從另一視角分析自動往返行車控制電路的工作狀態(tài)

許 惠 萍

(福建化工學(xué)校，福建 廈門 361022)

以前學(xué)習繼電器控制電路，常利用各開關(guān)狀態(tài)及其關(guān)系分析繼電器得電失電分析其工作原理，但當支路多、繼電器多、關(guān)聯(lián)復(fù)雜時分析起來難度很高，特別是中等職業(yè)學(xué)校學(xué)生就很費勁了，查找故障難度更大。如果將電路的所有狀態(tài)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換及狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件，利用圖解的方法表達出來，不僅對學(xué)生理解電路工作狀態(tài)、電路維修非常有幫助，而且還能發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計缺陷。下面以自動往返行車控制電路為例講解得到狀態(tài)圖的方法，電路見圖1。

1 繼電器電路邏輯分析

在繼電器控制電路中各控制元件具有以下特性：

按鈕開關(guān)(無自鎖)：開關(guān)狀態(tài)只由按下、松開的動作決定，與作用前開關(guān)狀態(tài)無關(guān)，無記憶功能。

按鈕開關(guān)(帶自鎖)：每按一次，觸點通斷交替一次；按下按鈕后是通還是斷跟上一次狀態(tài)有關(guān)，它是一個T觸發(fā)器。

接觸器、中間繼電器等繼電器：通電總是吸合，斷電總是釋放，與作用前狀態(tài)無關(guān)。它無記憶功能，但通過它實現(xiàn)自鎖、互鎖時，其輔助觸點對繼電器(輸出)又有控制作用，即出現(xiàn)了反饋，一般有記憶功能。

熱繼電器：在自動復(fù)位時，它是一個單穩(wěn)態(tài)電路，過流動作是它的觸發(fā)信號(復(fù)位前看成有記憶，復(fù)位后看成無記憶)；在手動復(fù)位時，它是雙穩(wěn)態(tài)電路，過流為置1信號，手動復(fù)位為置0信號。

邏輯代數(shù)是分析條件與結(jié)果之間的對應(yīng)關(guān)系。構(gòu)成條件(輸入)與結(jié)果(輸出)的變量都應(yīng)該是邏輯變量，只能有兩種取值。在繼電器邏輯控制電路中，我們把線圈看成輸出；電源之間控制線圈動作的觸點及其組合是接觸器(繼電器)線圈動作的條件(輸入)，既然是邏輯問題，就可以借助邏輯代數(shù)來分析。

行車動作是由KM1/KM2控制的，控制邏輯由二次回路決定，行車控制二次回路，如圖2。

根據(jù)二次回路結(jié)構(gòu)，列出控制回路的狀態(tài)方程(1)：

(1)

注：繼電器上標有n+1表示繼電器的次態(tài)，標有n的表示繼電器的現(xiàn)態(tài)

(2)

這個方程可以用EWB電子線路分析軟件的邏輯分析，也可以用電子表格EXCEL軟件計算狀態(tài)表, 并利用排序功能簡化狀態(tài)非常方便。具體步驟如下：

第一步：方程(2)涉及到4個輸入變量SB2、SB3、SQ1、SQ2，兩個接觸器的現(xiàn)態(tài)KM1n、KM2n，在時序電路中也作為輸入共有6個輸入量在EXCEL占6列，共有26=64輸入組合，分別從000000到111111賦值，在次態(tài)列KM1n+1、KM2n+1用EXCEL邏輯計算表達方式，按方程(2)計算次態(tài)邏輯值見表1狀態(tài)計算表。

表1 狀態(tài)表計算

第二步：把表1中開始列左側(cè)插入兩列，將第KM1n+1、KM2n+1所在列的FALSE、TRUE分別用0、1替換。在第一列用EXCEL中字符合并計算式將KM1n、KM2n列合并，在第二列用字符合并計算式將KM1n+1、KM2n+1列合并，見表2狀態(tài)表整理。

表2 狀態(tài)表整理

第三步：為了更好更快地找到簡化的狀態(tài)表，選中全表(除標題欄)對第一列升序排序，第一列共有4個值00、01、10、11；把第一列值相同的作為一塊得到00塊、01、10、11塊，在每個塊內(nèi)對第二列進行排序，再把同塊第二列值相同的進行開關(guān)組合的邏輯合并得到簡化狀態(tài)表(見表3)。

表3 簡化狀態(tài)圖

第四步：為了更加直觀，將狀態(tài)表用狀態(tài)圖形式畫出，為了邏輯更加清晰，把同一張狀態(tài)圖拆分成兩張，一張為正常狀態(tài)如圖3；一張為異常狀態(tài)圖4。

2 狀態(tài)分析

(1)在按停止按鈕或電動機過載熱繼電器動作(即F=0)時，不管行車原來處于什么狀態(tài)都進入停止狀態(tài)。

(2)在不按停止按鈕，熱繼電器無動作(電動機無過載)時,按狀態(tài)圖行號順序敘述如下：

①00塊代表兩個接觸器都失電，即停機狀態(tài)，在什么條件下會進入什么狀態(tài)？

1)第一行為停機狀態(tài)：KM1n、KM2n(下稱現(xiàn)態(tài))為00(停機)，條件SB2 SB3 SQ1 SQ2為0000，4個開關(guān)都不動作，KM1n+1、KM2n+1還是00(下稱次態(tài))，即一直維持停機狀態(tài)，在剛開啟電源時就是處于這種狀態(tài)，或停機后不按左、右行開關(guān)，SB2 SB3，行程開關(guān)SQ1 SQ2也不動作。就是處于這種狀態(tài)。

