Лекции по дисциплине «Автоматика и телемеханика» (стр. 1 )

Оглавление

Оглавление. 1

Лекция 1. Общие понятия о дискретных устройствах автоматики и телемеханики. 2

Задачи для самостоятельного решения. 6

Задачи для самостоятельного решения. 7

Лекция 2. Характеристики и свойства дискретных элементов автоматики. 8

Задачи для самостоятельного решения. 15

Лекция 3. Определение и задание функций алгебры логики (ФАЛ). 16

Задачи для самостоятельного решения. 21

Лекция 4. Основные функции алгебры логики. 23

Задачи для самостоятельного решения. 28

Лекция 5. Функционально полные системы функций алгебры логики. 30

Задачи для самостоятельного решения. 37

Лекция 6. Нормальные формы функций алгебры логики. 38

Задачи для самостоятельного решения. 41

Лекция 7. Минимизация функций алгебры логики. 43

Задачи для самостоятельного решения. 47

Лекция 1. Общие понятия о дискретных устройствах автоматики и телемеханики.

Любое управление каким-либо объектом есть целесообразное изменение параметров и состояния объекта управления. К изменяемым параметрам объекта управления могут, например, относиться: местоположение, скорость и ускорение движущегося объекта (локомотива, поезда); давление воздуха в тормозной магистрали; температура в термокамере, напряжение и ток источника электрических сигналов, и т. д. К изменяемым состояниям, например, могут относиться: положение стрелочного перевода, показания светофоров, состояние коммутирующих устройств (типа включено-выключено) и т. д.

Автоматическое управление - есть автоматическое изменение параметров и состояния объектов управления без участия человека. Устройства автоматики – есть технические средства, обеспечивающие автоматическое управление.

Совокупность сведений о текущих или подлежащих изменению параметрах объекта управления, обладающих новизной, есть информация.

Информация, передаваемая от управляющего устройства к объекту управления, есть управляющая информация. Информация, передаваемая от объекта управления к управляющему устройству, есть контрольная (известительная) информация.

Информация в общем виде передается и принимается в виде сообщений, которые представляют собой совокупность условных знаков (символов), содержащих информацию в виде текста письма или телеграммы, численного значения параметра, речи или голосовой команды управления.

Сообщения могут передаваться в виде сигналов различной физической природы (механических, электрических, пневматических и т. д.), изменяемых по закону передаваемых сообщений. Другими словами, сигнал – есть средство переноса информации в пространстве и времени.

Управляющая информация, как правило, носит дискретный характер, так содержит счетное количество различных команд управления. Например, перевести стрелку с номером 10 в одно из двух возможных состояний, закрыть или открыть переезд для движения автотранспорта, установить скорость движения подвижной единицы 60 км/ч и пр.

Контрольная информация о состоянии объекта также носит дискретный характер типа включен/выключен. Контрольная информация о параметрах объекта может носить как непрерывный характер, так и дискретный. Так, например, значение напряжения на выходе объекта управления есть непрерывная функция времени и может принимать любое значение в заданных пределах и может непосредственно передавать к управляющему устройству по линейной цепи. Однако в этом случае возможны искажения сигнала в результате его затухания по причине низкого сопротивления изоляции между парой проводов и потерь в активном сопротивлении линии. Поэтому, непрерывную информацию о параметрах объекта преобразуют в дискретную, используя квантование передаваемого сигнала по уровню при помощи так называемых аналого-цифровых преобразователей (АЦП).

Для передачи дискретной информации используются дискретные сигналы, принимающие в течение времени t только дискретные значения (например, 1 или 0). Для передачи непрерывной информации используются как непрерывные сигналы, принимающие любые значения в некотором интервале времени, так и дискретные по уровню сигналы.

Преобразование сообщения с информацией в дискретный сигнал по определенным правилам называется кодированием информации.

