电气控制的逻辑设计
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电气自动化控制系统及设计电气自动化控制系统是指运用电气技术和自动化技术,对生产、工艺过程或设备进行自动控制的系统。
它包括了传感器、执行器、控制器和通信网络等组成部分,通过测量、控制和调节不同的物理量,实现对工业生产过程的自动控制。
在电气自动化控制系统的设计过程中,首先要明确所要控制的对象和目标。
然后对系统的输入输出进行建模,确定需要测量和控制的物理量以及其相互关系。
接下来,根据系统的要求和性能指标,选择合适的传感器、执行器和控制器,并进行接线和安装。
同时,需要设计控制器的参数和逻辑,以及选择合适的控制算法和策略。
在系统的实施和调试过程中,需要进行系统的参数调整和故障排除,确保系统能够正常运行并达到设计效果。
在电气自动化控制系统的设计中,有一些常用的技术和方法。
首先是传感器技术,通过测量和感知物理量的变化,将其转换为可以被控制系统识别和处理的信号。
传感器的选择需要考虑到被测量物理量的特性、精度要求、环境条件和成本等因素。
其次是执行器技术,通过控制执行器的运动和力量,实现对被控对象的控制。
执行器的选择需要考虑到输出力量、运动速度、精度要求和可靠性等因素。
再次是控制器技术,控制器是实现控制算法和逻辑的关键部分。
控制器的选择需要考虑到控制算法的复杂度、控制要求和性能指标等因素。
最后是通信技术,将传感器、执行器和控制器连接起来,实现数据的传输和共享。
通信技术的选择需要考虑到通信速度、通信距离和可靠性等因素。
电气自动化控制系统的设计是一个复杂的过程,需要综合考虑不同的因素和约束条件。
在设计过程中,需要进行系统的建模、参数选择和参数调整,并进行系统的测试和验证。
同时,还需要考虑到系统的可靠性、安全性和可维护性等因素,以及与其他设备和系统的集成和协同工作。
通过合理的设计和实施,可以提高生产过程的自动化程度,提高生产效率和质量,并降低生产成本和能耗。
总之,电气自动化控制系统的设计是一个综合性的工程,需要综合运用电气技术、自动化技术和通信技术等知识,合理选择和配置系统的各个组成部分,并进行系统的参数调整和系统级测试,确保系统能够正常运行并满足设计要求。
电气自动化控制系统及设计一、引言电气自动化控制系统是现代工业生产过程中的关键技术之一,它能够实现对工业生产过程的自动化控制和监测。
本文将详细介绍电气自动化控制系统的概念、设计原则、组成部分以及相关技术。
二、概念电气自动化控制系统是指利用电气设备和自动化技术对工业生产过程进行控制和监测的系统。
它通过传感器、执行器、控制器等设备,实现对生产过程中各种参数的测量、控制和调节,以提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量。
三、设计原则1. 可靠性:电气自动化控制系统的设计应具有高可靠性,能够保证生产过程的稳定运行,防止故障和事故的发生。
2. 灵活性:系统设计应具备一定的灵活性,能够适应不同的生产需求和工艺变化,方便进行调整和优化。
3. 安全性:系统设计应符合相关的安全标准和法规要求,确保生产过程中的人员和设备安全。
4. 高效性:系统设计应具备高效的控制和监测能力,能够实现快速响应和精确控制,提高生产效率和产品质量。
四、组成部分1. 传感器:用于将生产过程中的物理量转换为电信号,如温度传感器、压力传感器、流量传感器等。
2. 执行器:根据控制信号执行相应的操作,如电动阀门、电机驱动装置等。
3. 控制器:负责接收传感器信号,进行数据处理和逻辑判断,生成相应的控制信号,如PLC(可编程逻辑控制器)、DCS(分布式控制系统)等。
4. 人机界面:用于人机交互,显示生产过程的状态信息,接收操作指令,如触摸屏、计算机监控系统等。
5. 通信网络:用于实现控制系统内各个组件之间的数据传输和通信,如以太网、现场总线等。
五、相关技术1. 自动控制技术:包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等,用于实现对生产过程的自动控制和调节。
2. 传感技术:包括温度传感、压力传感、流量传感等,用于实时监测生产过程中的各种参数。
3. 通信技术:包括以太网、现场总线、无线通信等,用于实现控制系统内各个组件之间的数据传输和通信。
4. 数据处理技术:包括数据采集、数据存储、数据分析等,用于对生产过程中的数据进行处理和分析,提取有价值的信息。
