Бесконтактные логические элементы

Бесконтактные логические элементы используются при реализации различных логических законов управления и для осуществления блокировок и защит в ЭП. Они долговечны, так как не имеют движущихся механических частей, отличаются высоким быстродействием, небольшими массой, габаритными размерами, энергопотреблением и малой чувствительностью к вредному влиянию окружающей среды. Наибольший эффект их использования достигается при создании схем управления средней сложности, когда число контролируемых и преобразуемых сигналов составляет несколько десятков.

Логический элемент выполняет те же функциональные операции, что и электромагнитное контактное реле. Он имеет два устойчивых состояния - «включено» и «выключено», которые обозначаются соответственно цифрами 1 и 0.

Для электромагнитного реле цифра 1 обозначает, что его контакт замкнут, а цифра 0 - разомкнут. Для бесконтактного логического элемента цифра 1 указывает на наличие напряжения на его выходе, а цифра 0 - на отсутствие.

Логический элемент НЕ (см. рис. 7,а) выполняет операцию отрицания (инвертирования). При наличии входного сигнала, т. е. при X = 1, выходной сигнал отсутствует (Y = 0), а при отсутствии входного сигнала (X = 0) выходной сигнал Y = 1.

Логический элемент ИЛИ. Сигнал на выходе этого элемента появляется при наличии хотя бы одного входного сигнала Х₁ или Х₂ (рис.7,б). Операция ИЛИ может выполняться для любого числа входных сигналов.

Логический элемент И. Сигнал на выходе этого элемента Y = 1 (рис. 7, в) появляется только в том случае, когда оба входных сигнала равны 1. В остальных случаях Y = 0.

Логический элемент ИЛИ - НЕ (см. рис. 7, г). В этом более сложном элементе при наличии хотя бы одного сигнала на входе (Х₁, Х₂= 1) сигнал на выходе Y = 0, а при отсутствии входных сигналов (Х₁, Х₂= 0) выходной сигнал Y = 1.

Рисунок 8 – Логические модули: а) – типовой узел памяти; б) – типовой узел реверсивной схемы управления электродвигателем

Кроме рассмотренных примеров, логические элементы могут выполнять запоминание уровня входного сигнала (операция ПАМЯТЬ), блокировку (операция ЗАПРЕТ), выдержку времени на включение и отключение электрических аппаратов и другие операции.

В большинстве схем управления на логических элементах используется типовой узел «Память». Этот узел образуется соединением двух элементов ИЛИ - НЕ (рис. 8, а) и работает следующим образом.

Логические элементы выпускаются в составе серии «Логика И», основой которой являются интегральные микросхемы серий К 155 и К511.

Допустим, что требуется запомнить информацию, характеризующуюся верхним уровнем дискретного сигнала U_вх1 = 1, и иметь возможность «стереть» из памяти эту информацию. Запоминаемый сигнал U_ВХl = 1 подается на вход 1 первого элемента ИЛИ - НЕ. Так как элементы этого узла осуществляют функцию НЕ, то сигнала на выходе первого элемента не будет, а на выходе второго появится напряжение U_ВЫХ. Этот сигнал по цепи обратной связи поступит на вход 2 первого элемента. Теперь сигнал включения U_ВХ = 1 можно снять с входа 1, а сигнал на выходе узла U_ВЫХ будет существовать сколь угодно долго.

Для «стирания» из памяти записанной информации надо подать сигнал U_ВХ2 = 1 на вход 4 второго элемента схемы, который снимет сигнал U_ВЫХ с его выхода, и память будет «очищена».

Рассмотрим типовой узел реверсивной схемы (см. рис. 8, б) управлением двигателем, реализованный на логических элементах. В ней использованы два узла «Память» (элементы П1...П4, ИЛИ - НЕ) два согласующих усилителя А1 и А2, от которых питаются катушки контакторов КМ1 и КМ2, обеспечивающие включение двигателя в условных направлениях его скорости «Вперед» и «Назад».

Включение двигателя осуществляется кнопками «Вперед», «Назад» (SB2, SB1), воздействие на которые запоминается соответствующими узлами памяти. При этом кнопки SB1 и SB2 взаимно заблокированы, а нажатие кнопки SB3 («Стоп») приводит к отключению любого из включенных в данный момент контакторов КМ1 и КМ2.