在微機上模擬電器控制線(xiàn)路的工作過(guò)程

摘要：本文對電器控制線(xiàn)路在微機上模擬運行的核心問(wèn)題——邏輯表達式分析過(guò)程的實(shí)現進(jìn)行論述，簡(jiǎn)要說(shuō)明程序設計的主要思路。

關(guān)鍵詞：計算機，電器控制，模擬，CAD

一、引言

實(shí)現順序控制的電器控制線(xiàn)路的數學(xué)模型是一組邏輯關(guān)系表達式，其中邏輯變量代表控制觸點(diǎn)，受控元件的電磁線(xiàn)圈為各觸點(diǎn)的邏輯函數，邏輯函數值即對應受控元件的工作狀態(tài)。在電器控制系統運行過(guò)程中，各元件及觸點(diǎn)狀態(tài)的變化，使邏輯運算結果隨之改變，這種變化的過(guò)程實(shí)際就是電器控制線(xiàn)路的運行過(guò)程。

電器控制系統中元件與控制觸點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系是根據系統控制要求確定的，模擬控制線(xiàn)路的運行過(guò)程就是要按一定順序解算控制系統的數學(xué)模型——邏輯代數方程組。在方程組中，以邏輯函數代表運算元件的電磁線(xiàn)圈，以邏輯變量代表元件觸點(diǎn)。對同一電器元件來(lái)說(shuō)，其線(xiàn)圈和觸點(diǎn)的物理狀態(tài)是互相關(guān)聯(lián)的，可約定邏輯函數值為“1”時(shí)表示線(xiàn)圈得電，同名的原變量取值為“1”，表示動(dòng)合觸點(diǎn)閉合；反之，邏輯函數值為“0”時(shí)表示線(xiàn)圈得電，同名的原變量取值為“0”，動(dòng)合觸點(diǎn)斷開(kāi)。

二、電器控制線(xiàn)路模擬運行程序設計的主要思路

1. 表達式分析的基本原理

計算機高級程序設計語(yǔ)言編譯系統中，通常配備有字符型變量，一個(gè)數學(xué)表達式可以以集中或分散的形式存儲在這類(lèi)變量中。將一個(gè)具有物理意義或數學(xué)意義的函數表達式轉換為計算機能夠執行的指令的過(guò)程，稱(chēng)為表達式句法分析。表達式的分析過(guò)程是按嚴格的代數規則進(jìn)行的，因為電器控制線(xiàn)路的數學(xué)模型是邏輯代數方程，故模擬運行程序中表達式分析依據的即為邏輯代數運算規則。

“遞歸下降法”是比較常用的表達式句法分析方法，其基本過(guò)程就是將一個(gè)完整的表達式逐項分解，分解出的成分可以是變量、運算符或子表達式，當根據分解規則識別出被分解出來(lái)的某個(gè)成分為子表達式時(shí)，就要繼續進(jìn)行分解，直至所有被分解出的成分皆為最基本元素為止（所謂最基本元素，即為事先約定的可以直接參與計算的變量和運算符）。

在設計表達式分析程序時(shí)，首先要約定變量、運算符及子表達式定界符，筆者根據電器控制線(xiàn)路數學(xué)模型——邏輯代數方程的基本運算規則，以及有關(guān)電器元件文字符號的標準規定，約定以下一些字符串為合法的邏輯變量：

sb——手動(dòng)按鈕動(dòng)合觸點(diǎn)變量；nsb——手動(dòng)按鈕動(dòng)斷觸點(diǎn)變量；

sq——行程開(kāi)關(guān)動(dòng)合觸點(diǎn)變量；nsq——行程開(kāi)關(guān)動(dòng)斷觸點(diǎn)變量；

KM——接觸器線(xiàn)圈函數；

km——接觸器動(dòng)合觸點(diǎn)變量；nkm——接觸器動(dòng)斷觸點(diǎn)變量；

K——中間繼電器線(xiàn)圈函數；

k——中間繼電器動(dòng)合觸點(diǎn)變量；nk——中間繼電器動(dòng)斷觸點(diǎn)變量；

KT——時(shí)間繼電器線(xiàn)圈函數；

kt——時(shí)間繼電器瞬時(shí)動(dòng)合觸點(diǎn)變量；nkt——時(shí)間繼電器瞬時(shí)動(dòng)斷觸點(diǎn)變量；

