探究继电逻辑的基本电气控制形式

继电逻辑控制系统和装置是由各种开关电器组合而成，并通过物理接线方式实现逻辑控制功能，它的主要优点是逻辑清晰，缺点是需要有大量的固定硬接线，通用性和灵活性较差，一旦做成就不易改变。尽管如此，继电逻辑控制仍然是各类设备和装置最基本的电气控制形式之一。

1.逻辑状态约定

继电逻辑控制线路中的元件状态是以线圈通电或断电来判定的。线圈通电时，与其关联的常开触点（动合触点）闭合、常闭触点（动断触点）断开。通常规定正逻辑为线圈通电为“1”状态，断电为“0”状态；元件的常开触点，规定闭合状态为“1”状态，断开状态为“0”状态，线圈没通电时的触点状态称为原始状态。负逻辑则相反。同一逻辑电路，既可用正逻辑表示，也可用负逻辑表示。在本书中，除特别声明外，均采用正逻辑。按照这些约定，开关电器的线圈和其触点的状态用同一字符来表示，例如符号K（接触器）既表示接触器的线圈，也表示接触器的触点，但其常闭触点的状态在逻辑函数式中用符号K的“非”来表示，即K。若元件的状态为“1”，则表示其线圈“通电”，常开触点闭合、常闭触点断开。“通电”、“闭合”都是“1”状态；断开则为“0”状态。若元件的状态为“0”，则与上述相反。逻辑值“1”或“0”称为真值或状态。

作了这些规定之后，对于某一确定的逻辑控制电路的函数表达式的数学意义和物理意义是：电路中的所有变量在符合逻辑取值条件下，经逻辑运算后，函数均取“1”值；一个逻辑函数取“1”值，说明这个函数对应的逻辑控制电路中被控电器元件通电，同时发生状态转换。而符合逻辑的各种变量取值状态则是函数取“1”值的条件。如果变量在任何取值条件下函数都不能取“1”值，即不存在状态转换的条件，就相当于被控电器永远不能通电，不会发生状态转换；若变量在任何取值条件下函数均取“1”值，即不具备状态转换的条件，就相当于被控电器元件恒被接通。这两种情况都使逻辑控制电路失去了控制作用。只有当变量的取值状态符合逻辑条件时，函数才能取“1”值，不符合逻辑取值条件时，函数则取“0”值，这样的逻辑函数才能有意义，相应的逻辑控制电路才有正确的控制作用。

2.逻辑控制概念

由以上讨论可以得出这样的结论，电气控制线路实质上是一种逻辑组合，是由“与”、“或”、“非”三种基本逻辑变量组合而成的，逻辑值“1”或“0”表达了逻辑组合的状态变化。如果逻辑变量或逻辑值只取“1”或“0”，则称为开关量控制。如果逻辑变量或逻辑值取“1”或“0”的组合，也就是两个及以上的“1”或“0”的组合，即称为数字控制。在电气控制系统中，数字量通常用BCD编码表示。开关量控制是数字量控制的最简形式。这样，我们就可以说，电气控制问题实质上就是一个数字逻辑控制问题，逻辑思维方法是电气控制技术的基本方法。显然，对于一个逻辑控制问题的计算模型而言，可以用函数表达，也可以用逻辑关系式来表达。这就是电气控制线路设计的基础。

3.时序逻辑与顺序控制(www.xing528.com)

逻辑控制电路分为组合逻辑控制电路与时序逻辑控制电路。组合逻辑控制电路的特点是输出逻辑状态仅由当前的输入状态决定，而与原先的状态无关，这是最简单的开关量控制。当逻辑控制电路的工作状态值不仅取决于当前各输入信号而且还与原先的工作状态有关时，称为时序逻辑控制电路，在电气控制技术中称为顺序控制。顺序控制电路的输出不仅与输入有关，而且与过去接受输入信号的顺序有关。

