时序逻辑问题设计

二．时序逻辑问题设计

（一）时序逻辑问题的特点

这类问题的特点为：只知道输出程序，整个系统按输出程序顺序进行，具有时序的要求，也称“顺序控制”。系统输出不仅与输入信号的组合有关，而且受一定顺序的限制，系统输入信号不是随机的，而是有序的。不仅输入的程序没有给出，输入的个数也没有确定，整个设计的关键是由输出程序求出逻辑函数。

常见的行程程序控制属于时序逻辑问题，其控制框图如图2—6所示。

框图中外部指令信号是指启动信号或其他装置来的信号。逻辑控制回路由各种控制阀、逻辑元件组成，是行程程序回路设计的主要部分。控制回路的输出经转换器转换或放大器放大后，推动执行元件（气缸、气马达等），实现对被控对象的控制，再由行程发信器发出信号，输入逻辑控制回路，并经逻辑控制回路进行运算，输出下一个控制信号，直至完成预定的控制要求。实际上这是一种闭环控制系统。

图2—6 行程程序控制方框图

（二）气动行程程序设计概述

为了准确描述气动程序动作、信号及它们间的关系，必须用规定的符号、数字来表示。

1．符号规定

图2—7 气缸、阀、信号的符号

1）用大写的字母A、B、C等表示气缸，用下标“1”和“0”表示气缸活塞杆的两种

状态。例如A

0表示A缸缩回，A

1

则表示A缸伸出。参见图2—7。

2）A气缸的主控阀也用A表示。

3）主控阀两侧的气控信号称为执行信号。用A0*、A1*表示，A0*表示控制A缸缩回的执行信号，A

1

*表示控制A缸伸出的执行信号。

4）行程阀及其输出信号称为原始信号，如行程阀a0及其输出信号a0。A缸不伸出，a0信号一直保持，为长信号。

2．行程程序的相位与状态

用程序式来表示行程程序气缸的动作顺序。例如，气缸的动作顺序为：A缸伸出—B 缸伸出—B缸退回—A缸退回，则用程序式表示为

其中q为启动信号，a

1、b b a

100

、、分别为气缸到位后由行程阀发出的原始信号。程序式

还可以简写为[A B B A

1100

]。

程序式[A B B A

1100

]中四个动作将整个程序分为四段，每一段为一个相位。A1动作占

程序的相位1，B

1动作占程序的相位2，B

动作占程序的相位3，A

动作占程序的相位4。

A 1动作之前，

A 、

B 两缸均处于A B 00、状态。两缸压下行程阀A B 00、，如图2－8有a b 00、信号，称行程程序处于a b 00、状态；A 1动作之后，压下行程阀a 1，有a b 10、信号，行程程序处于a b 10状态；B 1动作之后，压下行程阀b 1，有a 1、b 1信号，行程程序处于a 1b 1状态；B 0动作之后，压下行程阀b 0，有a b 10、信号，行程程序处于a b 10状态；A 0动作之后，压下行程阀a 0，有a b 00、信号，行程程序又回到a b 00状态。

图2—8 行程程序动作、相位、信号示意图

3．气动行程程序分类

从设计的角度看，气动行程程序分为：无障碍标准程序、有障碍标准程序、非标准程序。

行程程序用气缸动作到位后压下行程阀发出的信号（a 1、a 0、b 1、b 0…）作为控制回路的输入（相位信号一般不作为控制回路输入）。考虑每一时刻仅有一个气缸动作的简单情况，每个气缸动作之后只有一个行程阀被压下，然后也只有一个气缸在控制回路指挥下一动作。若每个动作都能够用前一动作的到位信号直接控制下一个动作执行，则称这样的程序为无障碍标准程序。此程序的执行信号都是原始信号。例如程序[A B A B 1100]就是无障碍标准程序。图2—9为其气路原理图。

