Методика синтеза дискретных систем управления с последовательными циклами. Часть 3

Теоретически любую сколь угодно сложную систему можно представить в виде подсистемы и вложить ее цикл работы в цикл другой, еще более сложной системы.

Важно подчеркнуть, что каждая подсистема, несмотря на сложность всей системы, в которую она входит, проектируется автономно, т.е. независимо от остальных подсистем.

Изучим методику синтеза дискретной системы управления с последовательными циклами на примере механизма автоматической смены инструмента (МАСИ) станка с ЧПУ (рис. 6.3).

МАСИ имеет два автооператора (захватных устройства) ЗУ1 и ЗУ2. Первое захватное устройство ЗУ1, совершая вращательное и поступательное движения, переносит отработавший инструмент из шпинделя (Ш) в промежуточное загрузочное место (ПЗМ), а новый инструмент – из ПЗМ в Ш.

Вращательное движение ЗУ1 происходит при помощи электродвигателя Д, а поступательное – посредством гидравлического цилиндра Ц1. В шпинделе инструмент зажат пружиной. Для ее отжатия и освобождения инструмента служит цилиндр Ц2.

Второе захватное устройство ЗУ2 может совершать два поступательных движения – горизонтальное и вертикальное, причем в горизонтальном направлении положение механизма контролируется в 3-х точках (1, 2 и 3), а в вертикальном – в 2-х. Привод ЗУ2 гидравлический (цилиндры Ц3 и Ц4).

Рассмотренную последовательность работы МАСИ удобно представить в виде следующей условной записи:

1-я подсистема:

ЗУ1 (+90°);        И1        ; ЗУ1 (    ); ЗУ1 (+180°);

ЗУ1 (    ); °);        И2        ; ЗУ1(-90°);

2-я подсистема:

ЗУ2 (1       3); ЗУ2 (    ); ЗУ2 (3       2); ЗУ2 (    ); ЗУ2 (2       1);

3-я подсистема:

Работа магазина М (в данном примере подробно не рассматривается);

2-я подсистема:

ЗУ2 (1       2); ЗУ2 (    ); ЗУ2 (2       3); ЗУ2 (    ); ЗУ2 (3       1).

Методика синтеза дискретных систем управления с последовательными циклами. Часть 2

Циклы работы подсистем могут быть вложенными один в другой любое количество раз.

Последнее означает, что любая подсистема может приостановить цикл своей работы и передать управление другой подсистеме, а та, в свою очередь, приостановив свой цикл работы, может запустить третью подсистему и т.д. Завершить свою работу подсистемы могут в обратной последовательности (рис. 6.2, а), либо в какой-то иной (рис. 6.2, б).

SHAPE  \* MERGEFORMAT

Подсистема 1

Подсистема 2

Подсистема 3

Запуск следующей подсистемы

Pusk12

Pusk22

Pusk11

Pusk21

Pusk3

а

SHAPE  \* MERGEFORMAT

Подсистема 1

Подсистема 2

Подсистема 3

Запуск следующей подсистемы

Pusk12

Pusk22

Pusk11

Pusk21

Pusk3

б

Рис. 6.2. Схемы запуска подсистем с вложенными циклами

Методика синтеза дискретных систем управления с последовательными циклами. Часть 1

Последовательные циклы дискретной системы управления представляют собой автономные подсистемы. С поступлением разрешающей команды на запуск в работу включается 1-я подсистема. Завершив работу, она передает команду на запуск 2-й подсистемы и т.д.

Каждая подсистема имеет специальный триггер управления, который показывает состояние подсистемы. Если триггер управления включен – значит подсистема активна, а если триггер управления выключен – значит подсистема находится в состоянии ожидания. Алгоритм функционирования всех триггеров управления идентичен.

Разбиение проектируемой системы управления на отдельные подсистемы в определенной мере субъективно, т.е. проектировщик сам должен определить, какие механизмы или группы механизмов должны войти в ту или иную подсистему. Обычно этот вопрос решают исходя из законченности конструктивного оформления какой-то части объекта управления (часто такую часть называют модулем или агрегатом) или из законченности части технологического процесса.

Количество исполнительных органов и датчиков в подсистеме определяет число входных и выходных переменных. Чем больше этих переменных, тем сложнее становится циклограмма работы механизмов и тем труднее ее анализировать. В сложной подсистеме могут возникнуть проблемы, связанные с безопасностью и надежностью ее работы, особенно в аварийных ситуациях. Поэтому, исходя из практики, максимальное число входных переменных в подсистеме не рекомендуют увеличивать больше 10 – 12.

Разбивая систему управления на отдельные подсистемы, необходимо учитывать следующие критерии:

Выделенная  подсистема должна иметь завершенный цикл работы, т.е. по окончании автоматического цикла любая подсистема должна возвратиться в исходное состояние.

