Элементы релейно-контакторного управления и защиты

5.1 Булевы функции.

В анализе и синтезе контактных схем используются булевы переменные. Переменная называется булевой, если она может принимать только два значения, которые обозначают .

Булевой функцией называется двузначная функция от двузначных аргументов:

Пример, в котором появляются булевы функции. Составным элементом нервной системы является нейрон. Это устройство предназначено для того, чтобы не пропускать слабые возбуждения и передавать достаточно регулярные и сильные.

Одна из моделей нейрона. Нейрон N имеет n входов, по которым в некоторый момент времени t могут поступать или не поступать возбуждения Если в момент t более h входов возбуждены, на выход нейрона поступает возбуждение, в противном случае оно не поступает. Обозначим входы нейрона x1,…,xn. Будем говорить, что вход xi принимает значение 0 в момент t, если он не возбужден в этот момент, и значение 1, если xi возбужден в момент t. Состояние выхода Ah(x1,…,xn) однозначно определяется соотношением входов и числом h. Будем считать

Если считать, что 0-«Л», а 1-«И», то булева функция становится истинностной функцией, а соответствующие логические операции

PQ

Основные булевы функции:

отрицание

конъюнкция

дизъюнкция

Отнесение булевых функций

.

Простое представление логических элементов с помощью релейных эквивалентов

С помощью логических элементов довольно легко реализуются функции алгебры логики, которая является костяком устройств автоматики и вычислительных машин. Логические элементы могут реализовываться огромным количеством способов в зависимости от надобности и состоять из полупроводниковых, релейных, интегральных, пневматических и других элементов и схем.

Между величинами, входящими и выходящими из логического элемента, существует определенная зависимость, которая называется функциональной и обозначается как y = f(x) для устройств с одной переменной и как y = f(x1, x2) для устройств с двумя переменными величинами. В этой записи Х называют независимую переменную или аргумент, а Y – зависимая переменная, так как ее значение напрямую зависит от значения аргумента Х.

Ниже показана таблица логических элементов и эквивалентных им положений контактов реле:

Функция повторения

Реализуется логическим элементом повторителем (пункт 1 в таблице). Повторитель можно сравнить с нормально открытым контактом реле. При открытом контакте Х=0 и, соответственно Y=0, то есть цепь находится в непроводящем состоянии, а при закрытом наоборот Х=1 и Y=1, то есть цепь находится в проводящем состоянии.

Функция отрицания

Реализует данную функцию логический элемент НЕ или как его часто называют – инвертор (пункт 2 в таблице). Его сравнивают с нормально закрытым контактом реле, когда при отсутствии напряжения на катушке управления (Х=0) его контакт находится в проводящем состоянии (Y=1). При подаче напряжения на катушку (Х=1) контакт размыкается и разрывает цепь (Y=0).

Функция логического сложения

В схемотехнике носит название дизъюнкция или функция ИЛИ (пункт 3 в таблице). Реализуема эта функция логическим элементом дизъюнктором. Суть данной операции заключается в логическом суммировании входных сигналов X для получения результирующего сигнала на выходе Y. Описывается данная зависимость простой формулой X1 + X2 = Y. Вот примеры – 0+0=1, 1+0=1,0+1=1,1+1=1. На примере обычного реле – это два параллельно подключенных нормально разомкнутых контакта. Если один контакт разомкнут, то проводимость цепи обеспечит второй, замкнутый контакт. Для того что бы цепь оказалась разорванной, необходимо разомкнуть оба контакта.

Функция логического умножения

В схемотехнике носит название конъюнкция или функция И (пункт 4 в таблице). Реализует ее специальный логический элемент – конъюктор. Данная функция – логическое перемножение сигналов:

Если сравнить с реле – то это два последовательно включенные нормально открытые контакты. А при таком подключении контактов реле проводимость можно получить только в случае, когда оба контакта замкнуты.

Функция равнозначности

Имеет следующий вид — X1≡X2 = Y или в виде логических символов: 0≡0 =1; 1≡0 = 0; 0≡1 = 0; 1≡1 = 1.