Дискретные устройства автоматики – это устройства, использующие только дискретные сигналы. Мы с вами будем изучать теорию дискретных устройств автоматики, состоящих из дискретных элементов, которые могут принимать только два состояния (0 – нулевое или 1 – единичное) и использовать дискретные сигналы с двумя уровнями значений, соответствующих 0 или 1.

Примером дискретного элемента может служить нейтральное электромагнитное реле постоянного тока Р, на обмотку которого при замыкании контакта к подается питание (соответствует уровню к = 1 входного дискретного сигнала), в результате чего притягивается якорь реле, что соответствует состоянию дискретного элемента Р = 1. При размыкании контакта к (к = 0) реле Р опускает свой якорь и переходит, соответственно, в состояние Р = 0.

Условно реле в виде дискретного элемента можно представить в виде, так, как показано на рис. 1.

Рис. 1

Здесь: у – выходной сигнал дискретного устройства, значение которого (0 или 1) зависит от состояния (замкнут, разомкнут) используемого в качестве выходного контакта реле Р.

Каждому дискретному сообщению из множества передаваемых сообщений мы можем присвоить определенный порядковый номер в виде десятичного числа (например, сообщение № 10), для передачи которого может использоваться дискретный сигнал, состоящий из последовательности двоичных символов (0 или 1) определенной длины. Символы 0 или 1 называют, соответственно, логическим нулем (лог. 0) и логической единицей (лог. 1), а последовательность двоичных символов кодовым словом или кодовой комбинацией.

Двоичные символы 0 и 1 образуют двоичный алфавит двоичной системы счисления, поэтому кодовое слово можно рассматривать как некоторое число в двоичной системе счисления.

Понятие о системах счисления

Любая система счисления определяется своим основанием, которое определяет число символов, содержащееся в алфавите данной системы счисления.

Так, например, десятеричная система счисления имеет основание, равное 10, и содержит в своем алфавите десять различных десятичных цифр от 0 до 9. Восьмеричная система счисления имеет основание 8 и, следовательно, содержит в алфавите 8 различных десятичных цифр от 0 до 7; двоичная система счисления с основанием, равным 2, использует только две цифры 0 и 1.

Любое десятичное число NA можно представить в любой из систем счисления с основанием А в виде суммы, состоящей из произведений одного из символов mi (0, … , А – 1) алфавита данной системы на ее основание, возведенное в степень r, которая изменяется от 0 до n – 1, где n – число произведений в сумме:

NA =. (1.1)

Так, например, десятичное число 123 в десятеричной системе счисления может быть представлено согласно выражению (1.1) в виде суммы трех произведений:

12310 = 1∙102 + 2∙101 + 3∙100 = 100 +20 + 3.

Это же число в двоичной системе счисления может быть представлено как:

12310 = 64 + 32 + 16 + 8 + 2 + 1 = 1∙26 + 1∙25 + 1∙24 + 1∙23 + 0∙22 + 1∙21 + 1∙20 = .

Это же число в восьмеричной системе счисления:

12310 = 64 + 56 + 3 = 1∙82 + 7∙81 + 3∙80 = 1738.

Как видим из приведенных примеров для записи любого десятичного числа в какой-либо системе счисления вместо суммы произведений достаточно показать только последовательность значений символов (коэффициентов) при степенях основания А этой системы счисления и указать в качестве индекса преобразованного числа само значение взятого основания.

Представление десятичных чисел в двоичной системе счисления

Метод вычитания. При этом методе от исходного десятичного числа N10 отнимают ближайшее к нему меньшее число, равное целой степени основания 2, например, 2n. В случае положительного остатка (N10 – 2n ≥ 0) в кодовом слове слева записывается 1, после чего из полученного остатка вычитается следующее число, кратное степени (n – 1) основания 2. При положительной разности в кодовое слово ставится 1 (в направлении слева направо) или 0 – при отрицательной разности. Следует обратить внимание, что при получении отрицательной разности степень числа 2 понижается на единицу и производится ее вычитание от прежнего положительного остатка. Такая последовательность операций вычитания с понижением каждый раз степени основания 2 на 1 заканчивается после вычитания из последнего остатка основания 2 в нулевой степени и подстановки в кодовое слово в зависимости от знака разности 1 или 0.