Цикл работы подсистемы может быть приостановлен один или несколько раз. Для продолжения работы приостановленной подсистемы на ее вход необходимо подать дополнительную команду на запуск.

Постановка задачи

Современные дискретные системы управления машиностроительным оборудованием (агрегатные станки и станки с ЧПУ, автоматические линии, транспортно-накопительные устройства, автоматические склады и т.п.) отличаются повышенной сложностью и поэтому часто реализуются на основе программируемых логических контроллеров (ПЛК), причем система управления, как правило, разбивается на отдельные, более простые подсистемы.

Логический синтез дискретных систем управления на основе ПЛК принципиально не отличается от синтеза твердотельных дискретных систем. В  реальном проекте необходимо учесть следующие основные факторы:

1) Большую (до сотен переменных) размерность систем управления.

2) Условия безаварийного функционирования технологических установок.

3) Нештатные режимы работы исполнительных органов и сервисные функции.

Перечисленные факторы следует рассматривать в сочетании с тем, что сложные дискретные системы управления промышленными объектами состоят из отдельных подсистем (или циклов), которые включаются в общий цикл работы последовательно, параллельно или последовательно параллельно (рис. 6.1).

Сложность проектирования систем управления, содержащих параллельные подсистемы, заключается в том, что при одновременном запуске двух или более параллельных подсистем часто бывает неизвестно, какая из них закончит работу раньше.

Рис. 6.1.  Последовательность работы подсистем : а
– последовательная;

б – параллельная; в – последовательно-параллельная

Построение дискретных систем управления в базисе элементов И – НЕ. Часть 2

В качестве примера приведем к базису элементов  И – НЕ  систему управления электрифицированной агрегатной головкой (рис. 5.31).

Рис. 5.48.  Исходная схема

От исходной схемы (рис. 5.48), на которой крестами отмечены связи, требующие инвертирования, переходим к промежуточной схеме (рис. 5.49), а затем к структуре (рис. 5.50).

Рис. 5.49.  Промежуточная схема

Рис. 5.50.  Окончательная схема

Построение дискретных систем управления в базисе элементов И – НЕ. Часть 1

Среди интегральных микросхем серии  ТТЛ  наиболее распространен активный элемент  И – НЕ. Наиболее удобным методом построения схем на элементах  И
– НЕ  является предварительный синтез системы управления в базисе  И,
ИЛИ, НЕ, а затем переход к базису 
И – НЕ  по приведенному ниже правилу.

Если имеется готовая структура в базисе  И, ИЛИ,
НЕ, то можно перейти к структуре в базисе  И – НЕ  с помощью графических преобразований, т. е. не прибегая к алгебраической записи логических функций. Указанные преобразования следует выполнять в следующем порядке:

Составляется исходная схема, в которой инвертируются отдельные внутренние связи, входы и выходы:

а)         инвертируются все внутренние связи между одноименными элементами  И  и  ИЛИ;

б)      инвертируются все входы, подаваемые непосредственно на элементы  ИЛИ;

в)      инвертируются все выходы, идущие с элементов  И.

2) Составляется промежуточная схема, в которой учтены инверсии, произведенные во внутренних, входных и выходных цепях.

3) Составляется окончательная схема, в которой все элементы 
И  и ИЛИ  заменяются на элементы  И – НЕ  с соответствующим числом входов.

Особенности синтеза релейно-контактных систем управления. Часть 10

В отличие от первоначальной схемы (рис. 5.39) данная схема не содержит в явном виде статические RS-триггеры.

Особенности синтеза релейно-контактных систем управления. Часть 9

Теперь реализуем полученные логические функции в виде релейно-контактной схемы (рис. 5.46).

Рис. 5.46.  Релейно-контактная схема управления

гидрофицированной агрегатной головкой

Особенность логических функций  fx  и  fy  в том, что они непрерывные, а прототипы, на основе которых получены эти функции, – импульсные.

Если требуется перейти от контактного варианта системы управления к бесконтактному на элементах  И, ИЛИ, НЕ,  то достаточно в выражениях логических функций заменить символы   fx  и  fy  соответствующими переменными  х  и  у:

;

.

На основании данных уравнений строим бесконтактную схему управления гидрофицированной агрегатной головкой (рис. 5.47).

Рис. 5.47.  Бесконтактная схема управления гидрофицированной

агрегатной головкой

Особенности синтеза релейно-контактных систем управления. Часть 8

Рис. 5.45.  Запоминающие элементы:

а – на основе триггера; б – на основе реле

С учетом изложенного запишем логические функции включения ре-ле, которые управляют движением гидрофицированной агрегатной головки.

;

.

Особенности синтеза релейно-контактных систем управления. Часть 7

Рис. 5.44.  Минимизация логических функций с помощью карт Карно