Значения 1 будет только при условии, что X1 = X2. Эквивалентом в релейной схеме будет два последовательно включенных переключающихся контакта (пункт 5 в таблице).

Симулятор – конструктор электронных схем “Начала электроники”

Существует очень интересная программа, которая представляет собой несложный симулятор для демонстрации работы электрических схем и работы измерительных приборов. Удобство его не только в наглядности, но и в том, что интерфейс на русском языке. Она позволяет смоделировать на макетнице очень простые принципиальные схемы. Называется программа “Начала электроники”. Ссылка на нее внизу страницы, видео канала Михаила Майорова.

Программа работает, начиная от Windows 98 и заканчивая Windows 7. Интерфейс выглядит следующим образом.

Внизу располагается чертеж печатной платы, но для нас наибольший интерес представляет панелька с макетной платой. Наверху кнопки управления: загрузить схему из файла, сохранить схему, очистка макетной платы, получить мультиметр, получить осциллограф, показать параметры деталей, состояние деталей, справочник, (кратко изложены понятия об электричестве), небольшой список лабораторных работ для самостоятельного их проведения, инструкция по пользованию симулятором, информация об авторах, выход из программы.

На видео о том, как работает симулятор цепи.

Что можно собрать на симуляторе схем?

На этом простом симуляторе можно собрать много интересных вещей. Для начала давайте смоделируем обычный фонарик. Для этого нам потребуется лампочка, две батарейки и, естественно, все это надо будет соединить перемычками. Ну и какой же фонарик без выключателя и лампочки?

Двойным щелчком вызываем окно параметров батарейки. На появившейся вкладке видим напряжение, внутреннее сопротивление, показывающее ее мощность, миниполярность. В данном случае батарейка вечная.

Когда схема собрана, нажимаем два раза выключатель и лампочка почему то сгорает. Почему? Суммарное напряжение последовательно соединенных батареек 3 вольта. Лампочка по умолчанию была на 2,5 вольта, поэтому и сгорела. Ставим 3-вольтовую лампочку и снова включаем. Лампочка благополучно светится.

Теперь берем вольтметр. Вот у него загораются “ладошки”. Это измерительные щупы. Давайте перенесем щупы к лампочке и поставим измерение постоянного напряжения с пределом 20 Вольт. На мониторе показывает 2,97 вольта. Теперь попробуем измерить силу тока. Для этого берем второй мультиметр. Прибор, подсоединенный в схему, показал почти 50 миллиампер.

Практически как на настоящем мультиметре, можно измерить множество параметров. Есть также в симуляторе осциллограф, у которого даже регулируется яркость луча. Кроме того, есть реостат, можно двигать движок. Есть переменный конденсатор, шунты, нагревательная печка, резисторы, предохранители и другое. К сожалению, в данном симуляторе нет транзисторов. Конструктор электрика отлично подходит для начала изучения основ электроники.

Выводы по программе “Начала электроники”

Для начинающих радиолюбителей это просто замечательная программа, простая и написанная на русском языке, на которой можно научиться многим операциям со схемами, мультиметром и осциллографом. Пригодится она и для разработки оптимальных решений для электрических плат. программу “Начала электроники”

Для продвинутых задач нужны другие программы, которые также есть в интернете. Одна из популярных – Workbench Electronic.

Логический элемент «НЕ»

Логическое «НЕ», или «инверсия», представляет собой элемент, который изменяет входной сигнал на противоположное состояние. Если на входе присутствует логическая «1», то на выходе будет логический «0», и наоборот, если на входе «0», то на выходе будет «1». На рис. 3 приведена схема реализации обработки сигналов с помощью реле KL, а также логический элемент «НЕ», который логически повторяет схему.

Очень часто логический элемент «НЕ» не обозначается на схемах как отдельный самостоятельный элемент, а указывается его сокращенное обозначение. На рис. 4 приведен пример логической схемы с элементом «И» и элементом «НЕ» на входе KL2.

