逻辑门电路的应用

逻辑门电路的应用
——传统继电器控制的船舶辅机自动报警电路的技术改造
摘要本文分析了用传统继电器控制的单台船舶辅机自动报警电路存在的问题，结合船舶自动报警装置的特点和要求对拟采用的改进方案的可行性研究。

阐明了应用逻辑门电路的优势。

对改进后的船舶辅机自动报警电路进行了具体的分析、介绍，并对实际运用中遇到的问题的解决方法进行了汇总。

最后对本次技改进行了总结和展望。

关键词报警控制逻辑门可行性分析经济实用
引言
自动报警装置是为了能随时了解和掌握船上各种机器的工作状况，并在出现不正常情况时，自动发出声光报警信号，引起值班人员注意，及时排除故障，保证机器安全可靠运行的一种信号装置。

自动报警装置普遍应用于主机和辅机的润滑油低压、高温、冷却水高温、锅炉高低水位等的自动报警系统中。

它由信号发送器、自动报警器和警铃组成。

信号发送器是用于控制水、油等的温度、压力、液位，保持给定值的控制继电器。

当到达给定极限时，能自动发出报警信号。

自动报警器是报警系统的受信器，报警时，能自动发出引起值班人员注意的音响和灯光信号，便于及时发现和排除各种故障。

警铃是自动报警装置的音响信号器。

船舶机仓里的湿度大、温度高、各种机电设备多，分布广。

在没有使用自动报警装置前，轮机人员巡视工作量较大。

因此运用自动报警电路装置，对减轻轮机人员工作量；改善轮机人员工作环境和推行人性化管理不仅有着一定的积极作用，而且十分重要。

（1）原单台辅机自动报警电路存在的问题
图1是三十多年前的单台船舶辅机自动报警电路。

由于此电路只负责控制一台辅机的自动报警。

所以，信号发送器的取样信号少，电路结构非常简单，符合自动报警装置的原理要求。

但仔细分析该图，发现此自动报警电路中的消音支路设计的不够完善。

其主要问题是：若某一报警信号发生后，声光同步报警。

值班人员按下消音按钮SB1后报警故障指示灯仍在工作，警铃停止工作，但若再有第二个报警信号发生时，对应的报警故障指示灯能正常报警工作，因消音继电器的常闭触点断开，电路中的电铃支路开路。