Рассмотрим в качестве примера представление десятичного числа 1997 в двоичной системе счисления. Ближайшим числом кратным степени 2 является 210 = 1024. Полученная на первом шаге разность (1997 – 1024 = 973) положительна по определению, поэтому проставляем в кодовом слове в скобках 1, выделяя ее жирным шрифтом - (1). На втором шаге, понижая степень числа 2 на единицу, получаем 29 = 512. Так как разность (973 – 512 = 461) больше нуля проставляем в кодовом слове справа очередную 1 - (11). Вычитая очередную степень числа 2 (28 = 256) из разности 461 получаем положительный остаток, равный 205 и, следовательно, проставляем очередную единицу в кодовое слово (111). Затем вычитаем (205 – 128 = 77) и добавляем новую единицу в кодовое слово (1111). Следующая разность (77 – 64 = 13) также имеет положительный знак, поэтому добавляем еще одну единицу (11111). Разность (13 – 32 = - 19) имеет отрицательный знак, следовательно, в кодовое слово справа добавляем ноль (111110). Вычитая из последнего положительного остатка очередную степень числа 2 (13 – 16 = - 3) получаем вновь отрицательное число, в результате проставляем в кодовое слово очередной ноль (1111100). Следующая разность (13 – 8 = 5) является положительным числом, следовательно, вновь добавляем 1 (11111001). Разность полученного остатка и числа 4 (5 – 4 = 1) также положительна, поэтому опять добавляем 1 (1). Разность очередного остатка и числа 2 (1 – 2 = - 1) есть отрицательное число, следовательно, добавляем в кодовое слово 0). Вычитая из ранее полученного положительного остатка 1 (1 – 1 = 0), получаем неотрицательное число, что дает нам основание добавить в кодовое слово 1 – (1) и на этом завершить преобразование десятичного числа в двоичное, в соответствии с которым: 199710 = .

Метод деления. При данном методе десятичное число и получаемые при этом частные от деления последовательно делят на число 2, как являющееся основанием двоичной системы счисления. Полученные остатки от деления будут представлять собой искомое двоичное число, в котором первый остаток является младшим разрядом двоичного числа и, соответственно, записывается крайним справа, а последнее частное, как меньшее делителя 2 и равное 1, – старшим разрядом (крайним слева).

Рассмотрим в качестве примера представление того же десятичного числа 1997 в двоичной системе счисления методом деления.

Делимое Делитель Частное Остаток

1– младший разряд

6

3

1

3 2 1 --- 1

\ → 1 – старший разряд

В результате произведенного деления мы получили аналогичный результат:

199710 =

Метод триад. В основу данного метода преобразования десятичного числа в двоичное положен метод деления на основание 8 восьмеричной системы счисления, в результате выполнения которого получаем восьмеричное число, значение каждого разряда которого затем представляется в виде трехразрядного двоичного числа (триады). Этот метод является наиболее быстрым и удобным видом преобразования больших десятичных чисел в двоичные.

Вновь рассмотрим в качестве примера представление десятичного числа 1997 в двоичной системе счисления методом триад.

Делимое Делитель Частное Остаток

1– младший разряд

31 8 3 --- 7

\ → 3 – старший разряд

В результате произведенного деления мы получили следующее восьмеричное число: 199710 = 37158, которое преобразуем в двоичное число путем представления значений разрядов восьмеричного числа в виде триад в двоичной системе счисления: 199710 = 37158 = 0112 1112 0= . При этом нулевой крайний справа разряд, как не имеющий веса, убирается из кодового слова.

