時序開關電路

在各類工業自動控制系統中，有很大一類屬於開關量的自動控制系統，包括繼電接觸控制系統、半導體邏輯控制系統和順序控制系統等。構成這類開關控制系統的基礎是開關電路。如果電路某時刻的輸入狀態不僅與該時刻的輸入信號有關，而且還與電路在該時刻之前的狀態有關，則稱為時序開關電路。

基本介紹

• 中文名：時序開關電路
• 外文名：sequential switch circuit
• 學科：計算機科學與技術
• 類別：邏輯電路
• 三要素：起動信號、保持信號和停止信號
• 套用：繼電接觸控制系統等

基本概念

在各類工業自動控制系統中，有很大一類屬於開關量的自動控制系統，包括繼電接觸控制系統、半導體邏輯控制系統和順序控制系統等。構成這類開關控制系統的基礎是開關電路。

如果電路某時刻的輸出狀態取決於該時刻的輸入信號的邏輯組合，稱為組合開關電路；如果電路某時刻的輸入狀態不僅與該時刻的輸入信號有關，而且還與電路在該時刻之前的狀態有關，則稱為時序開關電路。一般來說，組合開關電路的設計比較簡單，而時序開關電路的設計需要做較多的工作。

時序開關電路的設計

設計時序開關電路的關鍵在於根據不同情況，採用適當方法找出三個要素，即：起動信號、保持信號和停止信號。把三要素組成邏輯式，再按邏輯式畫出電路圖或矩陣圖。有時三個要素可合併為兩個或一個，有時每個要素又由若干信號組合而成。

信號的長短性

實際輸入信號的時間有長有短，如果起動信號的持續時間長於輸出信號的動作時間，稱為長起動信號；反之，為短起動信號。如果停止信號的結束時間晚於起動信號的結束時間，稱為長停止信號；反之，為短停止信號。

圖1

圖1是假設起動信號為長信號（ ），停止信號為簡訊號（ ）的情況。這時的輸出狀態不能直接用邏輯式表示，否則，輸出繼電器Z的動作時間將與 相同。解決的辦法之一是增加一個時間繼電器T，它由 起動得電，經延時 吸合，調整 ，其觸點t在吸合前為常開（t=0， =1），在吸合後閉合（t=1， =0），因而 為簡訊號。即通過時間繼電器將長起動信號與變換成短起動信號 ，於是，T、Z的邏輯式可寫為：

圖2

在圖2中假設起動信號和停止信號都是長信號（ ），這時輸出狀態為起動信號與停止信號的邏輯“與”，不需要專門的保持信號，Z的邏輯式只有一項，即：

如果輸入信號的持續時間與輸出信號的動作時間相同，稱為同步信號，這時起動、保持和停止信號為同一個輸入信號x，輸出信號Z具有最簡單的邏輯式，即：

多餘信號的排除

有時在輸入信號中除了正常起動信號和正常停止信號外，還有多餘的起、停信號可能引起輸出誤動作。為此，需設定中間變數（即中間繼電器）排除多餘的起停信號。

在圖3中假設輸入信號 出現三次，其中 對應Z的起動時間，為正常起動信號， '和 "是多餘起動信號， ''在Z動作時間內，不影響Z的動作； '在Z的動作時間外，如不排除，將引起Z的誤動作。

圖3

排除多餘起動信號的方法之一是設定中間變數 ，其工作區間只包含正常起動信號 而不包含多餘起動信號 '。這時起動信號取為：

Z的邏輯式為：

圖4輸入信號 中， 是Z的正常停止信號。 '和 ''互是多餘信號。 ''在Z的工作區間之外，不影響Z的狀態； '在Z的工作區間之內，如不排除將使Z誤停，用中間變數 排除時，Z的停止信號是：

故Z的邏輯式為：

用中間變數 排除時，Z的停止信號是：

Z的邏輯式為：

圖4

記憶電路分析

時序開關電路的主要特點是具有記憶功能，能將電路的歷史狀況記憶下來，使其輸出不僅與現時的輸入有關，還與過去的狀況有關。電路的記憶功能除了依靠輸出信號的反饋以外，重要的是依靠中間變數的記憶作用。這裡我們討論兩種採用中間變數的典型記憶電路，利用時序圖分析三要素。

（1）順序記憶電路

能夠從一系列隨機出現的輸入信號中，按照預先規定的順序選取，並在相應順序發出輸出信號，這種具有記憶信號順序功能的電路稱為順序記憶電路。

（2）奇偶記憶電路

當輸入信號奇數次出現時，一個輸出有信號，另一個輸出無信號；當輸入信號偶數次出現時，兩輸出的情況相反。這種能夠記憶信號奇偶次數的電路稱為奇偶記憶電路。

時間單元的設定

在需要延時吸合或延時釋放、定時工作的時序開關電路中應設定時間單元。常用的延時吸合單元是無瞬時反饋的阻容延時電路，在起動信號的持續時間大於延時電路延時的情況下（ ），可取延時單元吸合後的反饋信一號作為保持信號，故T，Z的邏輯式為：

在起動信號的持續時間小於延時的情況下（ ），需要增設中間變數Y，Y與時間單元T的通電時間相同，即屬同步信號。這時，Y，T，Z的邏輯式為：

延時單元除了用來延時外，有時還可以兼作中間變數。

綜上所述，設計時序開關電路的基本方法是：了解動作要求；畫出時序圖；找出三要素；需要時設定中間變數和時間單元，寫出邏輯關係式；建立電路圖或矩陣圖。在實際電路中還會有聯鎖、保護及調整等要求，可在此基礎上來進一步完善。

時序圖

如果有多個輸出變數（即輸出繼電器），有的輸入變數多次動作，那末起動信號、保持信號和停止信號這三要素的組成情況比較複雜，需要有適當的方法，通常把輸入與輸出狀態隨時間變化的圖形畫出來，根據圖形來分析三要素。這樣的圖形我們稱為時序圖。

畫時序圖的一般規則是：

（1）時序圖通常只畫一個程式循環內的電路狀態變化，並把一個程式循環分成若干程式步，全部有關的輸出信號狀態都保持不變的一段時間為一步，只要有一個輸出信號狀態發生改變即轉入下一步。時序圖的橫坐標以步為單位，不論每一步的實際工作時間長短如何，均以單位長度表示；

（2）引起程式步轉移的信號稱為轉步信號，它可以是輸入信號或延時信號或若干信號的組合。在時序圖上步與步之間的分界線即為轉步信號線，線上上方標出相應的轉步信號；

（3）在時序圖的縱坐標上畫出輸入、輸出等信號的狀態，縱坐標為“0”的線段表示無信號（不得電、不動作），即邏輯“0”；縱坐標為“1”的線段表示有信號（得電、動作），即邏輯“1”；

（4）延時單元的狀態，在觸點尚末動作期間用虛線表示，在觸點動作後用實線表示，中間變數狀態改變時，一般不改變程式步。