图2—9 [A B A B 1100]气路原理图

大多数行程程序都是有障碍程序。例如：[A B C A C B 111000]程序就有部分执行信号不能选用原始信号。但可在其原始信号的“与”组合中找到需要的执行信号。这类程序称为有障碍标准程序。其障碍可用原始信号的“与”组合来排除，可参见后面例子。

还有一些程序例如[A B B A 1100]，它有部分执行信号既不能选用原始信号本身，也不能在原始信号的“与”组合中找到，需要增加记忆元件。这类程序称为非标准程序。

4．气动行程程序系统的设计步骤和方法

这里介绍的行程程序设计方法是一种通用的设计方法。

其主要步骤是：首先对行程程序的程序式进行校核。如果是标准程序，则直接用X —D 图法或卡诺图法进行设计；如果是非标准程序，则作校正设计，将非标准程序转换为标准程序，再用X —D 图法或者卡诺图法设计校正后的标准程序。图2—10为其设计过程框图。

图2—10 行程程序设计步骤框图

（三）程序的校核及校正设计

一个已知的行程程序，其执行元件（设为气缸）的动作由该动作在程序中所占的相位唯一确定。行程阀的作用只是检测执行元件动作的开始和结束。其检测信号输入控制回路，控制回路控制程序相位向后转变（相位递增），我们可用程序发生器、计算机完成对程序相位的控制，但最简单的方法是直接用行程阀组成控制回路。

N个执行元件（气缸）的程序有2N个行程阀，即N对，每个执行元件一对。取行程

阀被压下有气输出为控制信号，每对行程阀（a

1、a

，b

1

、b

，…）成为逻辑变量的两

个状态，N对行程阀组合起来共有2N种不同状态。实际上由于执行元件按规定程序动作，相应的行程阀能够出现的（有效的）组合状态常常少于少于2N种。即使行程阀组成的信号组合状态达到2N，最多也只能控制2N个动作的程序。实际行程程序中，由于同一执行元件多次动作，整个程序中动作次数可能多于2N次；或由于行程阀组合状态达不到2N种，则行程阀组成的控制信号组合状态少于实际的动作次数，程序中不同动作将不能由不同控制信号组合状态控制。若不对控制系统进行予处理，程序中的不同动作将由同一个信号组合状态来控制，这样系统就会出现误动作或卡死。这就需要我们在设计行程程序控制回路之初先对控制系统进行予处理，加入一定的逻辑元件，保证程序中每一个动作都由不同的控制信号组合状态控制，然后再对控制信号组合状态进行化简，得到各动作的实际执行信号。我们称这种予处理过程为程序的校核及校正设计。所有行程阀的一种信号组合状态称为最小项。

（一）程序的校核

行程程序中存在用同一信号组合控制不同动作的现象，称该程序为非标准程序，如程序

[A B B A

1100

]。行程程序中每一个动作都有不同的信号组合来控制，则该程序为标准程序，

如[A B A B

1100]、[A B C A C B

111000

]等。因此判断行程程序是否标准（程序校核）只需判断

它是否有最小项重复出现（简称重复小项），有重复小项则是非标准程序，无重复小项则是标准程序。下面通过例2—3校核程序[A B C B A B C B

11100100

]来说明程序校核过程。

例2—3 校核程序[A B C B A B C B

11100100

]

解列程序相位、信号关系表

例中行程阀的信号a1、a0、b1、b0、c1、c0随行程程序进行时序地按一定规律变化，并组成各自的最小项。表2—5中每一个动作都有不同的信号组合状态来控制，无重复小项，该程序为标准程序。

表2—5 程序相位、信号关系表

这是一个多缸往复系统，所谓多缸多往复是指在一个程序循环中有一个或多个气缸的往复动作次数超过一次。例中B缸共动作了两次，A、C缸个动作一次，共有8个动作，需

要8个不同的信号或信号组合来控制。系统行程阀共有三对：a

0、a

1

为一对；b

、b

1

为