Задачи для самостоятельного решения

1. Представить десятичные числа 9, 18 и 39 в двоичной системе счисления методом вычитания. Ответ: 10012; 100102; 1001112.

2. Представить десятичные числа 75 и 148 в двоичной системе счисления методом деления. Ответ: ; .

3. Представить десятичные числа 259 и 1975 в восьмеричной системе счисления, используя метод деления по основанию 8. Ответ: 4038; 36678.

4. Представить десятичные числа 259 и 1975 в двоичной системе счисления методом триад. Ответ: ; .

Представление двоичных чисел в десятеричной системе счисления

Метод суммирования весов единичных разрядов. Проиллюстрируем применение данного метода на следующем примере. Допустим, нам надо перевести двоичное число в его десятичный эквивалент. Единичные значения имеют 7, 6, 5, 3 и 2 разряды двоичного числа, веса которых соответственно равны 2(7 – 1), 2(6 – 1), 2(5 – 1), 2(3 – 1) и 2(2 – 1). Просуммировав эти веса, получим значение искомого десятичного числа: 26 + 25 + 24 + 22 + 21 = 64 + 32 + 16 + 4 + 2 = 118. Следовательно, = 11810.

Метод последовательного удваивания. При данном методе, начиная со старшего разряда, его значение удваивается и результат удвоения арифметически складывается со значением последующего младшего разряда, после чего результат сложения удваивается и складывается со значением следующего младшего разряда. Процесс удвоения заканчивается при сложении его результата с крайним младшим разрядом.

Рассмотрим в качестве примера представление двоичного числа в десятеричной системе счисления методом удвоения.

1∙2 + 1 3∙2 + 1 7∙2 + 0 14∙2 + 1 29∙2 + 1 59∙2 + 0 = 11810.

Метод триад. В основу данного метода преобразования двоичного числа в десятичное число положен метод разбиения кодового слова на триады (трехразрядные двоичные числа) с последующим преобразованием в восьмеричное число посредством замены каждой триады соответствующим десятичным эквивалентом. Суммируя произведения десятичных эквивалентов на вес соответствующего разряда восьмеричного числа, получим искомое десятичное число. Этот метод является также наиболее быстрым и удобным видом преобразования двоичных чисел большой длины в десятичные.

Рассмотрим в качестве примера представление двоичного числа в десятеричной системе счисления методом триад.

Разбиваем исходное двоичное число на триады, начиная с младшего разряда: 0Если в последней группе разбиения меньше трех разрядов, то слева в нее вводятся недостающее количество нулевых разрядов.

Заменяем триады их десятичным эквивалентом, используя, например, метод суммирования весов единичных разрядов: 0012 = 110; 1102 = 610; 1102 = 610. Десятичные эквиваленты триад есть ничто иное, как значения символов восьмеричного числа, т. е.: = 1668. Переводим восьмеричное число в десятичное: 1∙8(3 – 1) + 6∙8(2 – 1) + 6∙8(1 – 1) = 1∙82 + 6∙81 + 6∙80 = 1∙64 + 6∙8 + 6∙1 = 11810.

Задачи для самостоятельного решения

1. Представить двоичное число 10112 в десятичной системе счисления методом суммирования весов единичных разрядов. Ответ: 1110.

2. Представить двоичное число 1011102 в десятичной системе счисления методом удвоения. Ответ: 4610.

3. Представить двоичное число в восьмеричной системе счисления, используя метод триад. Ответ: 2338.

4. Представить двоичное число в десятичной системе счисления методом триад. Ответ: 286710.

Лекция 2. Характеристики и свойства дискретных элементов автоматики.

Дискретные элементы имеют релейную характеристику, представляющую собой петлю гистерезиса. На рис. 2 представлена релейная характеристика дискретного элемента - повторителя.

Рис. 2

При значении входного сигнала х равного значению х1, соответствующего минимальному уровню логической 1, выходной сигнал у принимает также единичное значение у1. При снижении входного сигнала до значения х0, соответствующего максимальному уровню логического 0, выходной сигнал дискретного элемента тоже принимает нулевое значение у0.