电器控制原理规律及电气控制制图规律一.电器操纵原理设计规律分析1.电器常开触点串联当要求几个条件同时具备时,才使电器线圈得电动作,须使几个条件的常开触点串联后再与电器线圈串联。
2.电器常开触点并联当要求几个条件只要有一个具备时,就使电器线圈得电动作,须使几个条件的常开触点并联后再与电器线圈串联。
3.电器常闭触点串联当要求几个条件只要一个具备时,就使电器线圈断电,须使几个条件的常闭触点串联后再与电器线圈串联。
4. 电器常闭触点并联当要求几个条件同时都具备时,才使电器线圈断电,须使几个条件的常闭触点并联后再与电器线圈串联。
5.涉及延时电器常开触点串联当要求几个条件同时具备时,才使电器线圈得电延时动作,须使几个条件的常开触点串联后再与时刻继电器电源输入端串联,而时刻继电器通电延时闭合触点与电器线圈串联。
6.涉及延时电器常开触点并联当要求几个条件只要有一个具备时,才使电器线圈得电延时动作,须使几个条件的常开触点并联后再与时刻继电器电源输入端串联,而时刻继电器通电延时闭合触点与电器线圈串联。
7.涉及延时电器常闭触点串联当要求几个条件只要一个具备时,就使电器线圈延时断电,须使几个条件的常闭触点串联后再与断电延时时刻继电器线圈串联,时刻继电器断电延时断开触点与电器线圈串联。
8. 涉及延时电器常闭触点并联当要求几个条件同时都具备时,才使电器线圈延时断电,须使几个条件的常闭触点串联后再与断电延时时刻继电器线圈串联,时刻继电器断电延时断开触点与电器线圈串联。
9. 要求甲接触器工作时,乙接触器就不能工作,须在乙接触器的线圈电路中串入甲接触器的常闭触点。
10. 要求甲接触器工作后,乙接触器才工作,须在乙接触器线圈电路中串入甲接触器的常开触点。
11. 要求甲接触器停止工作时,乙接触器才工作,须在乙接触器线圈电路中串入甲接触器的常闭触点。
12. 要求甲接触器停止工作时,乙接触器才停止工作,须在乙接触器线圈电路中串入甲接触器的常开触点。
电气自动化控制系统的设计随着科技的不断发展,电气自动化控制系统在工业生产中起着越来越重要的作用。
它可以提高生产效率、降低成本、改善产品质量,从而使生产过程更加智能化、自动化。
在这篇文章中,我们将讨论电气自动化控制系统的设计原则、流程以及相关的技术要点。
一、设计原则电气自动化控制系统的设计需要遵循一些基本原则,以确保系统的稳定性、可靠性和高效性。
1. 系统可靠性:系统的设计应该考虑到各种可能的故障和失效情况,采取相应的措施来保证系统的可靠性,从而避免因单点故障而导致生产线停工。
2. 系统安全性:设计过程中需要考虑到人员、设备和环境的安全,采取相应的安全措施,确保系统的运行不会对任何人员造成伤害,不会对设备和环境造成损坏。
3. 系统灵活性:系统设计应该具备一定的灵活性,能够适应生产线的不同需求和变化,可以方便地进行扩展、升级和改造。
4. 系统成本效益:设计过程中需要考虑系统的成本效益,选择合适的设备和技术,使系统既能满足生产需求,又能控制成本,确保投资能够得到合理的回报。
二、设计流程电气自动化控制系统的设计流程通常包括以下几个阶段:1. 需求分析:在这一阶段,需要与生产部门、设备供应商和其他相关人员进行沟通,了解他们的需求和期望,明确系统的功能要求和性能指标。
2. 方案设计:根据需求分析的结果,进行系统的方案设计,包括系统结构、控制策略、硬件设备和软件编程等内容。
3. 设备选型:在这一阶段,需要根据系统设计方案,选择合适的电气设备,包括PLC 控制器、传感器、执行器、通信设备等,确保设备的性能能够满足系统的需求。
4. 系统集成:将选定的设备进行集成,进行软件编程和调试,确保系统的各个部分能够正常工作,并与生产设备进行无缝衔接。
5. 系统验收:在系统集成完成后,进行系统的验收测试,确保系统能够稳定可靠地运行,满足生产需求。
6. 系统维护:系统投入运行后,需要进行定期的维护和管理,确保系统能够持续稳定地运行,同时及时处理系统中出现的故障和问题。
工程电气控制方案一、引言电气控制作为现代工程中最重要的一部分,负责了工业生产设备和系统的正常运行。
本文将以某工业生产设备的电气控制为例,介绍其控制方案的设计和实施。
二、设备概况该工业生产设备是一台自动化流水线设备,用于生产家具零件。
其主要包括送料系统、加工工序系统、质检系统、包装系统等。
在原有的基础上,需要对其进行电气控制方案的更新和改造,以提高生产效率和稳定性。