Элемент «НЕ» обозначен как круг на входе KL2. Такое обозначение может встречаться на различных элементах, причем как на входе сигнала, так и на выходе. Такое сокращенное обозначение элемента «НЕ» очень часто применяется в логических схемах. Если вы только начинаете учиться читать такие схемы, рекомендую дорисовывать на входе элемент «НЕ» (как показано на рис. 5), так будет проще анализировать элемент «И» и элемент «НЕ».

Логические элементы «И», «ИЛИ», «НЕ» являются основными «рабочими лошадками» схем, и поэтому их надо хорошо понимать и правильно называть.

Элементы «И» и «ИЛИ» обычно называют, указывая количество входных сигналов: если элемент «ИЛИ» имеет 2 входа, то «2-ИЛИ» (произносится «два или»), если элемент «И» имеет 4 входа, то «4И» (произносится «четыре и»).

Если же на входах или выходах элемента «И» и «ИЛИ» выполнена инверсия (рис. 4), то обозначение инверсии присоединяют к имени элемента в начале для входа и в конце — для выхода. Т.е. элемент, показанный на рис. 4, имеющий 4 входа, можно назвать «4-НЕ-И» (произносится «четыре не и»), но чаще применяют просто «4-И» (т.к. из названия не ясно, на каком именно входе выполнена инверсия). Если инверсия выполнена на выходе элемента «И» с тремя входами, то такой элемент называют «3-И-НЕ» (произносится «три и не»).

Рис. 3. Логическое «НЕ» Рис. 4. Логические элементы «И» и «НЕ
Рис. 5. Логические элементы «И» и «НЕ

Creately

Очень гибко настраиваемый сервис с сотнями шаблонов и тысячами примеров от самих пользователей. Диаграммы, графики, блок-схемы – здесь найдутся образцы для всего. Кроме прочего, многие элементы «умные» и сами подстраиваются под общий стиль блок-схемы или диаграммы, даже под цветовую гамму. Работать над проектом можно командой в реальном времени, есть возможность комментирования, просмотра истории изменений. Интеграция с Chrome и GSuite тоже является несомненным плюсом.

Работать с Creately можно не только через браузер, есть приложения на ПК и смартфон. Стоимость лицензии – $5 в месяц или $75 бессрочно с каждого пользователя. Но это того стоит.

Самая популярная программа для создания принципиальной электрической схемы на Mac Windows и Linux

Компоненты продемонстрируются в 3D в их реальной форме. В первой нет возможности сохранить и распечатать нарисованную схему.
Распространение: Freeware бесплатная с ограничениями и Shareware платная Подробнее Kicad САПР сквозного проектирования, позволяющая создавать профессиональные электрические схемы и разрабатывать для них печатные платы.
DoCircuits : Хотя она оставляет людям первое впечатление от путаницы о сайте, но она дает много примеров о том, как работает программа, можно видеть себя на видео «будет начать в пять минут». Программа свободно распространяется и полностью на русском языке.
Для подключения еще одной библиотеки нужно нажать кнопку «Создать», потом указать путь к библиотеке и ее название. Эти симуляторы электроцепи, которые я предлагаю, не нужно быть загружен в компьютере, и они могут работать непосредственно с веб-сайта. В ней можно не только нарисовать принципиальную электрическую схему, но и блок-схемы и многое другое. Если там чего-то нет, можно добавить свои элементы.
Вывод: в основном эта программа подходит для студентов и начинающих радиолюбителей. Допускается одновременная работа с несколькими проектами, путем их открытия в отдельных вкладках. Вроде все неплохо, но у D Circuits есть серьезные недостатки. Процесс создания схемы стандартный — перетаскиваем из библиотеки нужные элементы на поле, разворачиваем их в требуемом направлении и устанавливаем на места.

Полезные ссылки

Скачать Eagle Dip Trace Dip Trace представляет собой набор нескольких редакторов и меню, в которых выполняются различные процессы с электрическими схемами. DoCircuits 5. Как создать принципиальную электрическую схему Создать принципиальную электрическую схему при помощью готовых символов и изменить её в нужный Формат через 1 нажатии. PartSim электронный симулятор схемы онлайн.