Таким образом, входной сигнал х0 характеризует порог выключения дискретного элемента, а входной сигнал х1 – порог срабатывания элемента.

Ширина петли гистерезиса определяется разностью значений (х1 - х0) или отношением (х0 / х0), которое называется коэффициентом возврата Кв дискретного элемента. Чем уже петля гистерезиса или чем ближе стремится Кв к 1, тем меньше отличаются друг от друга значения лог. 1 и лог. 0 и тем сильнее на работоспособность дискретного логического элемента влияют колебания напряжения, изменения электрических параметров самого элемента.

При последовательном соединении логических элементов ЛЭ (рис. 3) выходной сигнал предшествующего элемента является входным сигналом последующего элемента. Поэтому для обеспечения правильной работы реальных элементов, необходимо, чтобы обеспечивалось выполнение следующего требования:

у0 ≤ х0; у1 ≥ х1 .

Рис. 3

Переход элемента из одного состояния в другое может происходить мгновенно или с некоторой задержкой τ во времени, рис. 4.

Рис. 4

На рис. 4 представлена временная диаграмма дискретного логического элемента, который реагирует на уровень входного сигнала с задержкой τ. На рис. 5 представлены временные диаграммы дискретного элемента, который реагирует только либо на переход х0 → х1 (рис. 5, а), либо на переход х1 → х0 (рис. 5, б), т. е. этот логический элемент как бы сохраняет свое новое состояние между двумя одноименными переходами. Такой дискретный элемент, который способен сохранять свое новое состояние после прекращения действия входного сигнала, вызвавшего переход в это состояние, называется элементом памяти.

Рис. 5

Релейная характеристика элемента памяти может быть представлена в следующем виде, рис. 6.

Рис. 6

При подача на вход элемента памяти входного сигнала х1 элемент переходит из нулевого состояния у0 в единичное состояние у1. При снятии входного сигнала (х = 0) элемент памяти сохраняет единичное состояние. При подаче входного сигнала противоположной полярности х0 , соответствующего логическому нулю, элемент памяти переходит в нулевое состояние, которое он сохраняет при х = 0.

В общем случае дискретный элемент может иметь несколько входов (n), на которые поступают дискретные входные сигналы х1, х2, … , хn, и несколько выходов (m), на которых появляются выходные сигналы у1, у2, … , уm. Такой элемент, представленный на рис. 7, представляет собой дискретный автомат.

Рис. 7

Если в каждый момент времени выходные сигналы Y (у1, у2, … , уm) однозначно определяются только значениями входных сигналов Х (х1, х2, … , хn), т. е. Y(t) = F [X(t)], то такой автомат является дискретным автоматом без памяти, который часто называют комбинационным автоматом (устройством). Таким образом, в автомате без памяти каждой комбинации значений входных сигналов в любой момент времени соответствует строго определенная комбинация значений выходных сигналов.

Если выходные сигналы Y зависят от последовательности поступления во времени входных сигналов Х, то такой автомат называют дискретным автоматом с памятью или последовательностным автоматом. Этот автомат запоминает предысторию поступления входных сигналов путем перехода его в соответствующее внутреннее состояние S, формируемое элементами памяти.

Если число состояний автомата конечно S1, S2, … , Sr, то такой автомат иногда называют конечным автоматом, для формализованного описания функционирования которого достаточно использовать две следующие функции:

функцию переходов, которая определяет состояние, в которое перейдет автомат из того или иного предыдущего состояния под воздействием входных сигналов, действующих в данный момент времени: S(t + 1) = F [X(t), S(t)];

функцию выходов, которая определяет значения выходных сигналов в зависимости только от текущего состояния автомата (для автомата Мура: Y(t) = F [S(t)]) или в зависимости как от текущего состояния автомата, так и от значения входных переменных в данный момент времени (для автомата Мили: Y(t) = F [X(t), S(t)]).