三、需求分析1. 提高生产效率。
由于产能需求增加,需要对设备进行改造,以提高生产效率。
2. 提高生产质量。
对设备进行智能化控制,提高产品加工精度和准确性。
3. 降低运行成本。
通过优化电气控制方案,降低设备的运行成本,提高设备的稳定性和可靠性。
四、控制方案设计1. 电气控制系统设计根据设备的功能和工艺需求,设计电气控制系统。
采用PLC控制器作为主控制设备,配合触摸屏操作界面,实现设备的自动化控制。
同时,采用传感器实时监测生产过程中的各项参数,以保证设备运行的稳定性和安全性。
2. 电气元件选型根据设备的电气控制系统设计,选择合适的电气元件。
包括断路器、接触器、继电器、按钮开关、指示灯等,保证设备的电气安全和稳定运行。
3. 电气布线设计根据设备的实际布局和连接需求,设计合理的电气布线方案,将各个电气元件连接在一起,保证设备的电气连接可靠和稳定。
4. 控制逻辑设计根据设备的工艺流程和功能需求,设计合理的控制逻辑。
包括自动送料、加工工序控制、质检过程控制、包装过程控制等。
保证设备能够按照预定的工艺流程自动运行,提高生产效率和质量。
五、实施方案1. 更新设备的电气控制系统,包括PLC控制器、触摸屏操作界面等。
2. 更换设备的电气元件,包括断路器、接触器、继电器等。
3. 对设备进行电气布线,确保各个电气元件之间连接稳定可靠。
4. 根据更新后的电气控制方案,对设备进行调试和测试。
六、实施效果1. 设备的生产效率得到显著提升,每小时加工数量增加20%。
2. 生产质量得到提升,产品加工精度和准确性得到提高。
电气原理图设计的一般原则当电力拖动方案和控制方案确定后,就可以进行电气控制原理图的设计。
电气控制原理图的设计是电力拖动方案和控制方案的具体化。
电气控制原理图的设计没有固定的方法和模式,作为设计人员,应开阔思路,不断总结经验,丰富自己的知识,设计出合理的、性价比高的电气控制原理图。
一般在设计时应遵循以下原则:A、应最大限度地实现生产机械和工艺对控制电路的要求:生产机械和工艺对电气控制系统的要求是电气原理图设计的主要依据,这些要求常常以工作循环图、执行元件动作节拍表、检测元件状态表等形式提供,对于有调速要求的场合,还应给出调速技术指标。
其它如起动、转向、制动、照明、保护等要求,应根据生产需要充分考虑。
出现事故时需要有必要的保护及信号预报以及各部分运动要求有一定的配合和联锁关系等。
生产工艺要求一般是由机械设计人员提供,可能有时所提供的仅是一般性原则和意见,这时电气设计人员就需要对同类或接近产品进行调查、分析、综合,然后提出具体、详细的要求,征求机械设计人员意见后,作为设计电气控制原理图的依据。
另外,在科学技术飞速发展的今天,对电气控制系统的要求越来越高,而新的电器元件和电气装置,新的控制方法层出不穷,如智能式的断路器、软启动器、变频器等。
电气控制系统的先进性总是与电器元件的不断发展、更新紧密地联系在一起的,电气设计人员应不断密切关心电机、电器技术、电子技术的新发展,不断收集新产品资料,更新自己的知识,以便更及时应用于控制系统的设计中,使控制系统在技术指标、稳定性、可靠性等方面得到进一步提高。
B、在满足控制要求的前提下,控制方案应力求简单、经济:(1)尽量选用标准的、常用的或经过实际考验过得电路和环节(2)尽量缩减连接导线的数量和长度设计电气控制原理图时,应考虑到各元件之间的实际接线特别要注意电气柜、操作台和限位开关之间的连接线,如图3-1所示。
如图3-1(a)所示的接线是不合理的,因为按钮在操作台上,而接触器在电气柜内,这样接线就需要由电气柜二次引出接线到操作台的按钮上。
此处先有线圈通电,后才是触电接通 做电工的,都知道星-三角降压启动电路。但只能死记硬背,归咎于经验。就是不知怎样设计出来的。 此教程详解设计过程>>>>>>>>> 下面是从某图册上拷贝下来的线路图:
先从功能开始: 启动线圈: (KM)+ (KMY)+(KT) 运行线圈: (KM) +(KM△)
启动指令: SB1 停止指令: SB2 转换指令: KT 在这里,要理解接触器(继电器)一重要念:其分 线圈 和 触电 两部分,线圈用()表示,且线圈和触电工作是不同步的,有先后之分,请认真体会。 触电接通用 1 表示, 断开用 0 和 ! 表示。 先了解工作过程: SB1 → (KM)+(KMY)+(KT) → KM/ KMY → SB1! → KT → (KMY)! → KMY!