t——時(shí)間繼電器延時(shí)動(dòng)合觸點(diǎn)變量；nt——時(shí)間繼電器延時(shí)動(dòng)斷觸點(diǎn)變量；

YA——電磁鐵線(xiàn)圈函數，

約定在上述各邏輯函數及邏輯變量之后可附加0～9數字序號。約定“*”為邏輯“與”運算符，表示線(xiàn)路中的串聯(lián)連接；“+”為邏輯“或”運算符，表示線(xiàn)路中的并聯(lián)連接；“=”為邏輯函數賦值符。約定“（”、“）”為子表達式的定界符。

2. 表達式分析的實(shí)現過(guò)程

設一電器控制線(xiàn)路原理圖如圖1所示，對應的邏輯關(guān)系表達式如下：

K = ( sb1 + k ) * nsb2

其中sb1為K的起始信號，sb2為K的終止信號，k是元件K的自鎖觸點(diǎn)。當sb1出現時(shí)其邏輯值為“1”，在sb2沒(méi)有出現之前sb2的邏輯值為“0”，nsb2即為“1”，故經(jīng)邏輯運算K的邏輯值是“1”，即表示元件K得電，隨即k的邏輯值由“0”變?yōu)?ldquo;1”，表示自鎖觸點(diǎn)k自鎖閉合。

對這樣的邏輯函數表達式的分析過(guò)程是從“=”右側字符串分解開(kāi)始的，每分解出一個(gè)元素就要返回一個(gè)記號（稱(chēng)作token），這是表達式分解的核心過(guò)程，圖2為求取表達式元素分解子程序（get_token）流程圖，圍繞元素分解過(guò)程構成的表達式分析程序（caculate）流程圖如圖3所示。

圖2 表達式元素分解子程序(get_token)流程圖

以前面圖1為例，進(jìn)入caculat程序后調用get_token函數，得到函數名K及“=”符號，以下順序調用level2、level3、leve4子程，判斷出得到的是“（”符號時(shí)，說(shuō)明后面是一個(gè)子表達式，隨即遞歸調用level2子程，且再依次進(jìn)入level3、level4子程，這時(shí)可得出邏輯變量名sb1極其狀態(tài)值。其后由level4返回到level3并調用get_token函數，得到“+”運算符后返回。返回到level2后判斷出“+”運算符，即要調用get_token函數，得到變量名k及其狀態(tài)值并執行邏輯或運算，將計算結果存入一暫存變量result中，然后從level2退出。這時(shí)會(huì )返回到level4子程中且調用get_token函數，得到“）”返回返回到level3子程。在level3中判斷出為“*”運算符時(shí)調用get_token函數，得到 nsb2及其狀態(tài)值后執行邏輯與運算，最終將計算結果返回到變量K中，結束表達式分析計算過(guò)程。

三、結束語(yǔ)

本文論述了電器控制線(xiàn)路在微機上模擬運行的核心問(wèn)題——邏輯關(guān)系表達式的分解計算。設計這樣一個(gè)應用軟件，可以幫助設計者快速有效地檢驗設計結果、分析線(xiàn)路潛在問(wèn)題，可以說(shuō)是電器控制線(xiàn)路CAD不可缺少的重要環(huán)節，同時(shí)也是CAD技術(shù)大有可為的一個(gè)領(lǐng)域。

四、參考文獻

盧有杰、吳煒煜，《C語(yǔ)言高級程序設計》，清華大學(xué)出版社，1991