При наличии “n” двоичных элементов памяти, имеющих только два состояния, конечное число N состояний автомата с памятью равно N = 2n.

Функционирование конечного автомата, т. е. изменение состояния его входов, выходов и памяти, осуществляется в дискретные моменты времени t0, t1, t2, … , интервалы между которыми называют тактами и нумеруют числами натурального ряда: 0, 1, 2, … . Таким образом, переменной величиной является не само время, а порядковые номера тактов.

По способу определения дискретных моментов времени автоматы разделяют на асинхронные и синхронные. В синхронных автоматах дискретные моменты времени задаются синхронизирующими (тактовыми) импульсами, которые вырабатываются специальными генераторами. В синхронных автоматах состояния входов, выходов и памяти учитываются только в моменты поступления синхроимпульсов, при этом смена состояний элементов памяти автомата происходит только после окончания тактового импульса в интервале и должна завершиться до момента поступления следующего синхроимпульса.

В асинхронном автомате дискретные моменты времени определяются моментами изменения состояний входа или памяти, а длительности тактов – интервалами времени, в течение которых состояние автомата не меняется. Примером асинхронного автомата может служить пульс-пара или мультивибратор.

Конечные автоматы относятся к дискретным устройствам с жесткой логикой (последовательностью) работы.

При большом числе элементов памяти в автомате число возможных состояний автомата становится таким огромным, что применить для описания его функционирования упомянутые выше функции становится практически невозможно (например, в простейшей электронной вычислительной машине число элементов памяти может достигать тысячи и более, что соответствует числу возможных состояний 21000 и более. Такие автоматы называют автоматами с бесконечной памятью, к ним относятся программируемые дискретные устройства (устройства с программируемой логикой), алгоритм функционирования которых задается в виде последовательности команд, определяющих какое-либо действие над объектами операций (операндами).

Такая упорядоченная совокупность команд, которая однозначно описывает заданный алгоритм функционирования дискретного устройства, называется программой. Программы хранятся в запоминающем устройстве (ЗУ команд), в котором для каждой команды, представленной в виде двоичного числа, выделяется своя ячейка с элементами памяти, число которых зависит от длины числа.

Чтение записи каждой ячейки ЗУ команд и выполнение команд программы осуществляет универсальное дискретное устройство – процессор, который выполняет в каждый момент времени (такт) только одну из операций над операндами, хранящимися в другом ЗУ (ЗУ данных).

Процессор вырабатывает сигнал на считывание из ЗУ команд очередной команды Ki, которая содержит код операции (КОП), номера (адреса) А1 и А2 ячеек ЗУ данных хранящих соответственно операнды О1 и О2 команды Ki, адрес А3 ячейки ЗУ данных, в которую следует записать результат О3 выполнения операции, и адрес следующей команды Ki+1 в ЗУ команд, которая должна выполняться после команды Ki.

Дискретные элементы обладают свойством направленности, которое заключается в том, что передача сигналов возможна только от входа к выходу, поэтому значения входов и состояний автомата не зависят от выходных сигналов.

Дискретные элементы обладают также свойством разделительности входов и выходов, которое заключается в том, что сигнал, поступивший на один из входов (выходов) элемента, не вызовет появления сигнала на других его входах (выходах).

Все дискретные элементы автоматики и телемеханики можно разделить на два основных класса: контактные и бесконтактные элементы.

Контактные дискретные элементы

Наиболее распространенным контактным дискретным элементом является электромагнитное реле, которые подразделяются на реле постоянного и переменного тока. Реле постоянного тока подразделяются по принципу действия на нейтральные реле, поляризованные реле и комбинированные реле.