2)第二行到達左極點后右行狀態(tài)：現(xiàn)態(tài)00，次態(tài)01(即KM1失電、KM2得電)行車右行，第二行是指SB2 SB3 SQ1 SQ2=××10，即只要左極限SQ1動作，SQ2不動作，SB2 SB3不管什么動作都是右行狀態(tài)。處于正常狀態(tài)。

3)第三行為強制右行狀態(tài)：現(xiàn)態(tài)00，次態(tài)01，SB2 SB3 SQ1 SQ2=0100即行車不在左右極點上，只按右行按鈕SB3時，右行。由于人工調(diào)整行車位置的操作狀態(tài)。

4)第四行到達右極點后左行狀態(tài)：現(xiàn)態(tài)00，次態(tài)10，即KM1得電、KM2失電行車左行，第二行是指SB2 SB3 SQ1 SQ2=××01，即只要右極限SQ2動作，SQ1不動作，SB2 SB3不管什么動作，行車都是左行狀態(tài)。處于正常狀態(tài)。

5)第五行為強制左行狀態(tài)：現(xiàn)態(tài)00，次態(tài)10，SB2 SB3 SQ1 SQ2=1000即行車不在左右極點上，只按左行按鈕SB2時左行。由于人工調(diào)整行車位置的操作狀態(tài)。

6)第六行故障停車：現(xiàn)態(tài)00，次態(tài)00 ，SB2 SB3 SQ1 SQ2=××11，SB2 SB3不管怎么按，但由于左右限位開關(guān)同時動作造成無法開車，這為我們查找故障提供依據(jù)，這是狀態(tài)表的(圖)優(yōu)勢。

7)第七行為異常狀態(tài)：現(xiàn)態(tài)00，次態(tài)11，SB2 SB3 SQ1 SQ2=1100即行車不在左右極點，同時按下SB2 SB3按鈕時兩個接觸器會同時動作，導(dǎo)致電源涌過接觸器電路；這是違章操作，在擬操作規(guī)程時左禁止項，或電路改進SB2 SB3也加入互鎖；這也是列狀態(tài)表的(圖)優(yōu)勢，能發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計缺陷，找到改進辦法。

可見前面5行是正常狀態(tài)，第6、7行是異常狀態(tài)。

②01塊，正在右行的行車下面會進入什么狀態(tài)呢？

1)第八行行車到達右極點停車狀態(tài)：現(xiàn)態(tài)為01即正在右行，下個狀態(tài)為00，即右行后進入停車，條件SB2 SB3 SQ1 SQ2=×××1，只要行車到達右極點SQ2動作，行車就停車，這是正常、合理狀態(tài)。

2)第九行右行維持狀態(tài)：現(xiàn)態(tài)為01，次態(tài)還是01，保持右行，SB2 SB3 SQ1 SQ2=×××0即在右行時只要右極點行程開關(guān)SQ2不動作，行車一直右行，這正常狀態(tài)，要停機只能按停車按鈕SB1了。這對我們編寫操作規(guī)程很實用。

③10塊，正在左行的行車又會進入什么狀態(tài)呢？

1)第十行到達左極點停車狀態(tài)：現(xiàn)態(tài)為10即正在左行，下個狀態(tài)為00，即左行后進入停車，條件SB2 SB3 SQ1 SQ2=××1×，只要行車到達左極點SQ1動作，行車就停車，這是正常、合理狀態(tài)。

2)第十一行左行維持狀態(tài)：現(xiàn)態(tài)為10，次態(tài)還是10，保持左行，SB2 SB3 SQ1 SQ2=××0×即在左行時只要左極點行程開關(guān)SQ1不動作，行車一直左行，這正常狀態(tài)，要停機也只能按停車按鈕SB1了。這在我們編寫操作規(guī)程時需注意。

④11塊，兩個接觸器同時動作，造成電源電路，電路毫不猶豫地停止運轉(zhuǎn)。

第十二行現(xiàn)態(tài)為11，次態(tài)是00，條件是SB2 SB3 SQ1 SQ2=××××，出現(xiàn)KM1、KM2為11，即兩個接觸器同時動作幾乎是不可能發(fā)生的事情，但萬一發(fā)生，SB2 SB3 SQ1 SQ2不管是什么狀態(tài)，都立即進入停機狀態(tài)，這是必須的。

3 狀態(tài)圖用于故障分析

例：行車右行無法停止，經(jīng)過限位開關(guān)還不能停止。

這里雖然簡單，但以此為例只是介紹方法?，F(xiàn)態(tài)為右行即01，從狀態(tài)圖第八第九行可知，它只有兩個次態(tài)：一個是停車，條件為SB2 SB3 SQ1 SQ2=×××1；另一個是繼續(xù)右行，條件是=×××0，正常右行到右極點碰到SQ2時要轉(zhuǎn)入停車的，對應(yīng)條件，SB2 SB3 SQ1 SQ2=×××0轉(zhuǎn)×××1。對照兩個條件，問題是SQ2不能從0變?yōu)?。這里檢查對象應(yīng)該是SQ2，看看是壞了，還是安裝問題導(dǎo)致行車無法使SQ2動作。

綜上所述，狀態(tài)圖不但可以幫助學(xué)生掌握狀態(tài)變化全貌及其轉(zhuǎn)換的條件，還能發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，設(shè)計操作規(guī)程，還能為排除故障提供依據(jù)。對學(xué)生學(xué)習繼電器控制回路、學(xué)習邏輯代數(shù)應(yīng)用，以及對企業(yè)維修人員都有較高的參考價值。

參考文獻：

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