点知道了常用的电子逻辑功能元件图例符号，就可以用逻辑功能元件连接的逻辑功能图直接方便地分析信号的逻辑运算过程。一般左边（或上边）为输入条件，中间为一般左边（或上边）为输入条件，中间为逻辑运算，右边（或下边）为输出动作指逻辑运算，右边（或下边）为输出动作指令。令。3.基本逻辑环节基本逻辑环节继电器逻辑电路的基本逻辑环节基本逻辑环节：“与与”回路；“或或”回路；“非非”回路。熟悉典型的基本环节的功能是掌握继电器逻辑电路的基础。布尔逻辑表

4、达式布尔逻辑表达式是输入输出之间逻辑关系的数学描述，它可以通过计算机语言描述并上机运行实现，也可以通过梯形图、逻辑元件图等形式反映输入输出之间的逻辑关系。(1)“与与”回路（AND）由输入触点串联再与继电器线圈连接构成的电路，称为“与与”回路。AND也称为逻辑乘，只要输入中有一个为0则输出为0。其输出为其输出为1的条件是输入缺一不可。的条件是输入缺一不可。(2)“或或”回路（OR）由输入触点并联构成的电路称为“或或”回路。OR也称为逻辑加，只要输入中有一个为1则输出为1。其输出为其输出为1的条件是输入有的条件是输入有1就行。就行。(3)“非非”回路（NOT）逻辑“非非”可用常闭触点表示；NOT

5、也称为逻辑否，只要输入为1则输出为0。其输出与输入的关系是出是入非其输出与输入的关系是出是入非。4.逻辑功能环节逻辑功能环节所谓逻辑功能环节就是指能够完成具体特定功能特点的逻辑环节。它可以由基本逻辑环节的组合来实现。常见的逻辑功能环节有(1)自保持（自锁）环节(2)优先（互锁）环节(3)判断、记忆环节(4)计时环节(5)转移环节 等。(1)自保持（自锁）环节自保持（自锁）环节自保持环节的工作特点是：利用继电器线圈控制自己的触点，并将自己线圈的状态保持。同时也可以用其它的触点来解除自保持，也就是说它的功能相当于可以记忆和解除记忆。此时，可以有启动优先和停止优先之分。如后图所示。在自保持后的多信号

6、控制中有多信息停止优先，常用于闭锁控制之中。而多信息启动优先一般可以用在联动控制控制之中。自保持环节逻辑图 自保持环节(2)优先（互锁）环节优先（互锁）环节优先环节的功能是：在两个输入信号控制中，当一个信息出现一次后，它不仅产生一个输出信息，而且禁止另一个信息的作用，破坏另一个信息的作用或保证另一个信息的作用。它的电路如图所示。如：互锁就是指两个输入，只能有一个输出为1状态；而先动作优先环节就可以记忆或保持初始信息；后动作优先环节则可以记忆或保持后动作的信息。互锁-先动作优先环节互锁-后动作优先环节(3)判断、记忆环节判断、记忆环节判断环节判断环节（表决环节）它是指在N个输入中有M个输入为1，

7、则输出为1。也称为逻辑门槛单元。如后图中所示的判断回路是一个三取二(2/3)逻辑表决。记忆环节记忆环节用来记忆某信息是否出现，并且把信息结果保存起来。RS触发器是一种双稳态电路，可以作为记忆存储环节应用。判断、记忆环节判断、记忆环节 R-S触发器真值表(4)计时环节计时环节计时环节计时环节可以通过输入状态、逻辑和时间参数T的设置来改变输出信息的出现时间。可以实现延时输出、定时输出等功能。常用的计时环节有接通延时；断开延时；单稳单元定时输出；等计时环节的图例符号如后图所示。典型计时环节时序图(5)转移环节转移环节转移环节转移环节可以根据输入信息或者上一顺序步的完成作为转移到下一个顺序步的条件，进

8、行顺序控制。转移环节是实现步进式顺序控制的主要逻辑电路。开关信号与模拟信号相互作用在实际热工计算机综合控制系统中，一般是既有开关量信号，又有模拟量信号，除了完成各自的控制运算任务外，还要二种信号共同完成具体的运算控制任务。一般用开关量信号主要是对模拟量信号通路进开关量信号主要是对模拟量信号通路进行切换或选择，以实现工作方式的切换或信号行切换或选择，以实现工作方式的切换或信号的切换。的切换。采用自动跟踪，可以实现无扰切换。而模拟量信号可以通过比较器开关转换为开关模拟量信号可以通过比较器开关转换为开关量信号，以实现条件生成信号、报警信息或逻量信号，以实现条件生成信号、报警信息或逻辑控制运算等辑控制