→(KM△) → KM△ → (KT) → KT! → SB2! → (KM)! +(KM△)!
需设计部分! 由于SB1可能会出现误操作,即随机出现 1 或 0 状态,因此用 * 表示。
(KM) 启动:由SB1,由于停止时SB1可能出于ON位,需SB1*SB2 保持:由KM自身触电 断开:SB2 因此需KM*SB2 (KMY)
启动 保持:由SB1 断开 保持:KT! 由于步骤3 →步骤4 从0 →1 且需同KM△!互锁 保持。
(KM△)
启动:由KMY!,由KT确保在此步骤唯一性,需KMY!* KMY! 保持:由KM△自身触电 断开:SB2 因此需KM△*SB2 且需同KMY!互锁 保持。 (KT) 启动 保持:由SB1 断开 保持:KM△!
下面是以上过程的表格化: 步骤 转换 点名称 转换的触 电 SB2 SB1 KT KM KMY KM△ (KM) (KMY) (KM△) (KT)
触电动作前→时瞬间的状态 动作后,线圈的稳定状态
0 原始 停止位 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 启动 SB1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 2 KM/ KMY 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1
电气自动化控制系统及设计(第一篇:概述)一、电气自动化控制系统的基本概念电气自动化控制系统,是指利用电气元件、电子器件、计算机技术、网络通信技术等,对生产过程、机械设备等进行自动监测、控制、调节和保护的系统。
它以提高生产效率、降低劳动强度、保证产品质量、节约能源、改善生产环境为目标,广泛应用于国民经济的各个领域。
二、电气自动化控制系统的主要组成部分1. 控制器:控制器是电气自动化控制系统的核心,负责对整个系统进行指挥、协调和监控。
常见的控制器有可编程逻辑控制器(PLC)、工业控制计算机(IPC)等。
2. 执行器:执行器接收控制器的指令,对生产设备进行操作,如电动机、气动元件、液压元件等。
3. 传感器:传感器用于实时监测生产过程中的各种参数,如温度、压力、流量、位置等,并将这些参数转换为电信号传输给控制器。
4. 通信网络:通信网络将控制器、执行器、传感器等设备连接起来,实现数据传输和共享。
5. 人机界面(HMI):人机界面用于实现人与控制系统的交互,包括参数设置、数据显示、故障诊断等功能。
三、电气自动化控制系统设计原则1. 安全性:在设计过程中,要充分考虑系统的安全性,确保生产过程中的人身安全和设备安全。
2. 可靠性:系统设计应保证在各种工况下都能稳定运行,降低故障率。
3. 灵活性:系统设计要具有一定的灵活性,便于后期升级和扩展。
4. 经济性:在满足生产需求的前提下,尽量降低系统成本,提高投资回报率。
5. 易操作性:系统设计要考虑操作人员的技能水平,使操作简便、直观。
电气自动化控制系统及设计(第二篇:设计方法与技术)四、电气自动化控制系统的设计方法1. 需求分析:在进行系统设计前,要充分了解生产过程的需求,包括工艺流程、设备性能、控制要求等,为后续设计提供依据。
2. 系统方案设计:根据需求分析结果,制定系统方案,包括选择合适的控制器、执行器、传感器等设备,以及确定通信网络和人机界面。
3. 控制逻辑编程:根据生产工艺要求,编写控制程序,实现对设备的自动控制。
电气原理图设计的内容电气设计的基本任务是根据控制要求设计和编制设备制造和使用维修过程中所必需的图纸、资料,包括总图、系统图、电气原理图、总装配图、部件装配图、元器件布置图、电气安装接线图、电气箱(柜)制造工艺图、控制面板及电气元件安装底板、非标准件加工图等,以及编制外购器件目录、单台材料消耗清单、设备使用维修说明书等资料。
