книги из ГПНТБ / Добролюбов, А. И. Автоматизация проектирования систем управления технологическими машинами

входное: аппарат 2 перешел в единичное состояние в пер­ вую очередь. Во вторую очередь сработали два аппара­ т а — 9 и 13-й. Причиной этих срабатываний явился аппа­ рат 2 (пятая цифра наборов).

В третьей строке одно срабатывание (3, 2, 0, 1) — ап­ парат 2 перешел в нулевое состояние в первую очередь.

В четвертой строке три срабатывания (4^ 4, 0, 1), (4, 5, 0, 1) и (4, 13, 0, 2, 4), т. е. два входных срабатывания 4 и 5-го аппаратов и одно вторичное срабатывание аппа­ рата 13, который перешел в нулевое состояние во вторую очередь, причем причиной этого срабатывания явилось срабатывание аппарата 4.

В конце счета машина снова печатает состояние всех аппаратов в конечном состоянии. Если схема работает циклически (как в данном примере), то конечное состоя­ ние схемы должно совпадать с исходным состоянием, на­ печатанным машиной в начале работы.

Очевидно, что табл. 8 может быть легко записана в форме функциональной циклограммы (табл. 7).

Форма печати в виде перечня срабатываний более компактна, зато менее удобна для визуального анализа. Печать в виде табл. 8 позволяет зафиксировать два и бо­ лее срабатывания одного аппарата в строке (крайне ред­ кий случай для схем технологических машин). Печать в виде табл. 7 в этом случае дает лишь последнее сраба­ тывание аппарата, а предыдущие срабатывания показа­ ны не будут.

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИ НАРУШЕНИЯХ ВХОДНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ И ОТКАЗАХ ЭЛЕМЕНТОВ

Задача обеспечения безаварийной работы технологи­ ческой машины является весьма ответственной и слож­ ной. Безаварийность работы машины в значительной сте­ пени определяется качествами системы управления: на­ дежностью функционирования отдельных аппаратов и системы в целом'; оптимальностью ее структуры; правиль­ ностью выбора параметрических характеристик испоЛьзуемой аппаратуры; введением достаточного числа бло­ кировочных связей; введением в систему управления обратных связей, дающих полную информацию о контро­ лируемых параметрах машины и т. д. Нарушение работы машины может происходить и по другим причинам, на­ пример, из-за неправильного проектирования механичес-

ких узлов машины, нарушения технологического процес­ са обработки, превышения допустимых нагрузок, непра­ вильной эксплуатации дефектов изготовления и многого другого. Однако мы будем рассматривать лишь вопросы исследования аварийных ситуаций в работе машины, вызываемых неправильным функционированием системы управления.

Аварийной ситуацией в работе схемы будем называть появление такой комбинации состояний аппаратов уп­ равления, которая приводит к разрушению элементов машины, появлению недопустимых режимов работы эле­ ментов и узлов, браку деталей, нарушению техники без­ опасности.

Аварийные ситуации в работе системы управления могут возникать по внешним причинам (неправильные входные действия, не соответствующие предусмотренной проектировщиком последовательности входных воздей­ ствий) и внутренним (отказы элементов схемы). Учет всех возможных аварийных ситуаций в работе системы управления при ее проектировании является неразреши­ мой задачей из-за необходимости анализа огромного чис­ ла вариантов. Даже при использовании средств вычис­ лительной техники анализ аварийных ситуаций путем полного перебора всевозможных комбинаций состояний элементов схемы является практически невыполнимым.

На практике задача обеспечения безаварийности ра­ боты системы управления решается следующим образом. Проектируется схема, обеспечивающая правильную ра­ боту технологической машины в заданных режимах. При проектировании схемы используются известные в прак­ тике проектирования схемные решения, позволяющие исключить, либо уменьшить вероятность появления неко­ торых типичных аварийных ситуаций: разжим детали в процессе обработки, врезание интрумента в деталь на ускоренном ходу и др. Однако такими типовыми схемны­ ми решениями учитывается лишь небольшая часть воз­ можных аварийных ситуаций. Затем выполняется анализ поведения схемы в различных непредусмотренных ситу­ ациях. При этом конструктор исследует лишь небольшое число различных неправильных входных воздействий (неправильная манипуляция органами управления в про­ цессе отработки цикла; нажим наладочных кнопок во время автоматического или полуавтоматического режи­ мов; неправильные состояния переключателей при выбо­

4

ре требуемого режима работы; случайные срабатывания путевых выключателей на разных этапах отработки цик­ ла и т. п.)„ Что касается анализа аварийных ситуаций, появляющихся в результате отказов элементов схемы, то он почти не осуществляется, так как для сложных схем является чрезвычайно трудоемким.

