从另一视角分析自动往返行车控制电路的工作状态

许 惠 萍

(福建化工学校，福建 厦门 361022)

以前学习继电器控制电路，常利用各开关状态及其关系分析继电器得电失电分析其工作原理，但当支路多、继电器多、关联复杂时分析起来难度很高，特别是中等职业学校学生就很费劲了，查找故障难度更大。如果将电路的所有状态、状态转换及状态转换的条件，利用图解的方法表达出来，不仅对学生理解电路工作状态、电路维修非常有帮助，而且还能发现电路设计缺陷。下面以自动往返行车控制电路为例讲解得到状态图的方法，电路见图1。

1 继电器电路逻辑分析

在继电器控制电路中各控制元件具有以下特性：

按钮开关(无自锁)：开关状态只由按下、松开的动作决定，与作用前开关状态无关，无记忆功能。

按钮开关(带自锁)：每按一次，触点通断交替一次；按下按钮后是通还是断跟上一次状态有关，它是一个T触发器。

接触器、中间继电器等继电器：通电总是吸合，断电总是释放，与作用前状态无关。它无记忆功能，但通过它实现自锁、互锁时，其辅助触点对继电器(输出)又有控制作用，即出现了反馈，一般有记忆功能。

热继电器：在自动复位时，它是一个单稳态电路，过流动作是它的触发信号(复位前看成有记忆，复位后看成无记忆)；在手动复位时，它是双稳态电路，过流为置1信号，手动复位为置0信号。

逻辑代数是分析条件与结果之间的对应关系。构成条件(输入)与结果(输出)的变量都应该是逻辑变量，只能有两种取值。在继电器逻辑控制电路中，我们把线圈看成输出；电源之间控制线圈动作的触点及其组合是接触器(继电器)线圈动作的条件(输入)，既然是逻辑问题，就可以借助逻辑代数来分析。

行车动作是由KM1/KM2控制的，控制逻辑由二次回路决定，行车控制二次回路，如图2。

根据二次回路结构，列出控制回路的状态方程(1)：

(1)

注：继电器上标有n+1表示继电器的次态，标有n的表示继电器的现态

(2)

这个方程可以用EWB电子线路分析软件的逻辑分析，也可以用电子表格EXCEL软件计算状态表, 并利用排序功能简化状态非常方便。具体步骤如下：

第一步：方程(2)涉及到4个输入变量SB2、SB3、SQ1、SQ2，两个接触器的现态KM1n、KM2n，在时序电路中也作为输入共有6个输入量在EXCEL占6列，共有26=64输入组合，分别从000000到111111赋值，在次态列KM1n+1、KM2n+1用EXCEL逻辑计算表达方式，按方程(2)计算次态逻辑值见表1状态计算表。

表1 状态表计算

第二步：把表1中开始列左侧插入两列，将第KM1n+1、KM2n+1所在列的FALSE、TRUE分别用0、1替换。在第一列用EXCEL中字符合并计算式将KM1n、KM2n列合并，在第二列用字符合并计算式将KM1n+1、KM2n+1列合并，见表2状态表整理。

表2 状态表整理

第三步：为了更好更快地找到简化的状态表，选中全表(除标题栏)对第一列升序排序，第一列共有4个值00、01、10、11；把第一列值相同的作为一块得到00块、01、10、11块，在每个块内对第二列进行排序，再把同块第二列值相同的进行开关组合的逻辑合并得到简化状态表(见表3)。

表3 简化状态图

第四步：为了更加直观，将状态表用状态图形式画出，为了逻辑更加清晰，把同一张状态图拆分成两张，一张为正常状态如图3；一张为异常状态图4。

2 状态分析

(1)在按停止按钮或电动机过载热继电器动作(即F=0)时，不管行车原来处于什么状态都进入停止状态。

(2)在不按停止按钮，热继电器无动作(电动机无过载)时,按状态图行号顺序叙述如下：

①00块代表两个接触器都失电，即停机状态，在什么条件下会进入什么状态？

1)第一行为停机状态：KM1n、KM2n(下称现态)为00(停机)，条件SB2 SB3 SQ1 SQ2为0000，4个开关都不动作，KM1n+1、KM2n+1还是00(下称次态)，即一直维持停机状态，在刚开启电源时就是处于这种状态，或停机后不按左、右行开关，SB2 SB3，行程开关SQ1 SQ2也不动作。就是处于这种状态。