На рис. 8 представлен упрощенный вид конструкции нейтрального реле, которое состоит из следующих элементов:

Сердечника 1 с намотанной на него катушкой 2, при протекании по которой постоянного тока создается магнитный поток, который замыкается через ярмо 3 и якорь 4. В результате этого на концах сердечника и якоря создаются магнитные полюса противоположной полярности, которые, взаимодействуя друг с другом, вызывают движение якоря к полюсному наконечнику сердечника.

Рис. 8

Катушка 1 воспринимает входной сигнал х в виде тока или напряжения. Якорь 4 является промежуточным звеном, который передает воздействие от воспринимающего органа к исполнительному, в качестве которого служит контактная система 5, состоящая из группы контактов, одни из которых размыкают электрическую цепь (аналог лог. 0), а другие замыкают (аналог лог. 1).

Фронтовой или нормально-разомкнутый контакт (ф) при отсутствии питания (х = 0) разомкнут (у = 0), рис. 9, а. При наличии питания (х = 1) якорь притягивается, в результате чего общий контакт (о) размыкается с нижним контактом (т) и замыкается с верхним фронтовым контактом (у = 1), рис. 9, б.

Рис. 9

Тыловой или нормально-разомкнутый контакт (т) при отсутствии питания (х = 0) замкнут с общим контактом (), рис. 9, в. При наличии питания (х = 1) тыловой контакт разомкнут (), рис. 9, г.

Из сказанного следует, что пара контактов (ф - о) реализует логическую функцию повторения (у = х), а пара контактов (т – о) реализует функцию отрицания (у = ).

В релейных схемах за переменную у принимают состояние реле: возбужденному состоянию реле при притянутом якоре соответствует значение переменной у = 1, обесточенному состоянию реле при отпущенном якоре соответствует у = 0. Обозначим логическую функцию, реализуемую фронтовым контактом, как уф, а тыловым контактом, как ут.

Для пары контактов (о – ф) значение функции уф совпадает с состоянием реле у, т. е. уф = у. Для пары контактов (о – т) значение функции ут инверсно (противоположно) по отношению к состоянию реле у, т. е. ут = . Таким образом, реле может формировать два выходных сигнала: у и , инверсных по отношению друг к другу.

В ответственных устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики, связанных с обеспечением безопасности движения поездов, применяют так называемые безопасные реле (реле первого класса надежности), особенность конструктивного исполнения которых заключается в том, что они не допускают таких отказов, при которых в один и тот же момент может иметь место одно из следующих соотношений:

1) уф = ут = 1 (одновременно замкнуты с общим контактом фронтовой и тыловой контакты);

2) у = 0; уф = 1 (при обесточенном состоянии реле пара контактов (о – ф) осталась замкнутой);

3) х = 0; у = 1 (при обесточенном реле его якорь находится в притянутом состоянии).

Залипание якоря реле происходит за счет наличия остаточного намагничивания сердечника при снятии напряжения с обмотки реле. В обычных (не первого класса) реле на якоре крепится антимагнитный штифт 6 (см. рис. 8), который увеличивает воздушный зазор между сердечником и притянутым якорем, уменьшая тем самым воздействие остаточной намагниченности. Дополнительно к этому, чтобы преодолеть остаточные силы притяжения при выключении питания реле на якорь воздействует специально установленная пружина, предварительно сжатая при притяжении якоря. Однако в случае выхода из строя пружины веса якоря может не хватить, чтобы преодолеть силы остаточной намагниченности и якорь залипает. Чтобы исключить такую возможность в безопасных реле якорь утяжеляют дополнительным весом таким образом, что при отсутствии питания якорь отпадает только под собственным весом без использования пружин.

Залипание пары контактов (о – ф) при обесточенном состоянии реле и отпавшем якоре происходит в результате сваривания контактов от искрового разряда, возникающего при размыкании цепи (особенно с индуктивной нагрузкой). В реле первого класса надежности сваривание фронтовых контактов с общим контактом исключается за счет использования для их изготовления специальных жаропрочных материалов (пары уголь-серебро).

