1、第第1111章章 氣壓邏輯回路與控制系統氣壓邏輯回路與控制系統11.1 邏輯代數邏輯代數11.2 氣壓邏輯回路氣壓邏輯回路11.3 邏輯回路的設計邏輯回路的設計11.4 程序控制系統程序控制系統11.5 可編程控制器及其應用可編程控制器及其應用11.1 邏輯代數邏輯代數1.三種基本邏輯運算及其恒等式 (1) 邏輯或（加）運算s=a+b （11.1） 式中：s因變量，也稱為邏輯函數，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）的運算規則是a，b中的一個為真（“1”）時，則s為真（“1”）。其恒等式為：a+0=a，a+1=1，a+a=a 用數值表示的運算規律為：0+0=

2、0 0+1=11+0=1 1+1=1 三種基本邏輯運算及其恒等式三種基本邏輯運算及其恒等式(2/2) (2) 邏輯與（乘）運算s=ab （11.2） 邏輯與（乘）的運算規則是僅當均a，b為真（“1”）時，s才為真（“1”）。其恒等式為：a0=0，a1=a，aa=a 數值表示的運算規則為：00=0 01=010=0 11=1 (3) 邏輯非（否）運算 （11.3） 它的運算規則是a為假（“0”）時，s為真（“1”），s和a的值總處于對應狀態。 數值運算規則為： as 10 01 00 11 2.基本定律 基本定律有交換律、結合律和分配律三個，它的運算規則與普通代數相同。 (1) 交換律 （11.

3、4） (2) 結合律 （11.5） (3) 分配律 （11.6） abbaabbacbacbacbacba)()()()(bdbcadacdcbaacabcba)()(3.形式定律 形式定律也是邏輯運算中常用的運算定律，通過形式定律和基本定律可實現對邏輯函數的化簡。為了便于區別，給以不同的命名。 (1) 吸收律 （11.7） (2) 展開律 （11.8） (3) 反映律 （11.9） abaaabaa)()(ababaababa)(babaababaa)(形式定律形式定律(2/2) (4) 狄摩根定律 （11.10） (5) 過渡律 （11.11） (6) 交叉換位律 （11.12） baba

4、baba)()()(cabacbcabacaabbccaab)()(bacacababaaccaba4.邏輯運算規則和對偶定理 (1) 邏輯運算規則 在邏輯代數運算中，運算規則是按非、與、或，先括號內后括號外的順序進行，不影響運算次序的括號可以去掉。 (2) 對偶定理 分析上述基本定律和形式定律可知，邏輯代數運算中存在或、與，0、1對偶互換性。也就是說，在某一邏輯公式中進行或、與互換，0、1互換，得到新的邏輯公式也成立，這種性質稱為對偶性，對偶定理可作如下敘述。 對偶定理：若某個由基本定律導出的邏輯公式，則其對偶公式也成立。 5.邏輯函數、真值表、基本邏輯門和邏輯圖 (1) 邏輯函數 由邏輯變

5、量及其邏輯關系組成的邏輯代數式稱為邏輯函數，記作 （11.13） 式中：s邏輯函數； f表示邏輯函數與邏輯變量之間的邏輯關系； a，b邏輯變量。 (2) 真值表 邏輯函數及其邏輯變量之間的全部數值用一張表表示，則稱此表為真值表。 ),(bafs 邏輯函數、真值表、基本邏輯門和邏輯圖邏輯函數、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，每個基本邏輯門都對應有相應的邏輯函數和真值表，任意的邏輯函數都可以通過基本邏輯門構成。基本邏輯門包括與門、或門和非門三種。 (4) 邏輯圖 任一邏輯函數，無論多么復雜，都可以用相應的邏輯圖表示。構成邏輯圖的方法

6、是將邏輯函數分解成若干基本邏輯門，根據邏輯函數關系連接而成。邏輯函數中每一個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基本邏輯門的輸入，最后一個邏輯門的輸出是邏輯函數的輸出。 11.2 氣壓邏輯回路氣壓邏輯回路 氣壓邏輯回路是把氣壓回路按照邏輯關系組合而成的回路。按照邏輯關系可把氣信號組成“是”，“或”，“與”，“非”等邏輯回路。用這些邏輯回路進行信號變換，有助于控制系統的設計。 表11.3中介紹了幾種常見的邏輯回路，表中右邊的“真值表”即邏輯回路的動作說明表。a，b為輸入信號，S為輸出信號。 11.3 邏輯回路的設計邏輯回路的設計1.邏輯代數法 應用邏輯代數法設計邏輯回路，其