9、运算等。二、可靠性技术简介二、可靠性技术简介1.可靠性的含义及度量2.故障及故障率3.故障率分析4.系统可靠动作的先决条件5.信号摄取方法及其特点6.冗余技术简介1.可靠性的含义及度量可靠性的含义可靠性的含义可以理解为：在一定的使用条件和规定使用的时间内，持续完成设定功能的概率。可靠性可以用多种度量指标予以表达。比如：无故障率和故障率。无故障率无故障率是指在实际使用条件和规定时间内，能完成设计功能的概率E；相应地，不能完成设计功能的概率为故障率F。则有E+F=1。2.故障及故障率可以从控制动作发生故障的结果来表达可靠性。故障故障一般可以分为拒动作和误动作。一般：拒动作拒动作是指该动作而未动作，

10、或者说是不正确的不动作。误动作误动作是指不该动作却动作了，或者说是不正确的动作。故障中的拒动作率和误动作率拒动作率（或误动作率）是指在单位时间内（如一年内）拒动作（或误动作）次数的数学期望，即误动作率=误动作次数/实际动作次数=误动作次数/（正确动作次数+误动作次数）拒动作率=拒动作次数/应当动作次数=拒动作次数/（实际动作次数+拒动作次数-误动作次数）3.故障率分析从上式可以知道拒动作率或误动作率的数值均小于1。从可靠性考虑，这类故障率数值越小越好。在工程上，要求拒动作率或误动作率的数值均远远小于1，接近于0，但是一般不可能等于0。这是因为在工程实际中，100%可靠性概率是不现实的，因此要采

11、取提高可靠性的措施。4.系统可靠动作的先决条件控制系统可靠动作的先决条件是必须保证控制系统可靠动作的先决条件是必须保证摄取的信号真实可靠摄取的信号真实可靠。为了做到这一点，通过将检测元件组构成信号单元，从而改进摄取信号的可靠性。下面将对元件和不同结构的信号单元的可靠性进行简要分析和介绍。5.信号摄取方法及其特点5.1单一信号法5.2信号串联法5.3信号并联法5.4信号串并联法5.5信号表决法5.6信号多重化5.1单一信号法即用单个检测元件为一信号单元单个检测元件为一信号单元。这样，单元的可靠性与元件的可靠性相同，即单一信号法单元相对元件来说可靠性没改变。5.2信号串联法 将反映同一测点故障的检

12、测元件触点进行串联作将反映同一测点故障的检测元件触点进行串联作为一个信号单元为一个信号单元。由图可见，触点间的关系为逻辑“与”。只要一个元件拒动作，则单元就拒动作，而只有串联元件都误动作，则单元才会误动作。信号串联法适用于对误动作要求高，而对拒动作信号串联法适用于对误动作要求高，而对拒动作要求低的场合要求低的场合。5.3信号并联法将将反反映映同同一一测测点点故故障障的的检检测测元元件件触触点点进进行行并并联联作作为为一一个个信信号号单单元元。由图可见，触点间的关系为逻辑“或”。只要一个元件误动作，则单元就误动作，而只有并联元件都拒动作，则单元才会拒动作。信信号号并并联联法法适适用用于于对对拒拒

13、动动作作要要求求高高，而而对对误误动动作要求低的场合作要求低的场合。5.4信号串并联法通过计算可以看到：当元件的拒动作率或误动作率的数值很小时，单元的可靠性大大提高；而当元件的拒动作率或误动作率的数值大于一定数值时，单元的可靠性反而不如元件的可靠性。所以，提高单元可靠性的前提是元件必须可靠提高单元可靠性的前提是元件必须可靠。5.5信号表决法它是指在N个输入中至少有M个输入为1，则输出为1。可以有“三取二”、“四取三“等逻辑，信号表决法的基本理论依据是：在元件可靠性信号表决法的基本理论依据是：在元件可靠性相同的条件下，多个元件同时出故障的几率小相同的条件下，多个元件同时出故障的几率小于单个元件出

14、故障的几率。于单个元件出故障的几率。5.6信号多重化它是指对若干个模拟量信号采取“二取一”、“二取均”、“三取中”、“三取均”等提高测量准确度和可靠性的信号摄取法。目的就是要剔除粗大误差（坏值）或目的就是要剔除粗大误差（坏值）或减小干扰等因素的影响。减小干扰等因素的影响。6.冗余技术简介除了要求摄取的信号可靠外，为了提高控制系统的可靠性，在元件、器件、部件、设备或装置上采用冗余技术冗余技术，如11，N1热备用；双电源，双通讯，双CPU等，以及UPS不间断电源，软件功能冗余，后备手操等方法，以提高控制系统的可靠性。另外，在管路阀门执行机构连接中，除了工艺要求之外，从可靠性上可以认为：串联阀门为了可靠截止，而并联阀门则是为了可靠的导通。这样从检测信号、逻辑运算到执行机构的可靠性都得到了提高，就能够提高整个控制系统的可靠性。本次授课学习要点、思考题与习题本次授课学习要点、思考题与习题1.基本逻辑环节有哪些？各有何逻辑特点？2.常见逻辑功能环节有哪些？各有何逻辑特点？3.何谓可靠性？拒动作？误动作？4.试说出不同信号摄取方法各自的特点，各方法的应用场合或应用原理。