ПО состоит из модулей: Schematic для создания многолистовых многоуровневых схем с встроенным простейшим симулятором и PCB Layout. Мощная CAD-программа для разработки схем и печатных плат. Интерфейс бесплатной программы для рисования схем ProfiCAD Профикад Принцип работы простой: в поле слева находим нужный элемент, перетягиваем его в нужное место схемы, поворачиваем в требуемое положение.

По завершении создания проекта выбирается крышка щита. Программа имеет многочисленные настройки, которые требуют в начале подробного изучения, но в дальнейшем сильно облегчают работу. XCircuit — простой редактор с минимумом функций Язык приложения — английский, программа не воспринимает русские символы. В общем, довольно удобна программа при помощи которой легко нарисовать схему электроснабжения, проставить наименование элементов и номиналы. Электрики свободно смогут создавать здесь схемы и чертежи с помощью встроенных инструментов.
Программа для рисования электрических схем

https://youtube.com/watch?v=M5hdSufyuxA

Логический элемент RS-триггер

Триггер (или «защелка») представляет собой элементарную ячейку памяти. Триггер кардинально отличается от рассмотренных ранее логических элементов тем, что его выходной сигнал зависит не только от входных сигналов в данный момент времени, но и от его собственного предыдущего состояния.

Существует большое количество разнообразных триггеров. Рассмотрим наиболее распространенный тип триггера — RS-триггер, применяемый в микропроцессорных блоках релейной защиты.

Логический элемент RS-триггер представляет собой элемент, который изменяет свое состояние: по сигналу «S» (Set — установить) — переходит в единицу, по сигналу «R» (Reset — сбросить) — в ноль. При подаче «1» на вход «S» на выходе будет «1», при подаче «1» на вход «R» на выходе будет «0».

Если на входы «S» и «R» ничего не подано (т.е. поданы нули), то выход триггера сохранит свое предыдущее состояние.

Остается два вопроса: что будет, если подать единицы одновременно на «S» и на «R», и какое состояние имел триггер в первый момент времени, т.е. при включении блока? Однозначного ответа на эти вопросы нет.

Первый вопрос называется «приоритет». Может быть «приоритет по S» (триггер «взведется», «встанет в единицу») и «приоритет по R» (триггер «сбросится», «обнулится»).

Второй вопрос называется «начальное состояние». Оно может быть «нулевое», может быть «единичное», а еще может быть энергонезависимое (которое запоминается и восстанавливается после включения блока). Энергонезависимое начальное состояние обычно устанавливают «нулевое», хотя возможны варианты.

Оба эти вопроса влияют на работу схемы, и варианты решения выбираются разработчиком обдуманно, в зависимости от того, что реализуется.

Как же узнать, какой именно триггер применен в схеме? Во-первых, надо посмотреть внимательно на его условное обозначение. Часто обозначение приоритетного входа выделяют особо (скобками или шрифтом), а начальное состояние записывают символом в нижней части графического обозначения («0», «1» или «M» — для энергонезависимого, от Memory — память). Если таких особых обозначений нет, то следует уточнить работу триггеров конкретного производителя в приложении к руководству по эксплуатации (как правило, приложение называется «Элементы функциональных схем»). На рис. 6 приведена схема реализации обработки сигналов с помощью реле KL, а также логический элемент RS-триггер, который логически повторяет схему.

Следует отметить, что данная схема определяет триггер «с приоритетом по R» и нулевым начальным состоянием: при наличии на входах KL1 и KL2 логических «1» на выходе будет логический «0».

Рис. 6. Логический элемент RS-триггер

Гистерезис

Второй способ – гистерезис, позволяет ещё сильнее уменьшить количество переключений реле и даже избавиться от опроса по таймеру, что повышает реакцию системы на изменения, сохранив при этом хорошую устойчивость к помехам. Гистерезис разделяет установку на две, чуть меньше и чуть больше, на размер окна гистерезиса.