2)第二行到达左极点后右行状态：现态00，次态01(即KM1失电、KM2得电)行车右行，第二行是指SB2 SB3 SQ1 SQ2=××10，即只要左极限SQ1动作，SQ2不动作，SB2 SB3不管什么动作都是右行状态。处于正常状态。

3)第三行为强制右行状态：现态00，次态01，SB2 SB3 SQ1 SQ2=0100即行车不在左右极点上，只按右行按钮SB3时，右行。由于人工调整行车位置的操作状态。

4)第四行到达右极点后左行状态：现态00，次态10，即KM1得电、KM2失电行车左行，第二行是指SB2 SB3 SQ1 SQ2=××01，即只要右极限SQ2动作，SQ1不动作，SB2 SB3不管什么动作，行车都是左行状态。处于正常状态。

5)第五行为强制左行状态：现态00，次态10，SB2 SB3 SQ1 SQ2=1000即行车不在左右极点上，只按左行按钮SB2时左行。由于人工调整行车位置的操作状态。

6)第六行故障停车：现态00，次态00 ，SB2 SB3 SQ1 SQ2=××11，SB2 SB3不管怎么按，但由于左右限位开关同时动作造成无法开车，这为我们查找故障提供依据，这是状态表的(图)优势。

7)第七行为异常状态：现态00，次态11，SB2 SB3 SQ1 SQ2=1100即行车不在左右极点，同时按下SB2 SB3按钮时两个接触器会同时动作，导致电源涌过接触器电路；这是违章操作，在拟操作规程时左禁止项，或电路改进SB2 SB3也加入互锁；这也是列状态表的(图)优势，能发现电路设计缺陷，找到改进办法。

可见前面5行是正常状态，第6、7行是异常状态。

②01块，正在右行的行车下面会进入什么状态呢？

1)第八行行车到达右极点停车状态：现态为01即正在右行，下个状态为00，即右行后进入停车，条件SB2 SB3 SQ1 SQ2=×××1，只要行车到达右极点SQ2动作，行车就停车，这是正常、合理状态。

2)第九行右行维持状态：现态为01，次态还是01，保持右行，SB2 SB3 SQ1 SQ2=×××0即在右行时只要右极点行程开关SQ2不动作，行车一直右行，这正常状态，要停机只能按停车按钮SB1了。这对我们编写操作规程很实用。

③10块，正在左行的行车又会进入什么状态呢？

1)第十行到达左极点停车状态：现态为10即正在左行，下个状态为00，即左行后进入停车，条件SB2 SB3 SQ1 SQ2=××1×，只要行车到达左极点SQ1动作，行车就停车，这是正常、合理状态。

2)第十一行左行维持状态：现态为10，次态还是10，保持左行，SB2 SB3 SQ1 SQ2=××0×即在左行时只要左极点行程开关SQ1不动作，行车一直左行，这正常状态，要停机也只能按停车按钮SB1了。这在我们编写操作规程时需注意。

④11块，两个接触器同时动作，造成电源电路，电路毫不犹豫地停止运转。

第十二行现态为11，次态是00，条件是SB2 SB3 SQ1 SQ2=××××，出现KM1、KM2为11，即两个接触器同时动作几乎是不可能发生的事情，但万一发生，SB2 SB3 SQ1 SQ2不管是什么状态，都立即进入停机状态，这是必须的。

3 状态图用于故障分析

例：行车右行无法停止，经过限位开关还不能停止。

这里虽然简单，但以此为例只是介绍方法。现态为右行即01，从状态图第八第九行可知，它只有两个次态：一个是停车，条件为SB2 SB3 SQ1 SQ2=×××1；另一个是继续右行，条件是=×××0，正常右行到右极点碰到SQ2时要转入停车的，对应条件，SB2 SB3 SQ1 SQ2=×××0转×××1。对照两个条件，问题是SQ2不能从0变为1。这里检查对象应该是SQ2，看看是坏了，还是安装问题导致行车无法使SQ2动作。

综上所述，状态图不但可以帮助学生掌握状态变化全貌及其转换的条件，还能发现设计缺陷，设计操作规程，还能为排除故障提供依据。对学生学习继电器控制回路、学习逻辑代数应用，以及对企业维修人员都有较高的参考价值。

参考文献：

[1]康华光.电子技术基础(数字部分)(第5版)[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]林炳南，张雷.维修电工应用技术(上)[M].北京：高等教育出版社，2005.