7、基本步驟如下： 1）數學化實際問題，列出輸入輸出真值表； 2）由真值表列寫邏輯函數； 3）化邏輯函數為最簡邏輯函數； 4）根據最簡邏輯函數作邏輯原理圖及氣壓邏輯回路圖。 2.卡諾圖法 (1) 用卡諾圖化簡邏輯函數 用卡諾圖化簡邏輯函數是一種既簡單，又直觀的方法?？ㄖZ圖是真值表的一種變換，它比真值表更明確地表示出邏輯函數的內在聯系。使用卡諾圖可以直接寫出最簡邏輯函數，避免了繁鎖的邏輯代數運算。 卡諾圖是一個如同救生圈狀的立體圖形，為了便于觀察和研究，將它沿內圈剖開，然后橫向切斷展開成一個矩形圖形。 若自變量為一個，則卡諾圖上有兩個方格，自變量為兩個，則卡諾圖上有四個方格，自變量為三個，則卡諾圖上

8、有八個方格，。方格數是自變量的可能排列組合數，即方格數為2n個。其中n為變量的個數。 卡諾圖法卡諾圖法(2/2) (2) 卡諾圖法在邏輯回路設計中的應用 邏輯代數是設計邏輯回路的重要數學工具，而卡諾圖為邏輯函數化簡提供了簡便方法。對于邏輯控制系統而言，不但需要有必要的邏輯控制元件，還需有例如啟動信號（手動或自動），主控閥（雙氣控制換向閥）及執行機構等，才能構成較為完整的邏輯控制系統。 11.4 程序控制系統程序控制系統 程序控制系統是工業生產領域，尤其是氣壓裝置中廣泛應用的一種控制系統。程序控制包括數字程序控制和簡單程序控制兩類。按發信裝置和控制信號不同，簡單程序控制可分為行程程序控制和時間程

9、序控制兩種。 程序控制是根據生產過程中的物理量，例如位移、時間、壓力、溫度、液位等的變化，使被控對象的各執行元件按照預先給定的程序或條件有序協調地工作。 行程程序控制是閉環程序控制系統，如圖11.13所示。當啟動輸入信號發出后，邏輯回路將發出執行信號，控制執行機構執行第一步動作，完成第一步動作后，觸發行程閥或行程開關，發出氣的或電的控制信號，經邏輯回路發出第二個執行信號，實現第二動作，整個系統將按預先給定的程序循環工作。顯然只有完成第一步動作后，才有可能進行下一步動作，這種控制方式具有連續的控制作用，極為安全可靠，是氣壓設備上應用最為廣泛的一種控制方式。 行程程序控制系統包括發信裝置、執行機構

10、、邏輯控制回路、動力源等。發信裝置發出執行信號，通常是行程閥，行程開關等，此外還有力、壓力、溫度等的傳感器也可用來作為發信裝置。執行元件和它聯動的機構稱為執行機構，常用的執行元件有氣缸、氣壓馬達、氣壓閥等。邏輯控制回路是根據系統程序控制要求，由氣壓方向閥，氣壓邏輯元件或電氣邏輯元件等構成。動力源由空氣壓縮機、油水分離器、干燥器、儲氣罐、調壓閥、油霧器等組成。 根據氣壓缸在工作運行一個周期中往復動作的次數，行程程序控制系統分為單往復和多往復兩種。為適應生產的需要，程序系統可設計成可以選擇的程序控制，程序的選擇可以是預先選定，也可以在運行過程中，根據某種條件自動選定。也可根據需要設計成壓力控制，時

11、間控制系統。 1.氣壓系統中常用的電氣電路 (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^電器被廣泛地應用于電力拖動、程序控制、自動調節與自動檢測系統中。圖11.14為控制繼電器的工作原理圖。它由按鈕開關，電磁鐵線圈、觸點、接線柱等構成。通過按鈕開關，使電磁鐵線圈通電勵磁，吸合觸點，控制回路閉合通電。 串聯電路串聯電路(1/1) (2) 串聯電路 串聯電路也稱邏輯“與”電路。一臺設備需幾個人進行操作時，為保證安全，需要每個操作者控制一個設備啟動開關，只有當每個操作者都按下自己控制的啟動開關時，設備才能開始運行。圖11.15為串聯電路一例。由圖可知