Логика работы такова, что мы включаем реле на нагрев ниже нижней линии, и выключаем только выше верхней. То есть образуется область, внутри которой система грубо говоря движется по инерции от последнего переключения и переходит в новое состояние только при выходе из этой области. Понятное дело, что добавление гистерезиса сильно уменьшает не только количество переключений реле, но и точность, потому что мы своими собственными руками задаём область, точность внутри которой нам фактически безразлична, как и шумы измерения. В коде гистерезис можно реализовать так:

#define RELAY_PIN 2 float setpoint = 50.0; // установка float hyster = 2; // ширина окна гистерезиса // …………… static bool relayState = false; // обязательно глобальная или статическая! if (temp < (setpoint — hyster )) relayState = true; else if (temp > (setpoint + hyster )) relayState = false; digitalWrite(RELAY_PIN, relayState);

Для примера ниже используется библиотека thermistorMinim.h, скачать можно здесь.

Полный код примера с отладкой

#define THERM_PIN 0 #define RELAY_PIN 2 #define SETPOINT 50.0 #define HYSTER 2 #include «thermistorMinim.h» // GND — термистор — A0 — 10к — 5V thermistor therm(THERM_PIN, 10000, 3950); // пин, сопротивление, бета-коэффициент void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT); } bool relayState = false; void regul(float temp) { // таймер уже не так сильно нужен if (temp < (SETPOINT — HYSTER)) relayState = true; else if (temp > (SETPOINT + HYSTER)) relayState = false; digitalWrite(RELAY_PIN, relayState); } void debug(float temp) { static uint32_t tmr; if (millis() — tmr > 50) { tmr = millis(); Serial.print(temp); // фактическая Serial.print(‘,’); Serial.print(SETPOINT); // установка Serial.print(‘,’); Serial.print(SETPOINT + HYSTER); // гистерезис Serial.print(‘,’); Serial.print(SETPOINT — HYSTER); // гистерезис Serial.print(‘,’); Serial.println(relayState * 2 + 40); // сост. реле } } void loop() { float temp = therm.getTempAverage(); regul(temp); debug(temp); }

Работает оно следующим образом:

Отлично! Теперь нам не страшны шумы и износ реле, но мы фактически “раскачали” систему, заставляя её включаться чуть ниже заданной температуры, а выключаться – чуть выше. Колебания температуры стали сильнее, и это не очень приятно. Есть ли способ их избежать? Да!

Логические элементы

Самые распространенные элементы, которые вы найдете в любой логической схеме – это “ИЛИ”, “И”, “НЕ”, “ТРИГГЕР” и “ТАЙМЕР”. Пороговые элементы (сравнение с уставкой) пока трогать не будем, для упрощения.

Логическое сложение «ИЛИ»

Правило работы «ИЛИ»: если на каком-либо одном или на обоих входах есть логическая «1», то на выходе тоже появится «1».

Для пояснения приведем Табл.1, где в первом и втором столбцах указаны значения входных сигналов, а в третьем — значение выходного. Как видно, при наличии хотя бы одного входного сигнала, мы получаем сигнал на выходе.

Какой релейно-контактной схеме это соответствует? Конечно параллельному соединению контактов (см. Рис.1) При этом контакты имитируют наличие/отсутствие входного сигнала, а катушка реле — выходной сигнал.

Вместо катушки может быть подключен следующий элемент, если наш элемент «ИЛИ» не является последним.

Стоит отметить, что входных сигналов у элемента «ИЛИ» может быть 2 и более (неограниченно).

Логическое умножение «И»

Правило работы «И»: на выходе появится «1», только если на обоих входах будут логические «1», в противном случае на выходе всегда будет «0».

Таблица 2 показывает зависимость между входными и выходными сигналами.

Элемент «И» соответствует последовательному соединению контактов — см. Рис.2

Логическая инверсия «НЕ»

Правило работы «НЕ»: если на входе присутствует «1», то на выходе будет «0», и наоборот. Инверсия меняет сигнал на противоположный.

