6.3.5. Станція №3 (причинно-наслідкова модель)

Закінчуємо приклад - розглядаємо модульну станцію №3.

Для станції №3 обрана модель у формі причинно-наслідкового графа, число переходів якого дорівнює 7. Отже, цикл графа має 7 маркірованих дуг. Однак, маючи досвід двох попередніх станцій, граф з 7-ю дугами, ми будувати не будемо. Так само, як і при використанні інших підходів, число елементів моделі і їхній зміст може змінитися. Основні причини змін - неточності постановки завдання й вимоги форми моделі.

Отже, станція №3 одержала від станції №2 новий екземпляр продукції й сигнал Х_2.6. Екземпляр перебуває в одному із чотирьох лотків. Номер заповненого лотка вказує тип продукції. Отже, рух маніпулятора уздовж всіх лотків із включеним сенсором визначить лоток, укаже тип продукції, укаже позицію, з якої неї витягти. Далі, маніпулятор витягає продукцію й переміщає її до тари. Наступним кроком виконується укладання продукції в тару. Але, якщо тара укомплектована 20-ю екземплярами продукції, те заповнену тару необхідно замінити на порожню, і тільки після цього зробити укладання. Після укладання станція №3 передає станції №2 сигнал про готовність прийняти новий екземпляр продукції й технологічний цикл повторюється.

Уточнюємо послідовність дій станції №3.

Перша дія - виявлення сигналу Х_2.6 про надходження продукції на вхідну позицію станції №3.

Друга дія - позиціонування маніпулятора в заповненого лотка.

Третя дія - добування продукції з лотка станції №3.

Четверта дія - переміщення продукції до тари.

П'ята дія - укладання продукції в тару.

Шоста дія - переклад виконавчих пристроїв станції №3 у вихідний стан для можливості укладання наступного екземпляра продукції.

Сьома дія - передача інформації про завершення роботи на станцію №2.

Альтернативний перехід. Як ми й домовлялися, п'ята дія станції №3 є альтернативним. Якщо в тарі немає 20-і екземплярів, то робимо укладання продукції в тару. Якщо тара укомплектована, то попередньо робимо її заміну на порожню тару, і тільки після цього укладаємо продукцію. При виконанні цього «дії» використовуємо лічильник для контролю заповнення тари.

Деталізація п'ятої дії виробляється по такому ж сценарії, як і будь-якої станції. Потім можливо два варіанти. Якщо число виділених «деталей» дії велико, то організовується окремий модуль зі своїм номером. Для реалізації будується автономна підсистема цього модуля, а операції його включення й вимикання вносяться в послідовність дій станції. Якщо число «деталей» не велико, те, деталізовані послідовності основного й зворотного процесів вносяться в загальну послідовність роботи станції.

Становимо «молекули» станції №3. Розглядаємо по черзі всі дії. Далі керуємося формою «молекули» ПС моделі, точніше, заповнюємо цю форму для елементів дії.

У кожній дії виділяємо окремі функції. Для кожної основної функції будуємо зворотну функцію, місце якої в процесі буде визначено пізніше (по технологічному циклі).

Для виконання основної й зворотної функцій пропонуємо (попередньо) виконавчий пристрій.

Для виконання виконавчими пристроями цих функцій підбираємо тип керування й керуючий пристрій.

Для одержання сигналів про завершення виконання функцій підбираємо засобу контролю (датчики, сенсори й ін.).

Поєднуємо виконавчий пристрій, засоби керування й засобу контролю в циклічну «молекулу», привласнюємо їй ім'я-номер.

Прийом сигналу про надходження продукції. Виконавчий пристрій -прапор. Включення прапора по логічній команді Y₁ у яку входить сигнал від станції №2. Вимикання - по команді Y_|1 у яку входить сигнал про завершення укладання продукції в тару. Вираження команд одержуємо після побудови графа системи.

Контроль виконання команд здійснюється за значенням стану прапора. Якщо його стан дорівнює 1, то команда включення виконана. Якщо стан дорівнює 0, то виконано команду вимикання. Позначимо цей елемент Молекула «1», а його скорочене ім'я 1. Якщо ім'я використовуємо в індексі команди, то це команда включення Y₁ а якщо в індексі команди використовуємо ім'я зі знаком інверсії Y_|1 те це команда вимикання. Аналогічно й сигнали контролю за виконанням команд: X₁ і X_|1 відповідно. Використовуючи те, що керування й контроль за роботою прапорів, якщо вони виконують роль пристрою, аналогічні для всієї станції, докладну деталізацію опису прапорів далі приводити не будемо. Будуємо «молекулу 1» (мал. 6.31).