电气控制系统设计中,原理图是所有图纸的灵魂,它是设计者构思的体现。
原理图可以反映出电气系统的功能、电气逻辑。
电气原理图是整个设计的中心环节,因为它是工艺设计和制订其他技术资料的依据。
电气控制系统原理设计主要包括以下内容。
1.制订电气设计任务书(技术条件)设计任务书或技术建议书是整个电气控制系统设计的依据,同时又是今后设备竣工验收的依据,因此设计任务书的拟订是十分重要的,必须认真对待。
在很多情况下,设计任务下达部门对本系统的功能要求、技术指标只能给出一个大致轮廓,设计应达到的各项具体的技术指标及其他各项要求实际是由技术部门、用户及设计部门共同协商,最后以技术协议形式予以确定的。
一个电气控制系统的设计,应根据工程需要提出的技术要求、工艺要求,拟订总体技术方案,并与机械结构设计协调,才能开始进行设计工作。
一项机电一体化设计的先进性和实用性是由被控制设备的结构性能及其电气自动化程度共同决定的。
电气设计任务书中除简要说明所设计任务的用途、工艺过程、动作要求、传动参数、工作条件外,还应说明以下主要技术经济指标及要求:(1)电气控制的基本特性要求、自动化程度要求及控制精度;(2)目标成本与经费限额;(3)设备布局、安装要求、控制柜(箱)及操作台布置、照明、信号指示、报警方式等;(4)工期、验收标准及验收方式。
2.选择电气控制方式与电气控制方案电气控制方案与控制方式的确定是设计的重要部分,方案确定以后,就可以进一步选择被控制对象的类型、数量、结构形式及容量等。
例如,电动机选择的基本原则是:(1)电动机的机械特性应满足生产机械的要求,要与被拖动负载特性相适应,以保证运行稳定并具有良好的启动、制动性能,对有调速要求时,应合理选择调速方案;(2)工作过程中电动机容量能得到充分利用,使其温升尽可能达到或接近额定温升值;(3)电动机的结构形式应满足机械设计要求,选择恰当的使用类别和工作制,并能适应周围环境工作条件。
电气自动化控制系统的设计电气自动化控制系统是目前工业控制和自动化领域中比较常用的一种对机器和工厂生产过程进行精确控制的技术手段。
它是指通过计算机、传感器、执行元件等组件对工厂生产过程进行监控、控制、调节等操作,使生产过程更加高效、安全、稳定。
那么,如何进行电气自动化控制系统的设计呢?下面将从以下几个方面进行介绍。
一、确定控制系统类型电气自动化控制系统的类型主要有分散式控制系统和集中式控制系统两种。
前者是指每个控制系统具有独立的控制器和执行元件,而后者则是通过中心电脑完成对整个生产过程的控制。
二、进行硬件选型在进行电气自动化控制系统的设计时,需要根据客户的要求和实际情况来选择适合的控制器、执行元件、传感器等硬件设备。
对于控制器,现在比较常用的有PLC、DCS等,对于执行元件,则有驱动器、伺服电机、电磁阀等。
三、编写程序在确定好控制器型号和设备之后,需要进行程序开发。
程序开发需要根据客户所需的功能,设计合理的流程和逻辑,确保控制系统的正确性、稳定性和安全性。
此外,还需要进行程序的测试与调试,保证程序的正常运行。
四、进行联网和集成为了实现自动化控制,需要对控制系统进行联网和集成,将各个设备之间的数据进行整合,并进行监控、控制和管理。
这需要根据实际情况进行选择和设计,如何连接和传输数据,如何进行数据处理和管理等。
五、进行现场安装调试在完成电气自动化控制系统的设计和编程后,需要对其进行现场安装调试。
此步骤需要根据实际情况进行选择合理的现场布局和线路规划,针对现场环境进行调试和优化,确保控制系统的可靠稳定运行。