Автоматизация с помощью ЭВМ анализа аварийных ситуаций в работе системы управления позволяет не только освободить конструктора от утомительных прове­ рок схемы, но и расширить число исследуемых вариантов поведения схемы, повысить безошибочность выводов в отношении безаварийной работы технологической ма­ шины.

С помощью ЭВМ можно анализировать как внешние, так и внутренние причины возникновения аварийных си­ туаций в работе схемы.

Исходной информацией для моделирования работы схемы управления является, массив двухполюсников (табл. 3), описывающий структуру анализируемой схемы, исходное состояние (табл. 4) и последовательность вход­ ных воздействий (табл. 5). Нарушения в работе схемы могут происходить:

A. В результате изменения ее структуры при отказах элементов, т. е. в результате изменения массива двухпо­ люсников.

Б. В результате работы схемы при неправильных ис­ ходных состояниях элементов, т. е. в результате измене­ ния

B. В результате приложения к схеме неправильной последовательности входных воздействий, т. е. в резуль­ тате изменения входной последовательности.

Причем эти три вида нарушений могут происходить в любых комбинациях и на любых этапах работы схемы. Обозначим наличие или отсутствие нарушений А,. Б и В соответственно через 1 и 0. Очевидно, что всего имеется восемь различных комбинаций нарушений работы схемы:

Каждая из упомянутых комбинаций определяет не­ которую задачу анализа схемы, имеющую конкретный инженерный смысл.

Рассмотрим эти комбинации.

0 00 — отсутствуют нарушения в структуре схемы, ее исходном состоянии и входной последовательности. Эту комбинацию назовем основным (правильным) режимом работы схемы.

0 0) — исходное состояние схемы отличается от ее ис­ ходного состояния в основном режиме. Это нарушение может быть обусловлено неправильным начальным состо­ янием элементов, выбором режимов работы, неправиль­ ным исходным положением рабочих органов и т. п. При этом в результате анализа схемы будет получен ответ на вопрос: как будет работать правильная схема, если при неправильном исходном состоянии схемы или рабо­ чих органов машины подается прежняя правильная по­ следовательность входных воздействий.

0 11'— при исходном состоянии, отличающемся от ис­ ходного состояния схемы в основном режиме, подается измененная (по отношению к основному режиму) после­ довательность входных воздействий.

0 10 — на схему, находящуюся в состоянии, соответст­ вующем исходному состоянию основного режима, пода­ ется непредусмотренная последовательность входных воз­ действий.

100 — нарушение, связанное с отказами элементов схемы. Для моделирования отказов элементов требуется изменять соответствующие им двухполюсники. Можно моделировать как устойчивые, так и неустойчивые отказы элементов. В первом случае изменения двухполюсников вносятся перед началом счета по программе и в процессе счета остаются неизменными. Примером устойчивого от­ каза может служить залипание размыкающего контакта аппарата (образование постоянной проводимости). В этом случае моделирование отказа осуществляется путем замены в соответствующем двухполюснике кода DIF-1 на DIF-5. В случае отказа, заключающегося в постоян­ ном разрыве замыкающего контакта или обрыве катуш­ ки, отказ моделируется удалением соответствующего двухполюсника из общего списка двухполюсников. Вооб­ ще отказ, заключающийся в образовании постоянной про­ водимости, моделируется значением DIF-5, а отказ «об-

36-

рыв» моделируется удалением соответствующего двухпо­ люсника из списка.

При моделировании неустойчивых отказов или устой­ чивых, но появляющихся в процессе работы схемы, изме­ нения в массиве двухполюсников происходят в процессе счета по программе. В этом случае, кроме характера из­ менений двухполюсников, требуется указывать и момен­ ты их появления.

Оставшиеся комбинации 101, ПО и 111 соответствуют моделированию схемы при одновременном появлении различных нарушений.