Пошук заповненого лотка. Виконавчий пристрій - поперечний лінійний пневмопривод маніпулятора - бесштоковый пневмоцилиндр двосторонньої дії. Керування моностабильное - трипозиційний пятилинейный клапан. Основний рух виконується по логічній команді, у яку входить інверсія сигналу датчика заповнювання лотка. Зворотний рух по команді, у вираження якої входить інверсія сигналу датчика вихідного положення. Контроль вихідного положення здійснюємо за допомогою геркона, установленого в паз пневмоцилиндра. Контроль положення заповнювання лотка здійснюємо за допомогою ємнісного або оптичного сенсора, установленого на каретці лінійного бесштокового пневмоцилиндра. Позначимо цей елемент Молекула «2», а його скорочене ім'я 2. Відповідно команда включення Y2, команда вимикання Y_|2, сигнал контролю за включенням Х₂ і за вимиканням Х_|2 . Будуємо «молекулу 2» (мал. 6.32).

Добування продукції з лотка. Виконавчі пристрої: пневматичний схват маніпулятора (пневмоцилиндр двосторонньої дії), вертикальний лінійний привод (одноштоковий пневмоцилиндр двосторонньої дії). Керування схвата - бистабильный двопозиційний пятилинейный клапан. Основна дія схвата по логічній команді Y3. Контроль за виконанням команди - досягнення необхідного рівня зусилля - за допомогою реле тиску - сигнал Х₃. Зворотний рух схвата по логічній команді Y_|3. Контроль виконання команди - повернення у вихідне положення - по сигналі Х_|3 від датчика положення (геркон). Вертикальний лінійний пневмоцилиндр забезпечимо бистабильным керуючої двопозиційним пятилинейным клапаном. Основна дія - опускання схвата - виконується по логічній команді Y₄. Зворотний рух - підйом схвата - виконується по логічній команді Y_|4. Контроль за опусканням схвата і його підйомом здійснюємо по положенню за допомогою сигналів Х₄ і Х_|4 від герконов, установлених у пазах циліндра. Позначимо ці елементи Молекула «3» і Молекула «4», а їхні скорочені імена відповідно 3 і 4. Кожна з молекул має свою схему, аналогічну попередньої. З огляду на незначні відмінності в схемах всіх молекул, пропонуємо Вам побудувати їх самостійно.

Переміщення продукції до тари. Виконавчий пристрій - поздовжній лінійний пневмопривод маніпулятора (бесштоковый пневмоцилиндр двосторонньої дії). Управління привода - бистабильный двопозиційний пятилинейный клапан. Основна дія - висування маніпулятора до досягнення позиції укладання в тару - по логічній команді Y₅. Контроль за виконанням команди - досягнення необхідного положення - за допомогою геркона - сигнал Х₅. Зворотний рух - повернення маніпулятора до лотка - по логічній команді Y_|5. Контроль виконання команди повернення у вихідне положення - по сигналі від датчика положення (геркона) Х_|5. Обозначени е - Молекула «5».

Укладання продукції в тару (безальтернативна частина). Ця дія виконується тими ж засобами, що й добування продукції з лотка. Міняється тільки порядок їхньої роботи. Споконвічно, продукція вже втримується схватом «3». Далі, лінійний привод «4» опускає схват із продукцією до тари. Після цього, схват «3» відпускає продукцію. Далі, привод «4» піднімає схват «3» без продукції у верхнє положення. Дія завершена, і побудова нових додаткових молекул не потрібно. Однак, ця дія включає й альтернативну частину, у якій з'являться нові елементи (див. нижче).

Переклад виконавчих пристроїв у вихідний стан - зворотні дії. Молекула «1» + Молекула «2» + Молекула «3» + Молекула «4» + Молекула «5». Засоби виконання цих дій нами вже визначені, а от перелік дій може зажадати уточнення, як мінімум, по двох причинах. По-перше, необхідно пройти весь технологічний цикл, може бути, ми щось пропустили. По-друге, не всі дії, навіть зворотні, можна виконувати одночасно: якщо в них загальний робочий простір - можливо фізичне руйнування, а дії в одному кінематичному ланцюжку можуть викликати динамічні перевантаження.