六、进行性能测试在上述步骤完成后,需要对电气自动化控制系统进行性能测试,测试各个设备的功能、性能和安全等指标,确保系统的可靠性和稳定性。
总之,电气自动化控制系统的设计是一个复杂的过程,需要从多个方面进行考虑和设计,包括控制系统类型、硬件选型、程序编写、联网和集成、现场安装调试和性能测试等步骤。
只有各方面都做好,才能设计出高效、安全、稳定、可靠的电气自动化控制系统。
第五章 电气控制的逻辑设计逻辑设计是近年发展起来的一种新兴设计方法,它的主要优点就在于能充分应用数学 工具和表格,全面考虑控制电路的逻辑关系,按照一定的方法和步骤设计出符合要求的控 制电路。
用逻辑设计法设计出的控制电路,精炼、可靠。
第一节 电气线路的逻辑表示一、电器元件的逻辑表示为便于用逻辑代数描述电路,对电器元件状态的逻辑表示作如下规定:(1)用K 、KM 、ST 、SB 分别表示继电器、接触器、行程开关、按钮的常开(动合)触头;用 表示其相应的常闭(动断)触头。
(2)电路中开关元件的受激状态(如继电器线圈得电,行程开关受压)为“1”状态;开关元件的原始状态(如继电器线圈失电,行程开关未受压)为“o ”状态,触头的闭合状态为“1”状态,触头的断开状态为“0”状态。
K =1,继电器线圈处于得电状态;K =o ,继电器线圈处于失电状态;K =1,继电器常开触头闭合;K =o ,继电器常开触头断开;K =1,继电器常闭触头闭合;K =o ,继电器常闭触头断开。
从上述规定看出,开关元件本身状态的“1”(线圈得电)、“o ”取值和它的常开触头的‘1”、“o ”取值一致,而和其常闭触头的取值相反。
二、逻辑代数的基本逻辑关系及串、并联电路的逻辑表示在逻辑代数中,常用大写字母A 、B 、C 、…表示逻辑变量。
三、电气线路的逻辑表示 有了上述规定和基本逻辑关系,就可以应用逻辑代数这一工具对电路进行描述和分析。
具体步骤是:以某一控制电器的线圈为对象,写出与此对象有关的电路中各控制元件、信号元件、执行元件、保护元件等,它们触头间相互联接关系的逻辑函数表达式(均以未受激时的状态来表示)。
有了各个电气元件(以线圈为对象)的逻辑表达式后,当发出主令控制信号时(如按一下按钮或某开关动作),可分析判断哪些逻辑表达式输出为“1”(表示那个电器线圈得电),哪些表达式由“1’’变为“o ”。
从而可进一步分析哪些电动机或电磁阀等运行状态改变,使机床各运动部件的运行发生何种变化等。
B S T S M K K 、、、四、逻辑代数的基本性质及应用举例第二节触点电路的化简设计出的逻辑控制电路,特别是用经验法设计出的逻辑控制电路,往往使用了一些多余的电器或触点,降低了电路的经济性和可靠性,有必要将它化简为功能相同的最简化电路。
最简化逻辑电路是指使用电器和触点数量最少、结构最简单的逻辑电量包含若干被控电器的逻辑电路称为多端输出电路。
化简多端输出电路的—般步骤如下(1)列写待化简电路的全部逻辑表达式。
(2)分别将它们化简为最佳化逻辑表达式。
(3)将各最佳化逻辑表达式转换为相应的触点电路。
(4)简化整体电路:合并相同触点组。
化简电路的首要工作是化简逻辑函数。
化简逻辑函数可以使用公式法,也可以使用几何法。
本节将介绍一种对化简和设计触点逻辑电路十分有用的几何法——覆盖法。
一、公式法化简逻辑函数(3)绘制电路图(4)化简整体电路(c)与(a)、(b)相比较,电路的触点大为减少。
合并触点要合理,否则电路的逻辑关系将发生改变。
如图5-4中的(c)不能简化成(d)因两者逻辑关系不相同。
二、覆盖法化简逻辑函数逻辑函数由逻辑变量经与、或、非运算组成。
覆盖法用若干相互平行的线段分别表示逻辑变量,将其投影到坐标轴上,在一维空间内作交、并、补运算,用得到的集合去覆盖函数在坐标轴上的投影,故称覆盖法。