12、，只有當SB1、SB2、SB3均被按下閉合，電磁閥線圈YA才能通電勵磁。稱具有這種功能的電路為串聯電路。 并聯電路并聯電路(1/1) (3) 并聯電路 并聯電路也稱為邏輯“或”電路。一臺設備同時幾個人操作時，為確保安全，也需要每個操作者都控制一個設備停止按鈕，只要其中任一操作者按下自己控制的設備停止按鈕，設備即刻停止運行。具有這種控制功能的回路可由并聯電路來實現。如圖11.16所示，由圖可知，按鈕開關SB1、SB2、SB3中，任何一個開關被閉合時，電磁閥線圈YA即可通電勵磁 。 自保持電路自保持電路(1/2) (4) 自保持電路 自保持電路也稱為記憶電路，由于常用的按鈕通常是即開按鈕，是一個短

13、時間信號。欲使電路保持通電信號，需要有保持電路來維持。圖11.17為保持電路的一種，由圖可知，只需按鈕開關SB1動作一次，燈A將繼續保持燈滅狀態，燈B將繼續保持燈亮狀態。因此稱此電路為自保持電路。 自保持電路自保持電路(2/2) 要解除電路的自保持，可在觸點KA2與繼電器KA之間加入一個常閉按鈕開關SB2，如圖11.18所示。當按下按鈕開關SB1后，電路進入自保持狀態。當按下停止按鈕SB2，自保持狀態將被解除。 延時電路延時電路(1/1) (5) 延時電路 由于現代氣壓自動化設備所能完成的工藝過程越來越復雜，各工序之間需按一定時間緊密地配合，要求工藝過程時間可隨人們的要求在某一定范圍內調整。為

14、此，需要利用延時電路加以實現。 圖11.19為延時電路，圖11.19a為延時閉合電路，延時時間由定時器KT確定。當按下啟動按鈕SB，定時器KT開始計數，經過規定時間后，定時器觸點KT接通，電燈XD亮。圖11.19b為延時斷開電路。當按下SB，定時器觸點KT同時接通，電燈XD亮，放開SB，定時器開始計數，到規定時間后，定時器觸點KT才斷開，XD燈滅。優先電路優先電路(1/3) (6) 優先電路 所謂優先電路，是指當得到相互矛盾動作信號時，使先加入信號優先動作，而后加入信號不起作用的電路。通常稱具有這種功能的電路為先入信號優先電路。為說明問題，下面先分析一個例子。 圖11.20a為雙電磁鐵中位封閉

15、式三位四通閥控氣壓缸，圖11.20b為控制它的電路。優先電路優先電路(2/3) 工作開始時，按下按鈕SB1，繼電器KA1通電勵磁，并進入自保持狀態，列號5的繼電器觸點KA1閉合通電，電磁閥線圈YA1勵磁，換向閥換向，氣缸前進，當活塞桿前端與限位開關SQ1接觸后，繼電器KA1自保持狀態被解除，線圈YA1被消磁，換向閥復位，氣缸停止前進。按下按鈕SB2，繼電器KA2通電勵磁并進入自保持狀態，列號6繼電器觸點KA2閉合，線圈YA2勵磁，換向閥換向，氣缸后退，當活塞前端與限位開關SQ2接觸，繼電器KA2自保持狀態被解除，YA2同時也被消磁，換向閥復位，氣缸停止運動。乍看起來，上述電路似乎可以沒有問題地

16、完成氣缸往復運動。 優先電路優先電路(3/3) 但當活塞處于中間位置，限位開關SQ1、SQ2均處于閉合狀態，同時或先后按下SB1和SB2（SQ1壓開前），此時繼電器KA1、KA2均進入自保持狀態，YA1、YA2均被勵磁，換向閥無法進入正常工作，導致電磁鐵過熱或燒壞。為使該系統能正常工作，需采用優先電路加以控制。圖11.21為先入優先聯鎖電路。該電路利用繼電器常閉觸點KA1，KA2實現優先聯鎖作用。 2.行程程序控制系統的設計 行程程序控制系統通常包括單往復行程程序控制系統，多往復行程程序控制系統，選擇程序控制系統等。常用的行程程序控制系統的設計方法有信號動作線圖法（X-D線圖法）、卡諾圖法、程