报警警铃无法工作，不能进行铃声报警。

光靠灯光报警不能起到自动报警的作用。

必须依靠铃声报警。

否则，自动报警装置无法发挥声光同步报警应有的警示作用，这样对机器的安全极其不利。

船舶的空间有限。

机舱集控室也不可能太大。

而且机舱集控室里要有3—4块配送电屏。

主机和辅机的控制大都分集中在集控室，2台辅机报警控制箱必须合二为一，并且尽量少占空间。

（2）拟采用方案简介和可行性分析
根据上面所述，我们拟定了下列三个方案。

A方案：仍用传统继电器控制方式
针对单台船舶辅机自动报警电路（图1）存在的问题，设计了图2。

图2解决了原报警电路存在的问题，并将两台辅机报警控制箱整合为一体。

线路依然很简单，但因为完全采用传统继电器控制方式，继电器所用数量较多，所用动静触点也比较多。

这就带来了两个问题：一个是继电器多，触点多。

任何一个有经验的维修人员都知道，在电器控制线路中继电器数目和触点数目越多，线路的故障必然也越多。

这给日后的维修、保养带来了一定的困难。

二是继电器多，控制箱所占空间大。

B方案：引用PLC技术
PLC是可编程控制器的简称，是一种用程序来改变控制功能的工业计算机。

梯形图是从继电器控制系统演变而来，梯形图是使用得最多的PLC编程语言。

图3是运用PLC控制的自动报警电路的梯形图。

从梯形图中可以看出，图2中的继电器几乎都可用PLC的软继电器取代。

而且PLC软继电器的触点不受数量控制。

图3改变了用传统继电器的控制电路。

充分体现了科学技术的时代性、先进性和科学性。

这是一个较好的技改方案。

但由于目前PLC技术在船舶电器控制中还未普及运用，船舶的轮机人员对PLC技术大多是只闻其名，未知其实。

——PLC的原理、梯形图和编程语言都还不太了解。

而且船员的流动性较大，这些给日后的正常运行和维护保养带来了一定的困难。

特别是目前PLC的价格较高（一般在1000元以上）。

经济性不够理想。

C方案：运用逻辑门电路
从图2中可以清楚的看到电路中存在着某种逻辑关系。

无论是铃声报警电路，还是消音电路。

都有着极其相似的逻辑关系。

若用早已普及使用，而且价格低廉的二极管组成的逻辑门电路对图2进行技术改造。

不仅能简化电路，减少使用继电器的数量，而且便于维护和保养。

（3）逻辑门及其运用的优势
逻辑门也称门电路，它是一种具有控制作用的基本单元电路，它能实现一些基本逻辑关系，能够按照一定的条件决定信号的通过与不通过。

所谓逻辑关系，是指事件的“条件”与“结果”之间存在的因果关系。

最基本的逻辑关系有三种：与逻辑、或逻辑、非逻辑。

与逻辑是指当决定一件事情的各个条件全部具备时，这件事才
会发生，这样的因果关系称之为与逻辑。

或逻辑是指当决定一件事情的各个条件中，只要具备一个或一个以上的条件，这件事就会发生，这样的因果关系称之为或逻辑。

非逻辑，非就是反，就是否定。

由上述可知，逻辑门只有三种基本电路：与门、或门、非门。

二极管门电路的优点是电路简单。

运用门电路对图2进行了改进，改进后的电路如图4所示。

图4中，运用(V1—V6)六只二极管组成的或门电路取代了测试继电器；运用(V7—V12)六只二极管组成的或门电路改进、完善了消音支路。

运用(V13—V18)六只二极管组成的或门电路完成了对铃声报警电路的改进。

取样信号B与继电器常开触点和继电器之间存有着与逻辑的关系；取样信号B与继电器常闭触点和电铃也有着与逻辑的关系。

用十八只二极管组成的三个或门电路，少用了近十个继电器，不仅如此，关键是简化了线路，减少了使用的触点和接头，提高了自动报警线路的安全性，可靠性。

便于日常的维护保养，而且经济性好。

我们分别粗略的对A、B、C三套方案中的继电器数量，继电器使用的触点数量和材料价格作了一下比较，并依此绘制了图5。

从图5中可以清楚地看出C方案具有较好的实用性和经济性。

A方案具有可操作性，但不够先进，控制箱体积比较大。

而且可靠性不太理想。

B方案虽具有很好的可操作性和科学的先进性，但经济性不理想，而且在目前情况下可操作的条件还未完全具备
C方案虽不如B方案先进，但可操作性、可靠性、经济性和实用性在目前情况下都比较理想。

简单、可靠、经济、实用是运用门电路的最大优势。

图5 A B C三套方案的对比
图5中A、B、C三套方案分别用红、黄、绿表示。

（4）运用门电路控制的自动报警电路的分析与调试运用门电路改进后的自动报警电路（图4）。

乍看此图，认为很复杂，但仔细观察、分析后可发现此图并不复杂。

图中只有6条控制支路，分别控制两台辅机的冷却水温高、润滑油温高和润滑油压力低地自动报警。

按扭SB1为消音按扭，它与继电器KA1—KA6和二极管V7—V12组成消音电路，专门负责声光报警后，停止铃声。

按扭SB2为测试按扭，供平时测试电路之用。

SA为电源开关。

指示灯HL1为电源指示灯，指示灯HL2—HL7分别为两台辅机的冷却水温高、润滑油温高和润滑油压低的故障指示。

B1—B6分别为两台辅机的冷却水温高、润滑油温高和润滑油压低的控制继电器（取样信号）的触点。

运用门电路的自动报警电路其工作原理是：合上电源开关SA，电源指示灯HL1亮，表示电路已有电。

此时，辅机工作一切正常，B1—B6均为常开，报警装置处于待令工作状态。

若1#辅机冷却水温高，相应的控制继电器的触点B1闭合。

1#辅机冷却水温高故障指示灯HL2立即亮起，同时KA1的常闭触点、二极管V13
与电铃HA组成的警铃电路得电工作，发出铃声报警，提示值班人员1#辅机有故障，值班人员闻讯后，按一下SB1，继电器KA1得电工作，KA1常开触点闭合自保。