Передача інформації про завершення роботи на станцію №2. Виконавчий пристрій - прапор. Включення по команді, у яку входить сигнал контролю завантаження продукції в тару. Вимикання - по команді, що контролює прихід станції у вихідне положення. Всі позначення й будова аналогічні молекулі «1». Позначення - Молекула «6».

Деталізація альтернативної дії. «Укладання продукції в тару» складаються з альтернативних ділянок і безальтернативного продовження.

Альтернатива 1. Тара вільна. Початок 1-ой альтернативи - визначення порожньої тари. Факт визначення порожньої тари - Молекула «11». Далі виконується безальтернативне укладання продукції в тару за допомогою Молекул «3» і «4». Остання дія - додавання одиниці в зміст лічильника -Молекула «7».

Альтернатива 2. Тара заповнена. Початок 2-ой альтернативи - визначення повної тари. Факт визначення повної тари - Молекула «12». Вивантажуємо заповнену тару - Молекула «8». Завантажуємо порожню тару - Молекула «9». Включаємо лічильник на початок відліку - Молекула «10». Далі виконується безальтернативне укладання продукції: «3» + «4». Остання дія - додавання одиниці в зміст лічильника - Молекула «7».

Факти визначення альтернатив «11» і «12» виконуємо за допомогою прапорів. Включення прапора «11» виробляється по його логічній команді при «» лічильнику, що неспрацював, а прапора «12» - по його логічній команді при лічильнику, що спрацював. Реалізація молекул «9» і «10» аналогічна будь-якому приводу з контролем по положенню в крайніх позиціях, і збігається по будові із представленої на мал. 6.32.

Команди включення й вимикання поєднують молекули в систему. Помітимо, що виражень логічних команд ще немає (мал. 6.31, 6.32). Одержати їх можна по графі системи [4, 27]. У деякі з команд додаємо зовнішні умови. Наприклад, у вираження першої команди додається умова переходу активності від станції №2 до станції №3.

Становимо процес роботи станції №3 з основних і зворотних дії модулів-молекул (рис. 6.33). Ураховуємо правила побудови ПСМ графа [21, 22].

Основні правила говорять, що циклова система складається тільки із циклових елементів. Тому кожному включенню елемента в циклі системи передує вимикання цього елемента. Умова повинне виконуватися при проходженні й альтернативних ділянках, і паралельних ділянок, і послідовних ланцюжків груп асинхронних дій.

Відзначимо, що ПСМ модель і граф дозволяють перевірити коректність роботи кожного пристрою в пропонованій Вами моделі всієї системи.

Наступний крок - перевірка коректності й повноти моделі. Спочатку проводимо лінії зв'язку молекул у графі - вони визуализируют їхній внутрішній цикл роботи. Потім перевіряємо связность логіки всієї системи - чи можна граф розділити на частині, не розриваючи ліній зв'язку? Результат такої перевірки зображуємо пунктирними лініями невизначеності - їх 5 (мал. 6.33). Наявність ліній указує або на неповноту опису системи, або на присутність факторів, не підметів обліку. Адже ПСМ модель дозволяє розглянути кожний елемент сам по собі - як миниси-стему, у відриві від циклу або графа.

Якщо у Вас є досвід розробки подібних систем, то Ви без праці відшукайте неврахований фактор. Наприклад, якщо маніпулятор взяв продукцію, передав її на іншу позицію й повернувся у вихідне положення, то по стані маніпулятора не вдасться визначити, чи було виконане відвантаження продукції? Такої ситуації буде відповідати лінія невизначеності на графі, що з'єднує стан перед відвантаженням зі станом після відвантаження. Засобами ліквідації невизначеності є елемент пам'яті, що і запам'ятає, що відвантаження відбулося. Увівши необхідні елементи пам'яті, за відповідними правилами, одержимо граф логічно певної системи (мал. 6.34).

Помітимо, що два останніх кроки (перевірка й доповнення), можна й не виконувати, за аналогією із циклограмою або функціональним планом. Адже для станцій №1 і №2 ми не перевіряли коректність і логічну связность роботи, і разом з тим, дійшли до кінцевого результату. Але це тільки на перший погляд. Просто ці перевірки перенесені на етап реалізації - тестування роботи станції або керуючої програми. Для ПСМ графа ці завдання ми можемо вирішувати на рівні моделі, не доходячи до технічних засобів і програмування контролера.