Назовем задачу анализа работы схемы в основном режиме (комбинация 000) основной задачей анализа. За­ дачи, соответствующие остальным комбинациям перемен­ ных А, Б, В ,— дополнительными задачами анализа. Ал­ горитм анализа работы схемы построен таким образом, что позволяет конструктору решить в один прием основ­ ную и дополнительные задачи анализа. При этом инфор­ мация на решение основной задачи вводится в полном объеме (структура схемы, ее исходное состояние и вход­ ная последовательность), а информация для решения до­ полнительных задач задается в виде изменений по отно­ шению к данным основной задачи. Это сокращает объ­ ем исходных данных и затраты на их подготовку. Про­ грамма работает циклически, решая требуемые задачи анализа последовательно, причем при решении очеред­ ной задачи автоматически корректируются исходные дан­ ные основной задачи.

Таким образом, конструктор получает возможность одновременно решать задачу анализа правильной рабо­ ты схемы в основном режиме и задачи анализа схемы в различных непредвиденных ситуациях. Основой модели­ рующей программы анализа непредвиденных ситуаций является программа анализа, описанная в п. 2.

Рассмотрим порядок заполнения исходных данных и логическую схему моделирующей программы. Задание на логический анализ, приведенное в табл. 6, соответст­ вует анализу работы схемы в основном режиме. Для воз­ можности анализа всех восьми вышеописанных ситуаций требуется дополнить табл. 6 следующими массивами и переменными:

N SI—.массив, содержащий номера строк функцио­ нальной циклограммы, после которых вно­ сятся изменения в структуру схемы;

37

с помощью моделирующей программы, описанной в па­ раграфе 2 (рис. 4).

После анализа работы схемы в основном режиме при наличии вопросов (KOLW>0) выполняется циклическая работа программы по решению дополнительных задач анализа (блоки 3—9). При этом блок 9 работает лишь в тех случаях, когда заданный вопрос требует изменения массива двухполюсников MDW. Для этих случаев код вопроса KODW может принимать значения 100, 101, ПО, 111, т. е. KODW>3.

Результаты анализа схемы выдаются в виде ряда функциональных циклограмм, число которых равно чис­ лу заданных «вопросов к схеме». В этих циклограммах описывается работа схемы в конкретных ситуациях, явившихся результатом отказов схемы или неправиль­ ных входных воздействий. При появлении в схеме корот­ ких замыканий печатается сообщение «короткое замыка­ ние». По полученным результатам конструктор определя­ ет, приводит ли описанная в циклограмме работа схемы к аварийным ситуациям в работе технологической маши­ ны, и в случае необходимости производит в схеме или в механической части машины соответствующие изменения.

4. ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ КОМПЛЕКСА «МЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА — УПРАВЛЯЮЩЕЕ РЕЛЕЙНОЕ УСТРОЙСТВО»

Объектом нашего рассмотрения является класс меха­ нико-технологических машин, технологический цикл ко­ торых заключается в выполнении определенной цикли­ ческой последовательности движений рабочих органов. К этому классу технологических машин относятся авто­ матизированные станки, автоматические линии, кузнеч­ но-прессовое оборудование, всевозможные транспортные устройства и т. п.

Технологическая машина, как правило, состоит из од­ ного или нескольких рабочих органов, каждый из кото­ рых выполняет свою последовательность движений. По­ следовательность движений данного рабочего органа назовем технологическим циклом этого рабочего органа.

Технологический цикл каждого рабочего органа со­ стоит из конечного числа некоторых однородных участ­ ков, называемых элементами цикла. Элемент цикла ха­ рактеризуется постоянным набором технологических

40

функций (понятие технологической функции будет при­ ведено ниже).

Управление технологической машиной осуществляется системой управления, взаимодействующей с рабочими органами. Система управления в подавляющем боль­ шинстве случаев является релейной системой, реализо­ ванной на электрических и гидравлических аппаратах.

На рис. 6, а приведена схема простого рабочего орга­ на—сверлильной головки агрегатного станка. Здесь А\, А2, АЗ — путевые датчики, Kl, К2, КЗ — кулачки, дейст­ вующие на датчики в определенных точках пути.

Рабочий орган совершает технологический цикл, ко­ торый включает следующие элементы:

останов в исходном положении (ИП ); быстрый подвод (БП) сверла к детали (до отпуска­

ния А2); рабочую подачу (РП) (до воздействия на АЗ);

регламентированный останов (РО) (определяется за­ держкой реле РВ );

быстрый отвод (БО) сверла (до воздействия на А1); останов в исходном положении.

41