Одновременное замыкание всех трех контактов (ф – о – т) происходит из-за разрегулировки со временем контактов (изменения межконтактных расстояний). В безопасных реле конструкция контактной системы выполнена таким образом, что исключает возможность замыкания фронтовых контактов, пока не разомкнутся все тыловые контакты, и наоборот.

В поляризованных реле положение якоря зависит от полярности постоянного тока, протекаемого по обмотке реле. Эти реле в отличие от нейтральных реле имеют две магнитные системы. Одна магнитная система образована постоянным магнитом и формирует магнитный поток Ф= одного направления. Вторая магнитная система представляет собой электромагнит, создающий магнитное поле Фп разного направления в зависимости от полярности питания катушки электромагнита.

Конструктивно поляризованное реле выполнено таким образом, что с одной стороны якоря магнитные потоки складываются (Ф= + Фп), а с другой – вычитаются (Ф= - Фп), в результате чего якорь перемещается в ту сторону, где суммарный магнитный поток больше. При смене полярности суммарные потоки меняются местами и якорь переводится в другую сторону, рис. 10.

Рис. 10

Общий контакт (о) крепится к якорю и в зависимости от полярности замыкает плюсовой контакт (+ при прямой полярности, рис. 10, а) или минусовой контакт (- при обратной полярности, рис. 10, б). При нейтральной регулировке поляризованное реле выполняет функции элемента памяти, так при снятии напряжения якорь остается в прежнем переведенном состоянии. При регулировке с преобладанием поляризованное реле выполняет функции логического элемента без памяти, так как при снятии напряжения возвращается в прежнее исходное положение.

В устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики широко используются комбинированные (трехпозиционные) реле, совмещающие в себе функции нейтрального и поляризованного реле. Первая позиция соответствует выключенному реле и отпавшему нейтральному якорю, вторая и третья позиции соответствуют включенному реле, притянутому нейтральному якорю и одному из двух возможных положений поляризованного якоря.

Бесконтактные дискретные элементы.

В электронных устройствах автоматики в качестве бесконтактных дискретных элементов используются, как правило, транзисторы, работающие в режиме переключения (режиме транзисторного ключа). Как известно, транзистор в режиме переключения имеет два состояния:

закрытое, при котором сопротивление перехода между эмиттером и коллектором имеет максимальное значение;

открытое, при котором сопротивление перехода эмиттер-коллектор насыщенного транзистора имеет минимальное значение.

Входной и выходной сигналы бесконтактного дискретного элемента, реализованного на транзисторе с проводимостью n-p-n, принимает единичное значение при положительной полярности этих сигналов, что соответствует применению положительной логики.

При включении транзистора по схеме с общим эмиттером дискретный элемент представляет собой инвертор входного сигнала, реализующий логическую функцию отрицания у = , рис. 11, а. Положительный импульс напряжения на входе транзистора (переходе эмиттер-база), соответствующий лог. 1, открывает транзистор, в результате чего на переходе коллектор-эмиттер, имеющем малое сопротивление по сравнению с сопротивлением резистора Rк, при протекании коллекторного тока падает малое напряжение, которое принимается за лог. 0.

Рис. 11

При включении транзистора по схеме с общим коллектором дискретный элемент представляет собой повторитель входного сигнала, реализующий логическую функцию у = х, рис. 11, б. Положительный импульс напряжения открывает транзистор, в результате чего на сопротивлении Rэ в цепи эмиттера падает напряжение, практически равное напряжению на входе.

Современные бесконтактные дискретные элементы реализуются исключительно в виде интегральных микросхем. Наибольшее распространение получили микросхемы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) и схемы на МОП (металл-окисел-полупроводник) – структурах.

Серией интегральных микросхем называют группу микросхем, выполненных по одинаковой или близкой технологии, имеющих сходные технические характеристики и предназначенные для совместной работы в составе дискретных устройств.