它与韦恩图类似,不同之处在于韦恩图是用平面图形表示变量和函数,而覆盖法仅取一维空间,因此使用更方便。
覆盖法可以用于化简逻辑函数、证明逻辑代数公式。
设计组合电路时,常用覆盖法出电路的逻辑表达式。
上述对逻辑函数f化简的一般方法,亦可作为对吸收定理公式的证明。
同样方法,可以证明逻辑代数中的其它公式。
但用这样的方法化简逻辑函数,因规范性差,使用欠方便。
借助函数真值表,可以使覆盖法化简逻辑函数的工作规范化,应用更方便。
(一)变量真值表及最小项1、n个变量的最小项个数n个变量可能出现的取值状态的集合称为n个变量的真值或全值。
由它们排成的表格称为n个变量的真值表或全值表。
每个变量有两种互补的取值状态,n 个变量就有2n种可能出现的取值状态。
用变量真值表中的每一行填写n个变量的一种取值状态(变量真值)。
表中真值通常按二进制数顺序排列,表5-2示出A、B、C三个变量的真值。
2、真值表在n个变量的真值表中,用原变量代替该变量的取“1”状态,反变量代替其“0”状态,按行分别组成“与”函数,这些“与”函数分别称为n个变量逻辑函数的最小项。
如表5—2右侧所示。
最小项是变量数确定的逻辑函数的最小单位。
每个最小项只有在所有变量都符合某种特定取值状态下才能取“1”值。
例如,表5—2中的最小项ABC只有在变量A、B、C同时取“1”值的条件下才能取“1”值,除此条件外,都不能取“1”值。
但一个任意的逻辑函数取“l”值的条件就不限于一种了。
例如逻辑函数f=AB+AB,f取“1”值的条件为:A =1,B=0或A=0,B=1。
3、逻辑函数的数学及物理意义任意一个逻辑函数的数学意义是:数目确定的变量在所有符合规定的取值情况下,经逻辑运算后,函数均取“1”值。
逻辑函数的物理意义可以这样理解:一个逻辑函数取“1”值,就意味着这个函数对应的逻辑电路中被控电器通电。
而符合规定的各种变量取值情况则是函数取“1”值的条件。
’这种条件不能不存在,也不能没有限制。
如果变量在任何取值情况下函数都不能取“尸值(即函数取“尸的条件不存在),就相当于被控电器永远不能通电;若变量在任何取值情况下均取“1”值(即没有条件限制),就相当于被控电器恒被接通。
这两种情况都使电路失去了控制作用。
只有当变量的取值情况符合规定条件时函数才能取“1”值,.这样的逻辑函数才有意义,相应的逻辑电路才有正确的控制作用。
(二)真值表覆盖化简法覆盖化简法不仅适用于完全真值表,也适用于不完全真值表。
用真值表覆盖法化简逻辑函数比用卡诺图简单,特别是变量个数多、真值表不完全时,其优点更为突出。
1.完全真值表覆盖化简法包含了组成函数的变量和函数的全部取值状态的表格称为函数真值表或全值表。
函数真值表有一个重要特征即从变量取值状态集合中的一种情况到函数取值状态集合中的某种情况,呈单值对应(映射)关系。
为了便于利用真值表进行覆盖法化简,将真值表中格子内的“1”用顶格线段表示,格子内的“o”则略去。
用表示变量取“1”值的线段组成适当的夺、并-补隼妻藉羔嘉示甬龄取“1”信的线段,便可得到函数化简后的逻辑表达式。
【例5】P1052.不完全真值表覆盖化简法只包含逻辑表达式中变量及函数的部分取值状态的表格称为函数的部分真值表(不完全真值表)。
在电路的逻辑设计中遇到的绝大部分属于不完全真值表。
表中变量的取值状态由信号元件和中间记忆元件的取值状态决定,通常也不按二进制顺序排列;函数的取值状态由设计中的具体要求确定。
用覆盖法化简不完全真值表中的逻辑函数,可以不考虑禁止项的影响,也不必使用手续繁杂的阻塞措施,化简方法与完全真值表覆盖化简法相同。