17、序控制線圖法等。這里介紹一種更為常用的設計方法X-D線圖法。 (1) 單往復行程程序控制系統的設計 在給定的行程程序一次循環過程中，系統中各執行元件只作一次往復運動的系統稱為單往復行程程序控制系統。應用XD狀態線圖法設計行程程序控制系統的步驟為： 1）根據事先給定的行程程序繪制XD狀態線圖。 2）由XD狀態線圖判別障礙信號。 3）尋求消除障礙信號方式，確定執行信號。 4）作程序控制邏輯原理圖及氣壓控制線路圖。 行程程序控制系統的設計行程程序控制系統的設計(2/3) (2) 多往復行程程序控制系統的設計 多往復行程程序是指程序運行一個循環中，至少有一個氣壓缸作一次以上的往復運動。 (3) 選擇程

18、序控制系統的設計 前面介紹的都是按某一固定程序運行的程序控制系統。但為適應生產工藝提出的不同要求，需要有選擇程序控制系統。所謂選擇程序控制系統，它所運行的程序不是固定，而是多個程序，要執行哪個程序，是根據某條件或要求確定的。 行程程序控制系統的設計行程程序控制系統的設計(3/3) 選擇程序控制系統可分為自動選擇程序和人工預選程序兩種。下面分別加以討論。 1）自動選擇程序控制系統 自動選擇程序控制系統的特點是，當系統完成某一動作后，下一步應執行哪一動作，要根據檢測元件的信號來確定。例如一臺檢測產品質量的設備，不可能事先知道某件產品合格與否，必須根據檢測結果，由傳感器給出合格與否的信號，根據此信號

19、決定該產品應送入成品庫還是廢品庫。即由傳感器的信號自動選擇程序運行。 2）人工預選程序 人工預選程序是在系統運行前由操作者根據需要，通過“程序預選閥”事先選擇好所要執行程序。 11.5 可編程控制器及其應用可編程控制器及其應用 PLC可編程邏輯控制器與傳統的繼電器邏輯控制相比，具有如下優點： （1）體積小，可靠性高，邏輯功能強。 （2）由于PLC采用軟件編程控制，因而隨著要求的隨時變更，可以通過程序的修改方便地加以實現。 PLC雖然采用了計算機和微處理器，但它與計算機相比，又具有如下特點。 （1）PLC采用了面向邏輯語言，以繼電器邏輯梯形圖為表達式，因而簡單易懂，操作方便。 （2）一般PLC具

20、有模塊結構，可以針對不同的對象進行組合和擴展，以滿足工業控制的需要，具有良好的性能價格比。 圖11.38為可編程控制器系統框圖。 1.指令系統及編程 (1) 觸點指令 觸點指令包括運算開始、串聯連接、并聯連接。指令操作符為LD、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觸點； LDZ取反，取支路起始段的常閉觸點； AND與，常開觸點的串聯； ANI與反，常閉觸點的串聯； OR或，常開觸點的并聯； ORI或反，常閉觸點的并聯。 LDLDIANDANIORORI指令系統及編程指令系統及編程(2/6) (2) 塊指令 塊指令包括回路塊串聯與并聯指令，

21、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塊串聯運算。 ORB塊或為A塊和B塊并聯運算。 塊A塊BANBORB塊A塊B指令系統及編程指令系統及編程(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，將邏輯運算結果輸出給指定裝置。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、復位指令 置位指令操作符為SET，復位指令操作符為RST。 (5) 直接置位、復位指令 直接置位、直接復位操作符分別為SETD、RSTD。 (6) 定時器指令 定時器指令操作符為OUT T。 指令系統及編程指令系統及編

22、程(4/6) (7) 步控制指令 步控制指令操作符為SC，它是控制步（過程控制）的指令，使用這條指令，對過程控制復雜的系統，也能簡單地完成編程任務。對于一個過程控制，通常可表示成如下形式。 ON 電源1 過程2 過程3 過程指令系統及編程指令系統及編程(5/6) 應用步控制指令SC，可作出如下梯形圖。8011M0000LSC000X0000L0001LSC001X0001L0002LSC002X0002L0003LSC003X0003L0001LSC004XFLSC001初始步執行步過程1執行步過程2執行步過程31返回過程緊急停止步指令系統及編程指令系統及編程(6/6) 圖中M8011僅第一次掃瞄時ON，在程序動作的第一次掃瞄部使L0000 ON，程序處于初始狀態，同時使其他的繼電器L0001L001F均為OFF。如果X000 ON