Зависимости входного и выходного сигнала указаны в Табл. 3

Построить релейно-контактную схему для элемента «НЕ» сложнее, чем для первых двух. Здесь требуется применить промежуточное реле Х, с нормальнозамкнутым контактом — см. схему на Рис. 3.

Когда контакт А замыкается, контакт Х размыкается и обесточивает катушку С. И наоборот. Таким образом, мы получили релейно-контактную схему замещения инверсии.

RS-триггер

Триггер является элементарной ячейкой памяти, т.е. этот элемент запоминает значение выходного сигнала даже при исчезновении входного.

Правила работы «RS-триггера»:

При появлении на входе S логической «1», на выходе Т появится «1», но только если на входе R будет логический «0» (нет сигнала). При исчезновении сигнала на входе S, сигнал на выходе Т останется равным «1», т.е. триггер запомнит свое состояние. Сигнал на выходе Т сбросится только тогда, когда мы подадим «1» на вход R.

Вход R обнуляет состояние триггера, т.е. когда на нем «1», то на выходе Т всегда «0», независимо от сигнала на входе S.

Можно еще сказать, что триггер «взводится» по S, а «сбрасывается» по R, причем приоритетным является именно вход R.

Таблица 4 показывает зависимости сигналов на входах и выходе триггера

Обратите внимание, на то, что если на обоих входах триггера «0», то состояние на выходе мы знать не будем. Для этого нужно провести анализ предыдущих воздействий

Схема замещения триггера приведена на Рис. 4. Эффект запоминания достигается применением схемы самоподхвата промежуточного реле. Когда контакт А замыкается, промежуточное реле Y одним своим контактом воздействует на выходное реле С, а другим подхватывает свое срабатывание. При этом реле Y остается сработавшим даже при размыкании контакта А.

Приоритетный сброс триггера организуется при помощи размыкающего контакта В (R),который включается последовательно с катушкой реле Y.

Таймер

Таймер соответствует схеме с реле времени на Рис. 5. Думаю, здесь подробные пояснения не нужны.

Модуль, выполняющий сдвиги, уникален тем, что состоит только из проводов. Мне были нужны только операции сдвига вправо (сдвиг влево легко делается с помощью операции сложения): сдвиг вправо с переносом и без, а также вращение вправо. Таким образом, чтобы выполнить эти операции, достаточно соединить входные сигналы с шины данных с выходными внутренней шины АЛУ в нужном порядке:

В заключение приведу картинку, на которой видно, какой результат вычисления всех операций получается для операндов 3 и 2 (выбранные значения видно по тумблерам в левом нижнем углу, а также по индикаторам реле в каждом из модулей). Это возможно, так как работа модулей не зависит от того, какая операция выбрана (от этого зависит только, какой именно из результатов будет защелкнут).

Последние комментарии

Схема питания оперативным током от трансформатора напряжения и от трансформатора собственных нужд приведена на рисунке 1. Данная реакция обусловлена в основном новизной и недоверием к блокам, а также необходимостью обучения и понимания работы микропроцессорных блоков релейной защиты. Ivan Sevastyanov С активацией конечно все сложно предыдущий курс был разбит на видео файлы, которые можно было смотреть на любом носители и не привязываться только к 3 компьютерам и активационному коду. Монтажная схема показывает соединения частей установки с помощью проводов, кабелей, а также места их присоединения клеммы. Для цепей привода — это контакт взвода пружины готовность к включению. Посмотрите это видео, если начинаете изучение РЗА.

Блоки, анализ работы которых невозможно отложить, делим на более мелкие блоки и проводим анализ. А теперь, самое главное.

Схема максимальной направленной защиты: а — совмещенная схема; б — развернутая схема. Некоторые даже не догадываются посмотреть в основную надпись и прочитать название.

Понятно, что однотипных радиодеталей в схеме может быть сколь угодно много.

Входной сигнал логического элемента есть результат состояния предыдущего элемента. Как работает транзистор? Режим ТТЛ логика / Усиление. Анимационный обучающий 2d ролик. / Урок 1