【例6】P107化简后:三、桥形(H形)触点电路(1)公式法和几何法的优劣以单端输出电路为例,讨论用电路图化简法化简逻辑电路的一种特殊情况——将Ⅱ形触点电路化简为桥形(H形)触点网络。
用公式法或几何法化简单端输出的逻辑电路时,就化简前、后电路的形式看,它们都属于由触点串、并或混联组成的Ⅱ形电路。
如果单端输出的Ⅱ形电路是由最佳化逻辑表达式做出,就不能再指望用提公因式的办法合并相同触点。
但是,当它符合某种特定条件时,还可以通过电路图化简法继续化简。
例如有一逻辑函数,其逻辑表达式为后面两个逻辑表达式已经是最佳化逻辑表达式。
由以上三个逻辑表达式直接给出的电路分别如图5—7(a)~(c)所示。
(2)最佳逻辑表达式与最佳电路由最佳化逻辑表达式直接给出的电路一定是最佳化电路吗不一定。
例如,图5—7(b)电路就可以通过电路图化简法继续化简,其化简过程可用图5—8(a)~(c)说明。
首先按图5—8(a)中所示虚线将点2与点3及点1与点4分别相连,这样,就可将图5—8(a)转化为图5—8(b)电路;然后分别合并图5—8(b)电路的那些自相并联的相同触点B、C和E,最后得到图5—8(c)所示的桥形触点电路。
按接通线圈f的不同通路,可写出图5—8(c)桥形电路的逻辑表达式:可见,图5—8(c)所示桥形触点电路与图5—7(a)~(c)所示П形电路逻辑功能完全相同,但所使用的触点比П形电路少得多。
桥形触点电路是相同逻辑功能电路中的最简化电路。
(3)小结上面的例子说明,由最佳化逻辑表达式直接作出的触点电路不一定是最简化电路。
因此,在化简逻辑电路时,不仅需要用代数法或几何法进行化简,而且还可以通过电路图化简法进一步化简电路。
电路图化简法不仅适用于单端输出电路,也适用于多端输出电路。
但不论哪一种电路,都必须满足化简前后逻辑功能完全相同(或等效)的前提条件,即化简前后电路的逻辑表达式应相同(或在一定条件下经逻辑运算后得到的逻辑表达式相同)。
应该指出,虽然电路图化简法是一种普遍适用的方法,但不是所有的逻辑电路都可以通过这种方法化简为桥形触点电路,只有符合特定条件的11形触点电路才可以化为桥形触点电路。
例如,图5—7中所示的那些电路都可以通过电路图化简法直接化为桥形电路。
第三节组合电路与时序电路逻辑电路分为组合电路与时序电路两类。
一、组合电路电路的工作状态只取决于当时各输入信号取值状态的逻辑电路称为组合电路。
电路的工作状态是指电路中各被控电器的取值状态。
图5—9示出两个组合电路和它们的真值表。
1、电路的工作状态与变量的取值顺序无关例如在图5—9(b)所示电路中,当输入信号的取值状态为X1=1,X2=1时,必有f1=1、f2=1的电路工作状态;当X l=1,X2=0时,必有f1=1、f2=0等等。
即变量的每一种取值状态都只能决定(单值对应于)电路的一种稳定工作状态,而与变量X1、X2取“0”、“1”值的先后顺序及电路原先的工作状态无关。
2、组合电路的特点:(1)任何情况下,输入信号的任意一组取值状态都能严格地确定电路的一种稳定工作状态,而与输入信号到达的先后顺序及电路原先的工作状态无关,即符合函数真值表的性质特征。
因此,组合电路中函数与变量的状态关系可以用真值表表示。
(2)电路某种稳定工作状态的持续时间与相应输入信号的持续时间一致。
为了保证电路能保持较长时间的稳定工作状态,输入信号需使用长信号。
例如,通常使用具有机械保持作用的扳把开关、行程开关等作信号元件。
由于组合电路中函数与变量的状态关系可以用真值表表示,所以组合电路的设计并不困难。
可以根据设计要求作出函数真值表,用代数法或几何法求解并化简逻辑函数,从而设计出符合要求的组合电路。
用真值表覆盖法求解逻辑函数,兼有求解和化简的双重功能,设计中经常使用它。