传统意义上的顺序控制系统就是一种典型的时序逻辑控制系统，其中包含了信号、动作和步序三个要素。信号通常是一些主令信号或转换信号，如继电器触点、传感器触点等的状态转换信号；动作即状态转换的结果，即逻辑转换；一个步序（工步）或动作或转换信号是最小逻辑单元；最小逻辑单元间的连接就是动作间的转换。步序（工步）即上一个状态转换后到下一个状态转换前的一个工艺过程，在电路图上表现为一段线路或一个元件或设备的运行或停止，从程序角度说，它是一段子程序或梯形图程序的一个或多个梯级。对生产机械而言，受控设备（控制目标）的任一个工步的动作是否执行，取决于前一个工步是否已完成，并输出转换信号。若前一工步的动作未完成，则后一工步的动作无法执行。工步与动作间在逻辑上互锁和联锁，即便转换信号元件失灵或出现误操作，亦不会导致动作顺序紊乱。这是实现逻辑控制系统的基础，也是顺序控制系统的主要特点。

典型的顺序控制系统实例是多段传送带按照时间原则顺序运行。从顺序控制概念上说，顺序控制就是一个设备起动后另一个设备才能按一定的条件或判据起动运行的一种控制方法。常用于主辅机之间、多台设备之间、多段生产线或传送带之间的控制等。例如，有一条由3段传送带组成的生产线，每段传送带由1台异步电动机拖动，工艺要求第1段传送带起动1min后，第2段传送带自动起动；第2段传送带运行30s后，第3段传送带自动起动，3段传送带运行5min后全部停止，或发出状态信号，该状态信号可用于控制其他的装置或系统。这个系统很容易采用继电逻辑控制方法或采用可编程序控制器实现控制。以继电逻辑控制方法为例，根据控制要求，采用时间继电器定时，并用其延时闭合触点控制3个接触器K1、K2和K3的方法实现这3段传送带（3台异步电动机）控制。因为顺序起动时间间隔分别为1min、30s和5min，完成一次循环需要用3个延时定时器T1～T3来完成。具体的控制线路可以设计为：接触器K1与时间继电器T1同时起动，时间继电器T1的延时闭合触点控制接触器K2起动，接触器K2的辅助触点控制时间继电器T2起动，时间继电器T2的延时闭合触点控制接触器K3起动，接触器K3的辅助触点控制时间继电器T3起动，时间继电器T3的延时闭合触点控制3个接触器K1、K2和K3同时断电，其中，使3个接触器K1、K2和K3互锁，以保证3台异步电动机中的任何一台发生故障，整个系统全部停机或不起动。这是一个典型的顺序控制线路或顺序控制的思路。

在工程上，顺序控制的方法应用十分普遍，有相对简单、规范一些的，也有一些十分复杂的，但是，无论简单的还是复杂的顺序控制系统，其基本的控制规律与上述类似，都是按步序组合，根据不同的判据实现的，只是实现的方式、采用的装置不同而已。但是，一个顺序控制系统的设计和应用效果，在很大程度上取决于设计者对被控对象工艺流程的了解和掌握程度、掌握和理解经典控制线路的程度和对控制设备、新型器件和装置的了解程度。能得到成功应用的一个重要原因，就是其线路或应用程序设计得要周密而合理，如什么工况下要转换运行，转换到哪个步骤既安全又经济，一个判据对设备起停全过程有哪些影响，它的有效区有多少步序或动作，等等，这些都需要对工艺流程有深入了解，才能设计出完善的控制方案。再如，注塑机电气控制系统就是典型的顺序控制系统。由工艺分析可得到注塑机的动作流程是：关门→合模→喷嘴前进→注射→保压→预塑→松退→喷嘴后退→冷却→开模→顶出→退针→开门。这就是电气控制系统的设计依据。根据每个流程的信号、动作和步序三个要素，就可以设计出相应的单元电路，然后进行组合，完成设计。

从现代自动化技术角度看，在顺序控制系统中，简单控制只是局部的、或单一的单元控制，整体上已是一种全数字化逻辑控制系统，实现了以可编程序控制器和计算机控制为核心的数字化、网络化控制。