此时，KA2—KA6虽在SB1按下瞬间通电，但因B2—B6未闭合，无法形成回路，KA2—KA6不能工作。

KA1常闭触点断开，切断了铃声回路，铃声停止。

但故障指示灯HL2仍在工作，继续提示值班人员1#辅机冷却水温高。

当值班人员排除了冷却水温高的故障后，冷却水温恢复正常，B1复位断开。

冷却水温高指示灯HL2熄灭。

表示此故障已排除。

若1#辅机冷却水温高故障还未排除，2#辅机的润滑油压力过于低，相应的控制继电器动作，B6闭合，2#辅机的润滑油压低的指示灯立即亮起，同时KA6中的常闭触点与V18组成的报警电路再次得电，报警铃声再次响起，提示值班人员，辅机又有新故障点，值班人员闻讯后，再次按下SB1，铃声电路失电，铃声停止。

HL2与HL7仍亮，提示值班人员有两个故障点。

值班人员处理完故障后，HL2与HL7都熄灭，一切正常。

同理，其它故障点发生故障后警铃仍可工作。

测试电路时，按下测试按扭SB2后，所有指示灯全部亮，同时铃声响起。

松开测试按扭SB2后，除电源指示灯外，其它灯熄灭、铃声停止。

若按住SB2不松手，再按下消音按扭SB1后，铃声停止。

指示灯仍全部正常发光，表明电路一切正常。

（5）运用中问题的处理
根据实际运用中遇到的问题和对问题的处理方法，汇总成以下几个应注意的方面。

a、电源极性问题
由于采用的是二极管门电路。

二极管具有单向导电性，所以一定要注意，二极管的阴、阳两极必须分别接电源的负极和正极。

否则电路不能正常工作。

有的电铃接线具有电源的极性要求，若测试时，电铃不响，应考虑其电源极性的接线是否正确。

b、电源电压问题
电源由电瓶供电，其电压有时会高于24V，电压值达27V。

这样，有的指示灯因质量不好灯丝极易被烧毁。

指示灯可用发光二极管取代，其效果最佳，而且使用寿命长，功耗低。

c、外接报警器问题
有些船舶要求机舱集控室和船员休息室能同时进行声光报警，电铃回路电流将增大。

为安全起见，可增加一只继电器，专门负责警铃电路的通断。

d、继电器与继电器器座连接问题
继电器采用的是信号继电器。

一定要注意，继电器与继电器器座连接的是否正确。

有的器座有卡槽口，便于正确插接。

没有卡槽口的，继电器插入继电器器座时要正确插入，确保连接正确可靠。

总结与展望。

运用门电路对传统继电器控制的辅机自动报警电路进行了技术改革，使新的电路更经济、实用、安全、可靠。

并且此电路具有扩展性和通用性。

取样信号数量可继续扩大，而原电路变化不会太大，只是增加了控制支路数；而且信号的取样不同，控制的目的也不同，此图同样可作为火警、舵机保护等的自动报警电路。

厂领导的大力支持和同志们群策群力、团结奋斗是本次技改成功的首要条件。

科学文化知识的指引是本次技术改革成功的必要条件——“知识就是力量”。

“寸有所长，尺有所短”。

充分发挥和利用二极管门电路简单的特点，使其物尽其用是本次技改最成功的一步。

我们必须承认，在目前条件下门电路控制的自动报警电路有许多优点。

明天，随着PLC知识的普及和广泛运用，用PLC控制的
自动报警电路也将得到运用。

更完善，更科学的自动报警电路必将随着科技的发展、普及，而不断更新改进。

参考文献
1、船舶电器设备汪渐主编人民交通出版社1988年版
2、电子技术基础机械工业出版社1988年版
3、PLC基础及应用廖常初主编机械工业出版社2004年版。