Наступний крок - логічний синтез - побудова виражень керуючих команд, яких нам не вистачало при заповненні форм молекул (див. мал. 6.31, 6.32). Команд буде 26 - по двох (основна й зворотна) для кожної «молекули». Правила побудови команд ви знайдете в [4], деякі з команд 3-й станції ми приводимо, а для інших «молекул» Ви можете провести тренувальний синтез логіки системи.

Відзначимо, що логічний синтез для ПСМ виконується одночасно з мінімізацією. Оцінити таке сполучення Ви зможете, побудувавши будь-яку команду, наприклад, по кінцево-автоматній моделі у вигляді СДНФ, і зрівнявши її з однієї з наведених. До мінімізації, з огляду на, що процес включає 7 основних дій, у яких беруть участь 8 керованих і контрольованих приводів, форма СДНФ буде складатися з 7 доданків у кожному з яких 16 співмножників, деякі зі знаком інверсії.

Продовжуємо рішення завдання - етап реалізації 3-й станції. Отриманий результат (граф, молекули й команди) дає дві можливості переходу до технічних засобів, але при кожній з них уже відомо: виконавчі пристрої, засоби керування їхньою дією, засобу контролю за їхньою дією вже визначені й об'єднані в молекули. Не вистачає зв'язків між перерахованими елементами. Установлюємо зв'язку.

Варіант 1. Використовуємо граф ПСМ так само, як циклограму або функціональний план. Додаємо до дій молекул тактовий алгоритм або перемикальна схема.

Варіант 2. Будуємо минисистемы молекул, які взаємодіють по командах логічного синтезу.

У першому варіанті кожна дуга графа, ще до перевірки повноти моделі й введення елементів пам'яті (мал. 6.33), розглядається як один такт циклограми або крок функціонального плану. Тоді, у програмі із кроковою структурою або перемикальній схемі, маркування попередньої дуги, а точніше, добуток сигналів контролю з її індексами, є умовою початку команд із індексами маркування поточної дуги. Тобто є командою для переходу від такту до такту або командою на перемикання регістра. І так для всіх дуг графа. Облік специфіки бистабильного або моностабильного керування, так само, як і раніше, лягає на розроблювача, а відомості про керування й контроль беремо з опису молекул.

У другому варіанті реалізація будується у вигляді мережі асинхронних миниси-стем, як мультипроцесорна система. Кожна молекула має свою логіку включення й вимикання, пов'язану з іншою системою через логічні команди. В алгоритмі керування такий варіант може бути побудований у вигляді сканирующего циклу, що містить всі вираження команд керування, розташованих у довільному порядку [4, 13, 23, 24].

Відмінність другого варіанта - постійний контроль за всіма «молекулами» системи, на відміну від контролю команд тільки поточного такту в алгоритмі із кроковою структурою.

Основна складність застосування ПСМ моделі - опис у формі молекул всіх функцій системи. Для «двопозиційних» виконавчих пристроїв це завдання вирішується традиційно, у чому Ви не раз переконувалися на практиці. Опис у такій формі багатопозиційних пристроїв, пропорційної техніки, таймерів, лічильників, альтернативних переходів вимагає особливої уваги й акуратності розроблювача [4, 24, 25, 78, 79].

Практичну допомогу в цьому питанні роблять прикладні програми, такі як FluidSim або MAS-1 [15, 44, 45]. Перша неоціненна при відпрацьовуванні рішень окремих молекул, дозволяє розглянути численні варіанти конкретних виконавчих пристроїв, клапанів розподільних і клапанів тиску, регуляторів, типових схем, засобів электроавтоматики, сенсорів і іншого встаткування. Підспудно, візуалізація роботи пристроїв системи FluidSim підготовляє Вас до монтажу й тестування системи. Програма MAS-1 орієнтована на швидку перевірку логіки функціонування систем з більшим числом виконавчих пристроїв. Наприклад, уведення мінімального опису системи з 20...30 «молекул», достатнього для одержання діаграми роботи, здійснюється протягом 1...1,5 годин, а побудова тимчасової діаграми займає кілька мінут.