Katedra obecné elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB - TU Ostrava 16. ZÁKLADY LOGICKÉHO ŘÍZENÍ Obsah 1. Úvod 2. Kontaktní logické řízení 3. Logické řízení bezkontaktní Leden 2006 Ing. Tomáš Mlčák, Ph.D. Doc. Ing. Václav Vrána, CSc. 1
1. Úvod Řízení je definováno jako cílené působení řídicího systému na řízený objekt tak, aby bylo dosaženo určeného cíle. Je členěno na automatické a ruční. Automatické řízení je děleno na logické, spojité, diskrétní a fuzzy řízení, Obvody logického řízení zpracovávají dvouhodnotové informace a mohou být značně jednoduché až komplikované s mnohými vazbami. Logický obvod má z dvouhodnotových vstupních informací vytvořit opět dvouhodnotové informace určitým způsobem závislé na dodaných informacích (zprávách o stavech veličin a procesu). Analýzu a syntézu těchto obvodů je možno provádět buď pomocí intuicí (na základě zkušeností) nebo pomocí teoreticky propracované metody spínací (Boolovy) algebry. Výsledkem operace logického řízení je nakonec nějaký stav spínacího prvku ve výkonové (silové) části elektrického zařízení (řízeného objektu), kterým může být např. pohon, ventil, brzda, spotřebič atd. Tento spínací stav musí odpovídat určitému procesu v řídící části obvodů logického řízení. Jako spínací prvky ve výkonové části se převážně používají kontaktní spínací přístroje zajišťující bezpečné a spolehlivé galvanické oddělení obvodů. Bezkontaktní spínače (polovodičové prvkytranzistory, tyristory, triaky) se zde používají hlavně v případech požadavku vysoké hustoty (frekvence) spínání a často se z hlediska bezpečného oddělení kombinují s kontaktními spínači. Podle druhu použitých spínacích prvků v řídící části dělíme tyto obvody logického řízení na: Kontaktní, využívající kontaktní spínací přístroje (stykače, pomocná a časová relé, ovládače a čidla s kontaktním výstupem) Bezkontaktní využívající polovodičové součástky, obvody, moduly a systémy. Podle způsobu sestavení programu realizujícího požadované funkce rozlišujeme dále tyto obvody na: Pevně programovatelné využívající prvky logických funkcí a operací v pevném zapojení realizující dle vstupních informací obsluhy, nadřazených systémů a, zpětnovazebních signálů požadované funkce a chování obvodu s výstupním signálem k ovládání výkonového spínacího prvku. V praxi se jedná většinou o typové integrované obvody obsahující prvky logických funkcí (součet, součin, negace), prvky časové (zpožďovací) a klopné obvody. Volně programovatelné využívající možnosti realizací nastavených řídících funkcí výpočtem pomocí logického procesoru (automatu) nebo řídícího počítače. 2. Kontaktní logické řízení Návrh těchto obvodů je proveden v tzv. ovládacích schématu obsahujícím zapojení cívek a pomocných kontaktů spínacích přístrojů (stykačů, relé), kontaktů ovládacích, a mezních spínačů, návěstních přístrojů (signální svítidla a výstražná zařízení). Pro přehlednost a možnost vyjádření funkce obvodu mají tato schémata určité uspořádání a používají jednotný způsob kreslení (značky) a označování (popis) prvků dané mezinárodní normou. Označení přístrojů a potenciálů musí být doplněno vzájemnými odkazy umožňující sledování funkcí a návazností jednotlivých výkresů., SB.. Tlačítkový spínač se zapínacím kontaktem a samočinným návratem SA.. Otočný spínač se zapínacím kontaktem a bez samočinného návratu. SB. Tlačítkový spínač s vypínacím kontaktem a samočinným návratem SQ.. Polohový spínač, zapínací kontakt, vypínací kontakt KA.. KM.. Ovládací ústrojí (cívka), všeobecná značka, - cívka pomocného relé - cívka stykače 2
KT.. - cívka časového relé se zpožděným odpadem KT.. - cívka časového relé se zpožděným přítahem FU.. Pojistka FA.. HL.. Nadproudové tepelné relé (tepelná spoušť) Světelné návěstí (signální svítidlo na pultech, velínech ) Akustické návěstí (houkačka) T Transformátor dvouvinuťový M 3 ~ MA.. Asynchronní motor s kotvou nakrátko Příklad obvodového schématu zapojení hlavních (černá)a pomocných obvodů (červená) asynchronního motoru ovládaného tlačítky ZAP VYP. 3
Příklad kreslení obvodového schématu pomocných obvodů (tzv. liniové schéma) Příklad zapojení hlavních a pomocných (řídících,ovládacích) obvodů asynchronního motoru ovládaného tlačítky ze dvou míst. Obvodové schéma hlavních a ovládacích obvodů - asynchronní motor ovládaný tlačítky s reverzací chodu 4
3. LOGICKÉ ŘÍZENÍ BEZKONTAKTNÍ Úvod Logická proměnná má tyto dvě hodnoty: I SIGNÁL EXISTUJE, VÝROK PLATÍ 0 SIGNÁL NEEXISTUJE, VÝROK NEPLATÍ Algebra dvouhodnotových čísel neboli základní pravidla pro počítání s těmito veličinami se nazývá BOOLOVA algebra a je založena na logickém součtu, součinu,a negaci a platí pro ni soubor axiomů (Boolovy zákony). Logická funkce vyjadřuje závislost jedné nebo více výstupních (závisle) proměnných na jedné nebo více vstupních (nezávisle) proměnných Určitou logickou funkci pro soubor vstupních proměnných lze zapsat: Tabulkou (Logická tabulka je algebraickým vyjádřením logické funkce) Algebraickým výrazem Blokovým schématem Kargnaughovou mapou. Mechanismy, které zpracovávají dle určité funkce signál se nazývají logické členy (obvody). Logické členy dělíme dále na: Kombinační určité kombinaci vstupních signálů (nezávisle proměnných) odpovídá jedna určitá hodnota výstupního signálu (závisle proměnné), která je pouze závislá na této kombinaci (dle tabulky). Nezávisle proměnné nabývají pouze 2 hodnot (0 a I). Nezávisle proměnné n mohou nabývat hodnot 4 n. Jedna nezávisle proměnná (n=1) může nabývat čtyř hodnot Pořadí hodnoty Vstup a Výstup x 1 0 I Negace-invertor ā = x 2 I 0 Negace-invertor ā = x 3 0 0 Sledování - sledovač x = a 4 I I Sledování - sledovač x = a Funkce rovnice symbol Kontaktní ekvivalent 5
Přehled základních logických funkcí a členů AND logický součin OR logický součet NOT negace (inverze) stavu (na vstupu) NAND, (NOR).. negovaný logický součin (součet) Logická tabulka je algebraickým vyjádřením logické funkce. 6
Sekvenční LO výstupní signály závisí nejen na kombinaci vstupních x = a signálů, ale i na předchozí výstupní kombinaci. Podstatnou části obvodu je paměťový člen. Konstrukční provedení těchto členů (obvodů) je převážně jako integrované obvody. Vlastní řídící algoritmus vznikne vzájemným pevným spojením jednotlivých členů, což neumožňuje snadnou korekcí a ladění tohoto programu. V případě, že tyto základní další možné funkce nejsou realizovány skutečnými elektronickými obvody, ale programově v zařízení výpočtové techniky, jedná o tzv. volně programovatelné řízení prakticky realizované pomocí tzv. programovatelných automatů PLC (Program Logic Control). 7