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

Таким образом, алгоритм на рис. 12 позволяет по за­ данной структуре технологической машины и ее исходно­ му состоянию получить информацию о ее функциониро­ вании в виде ТСТМ.

Каждая последовательность значений функций в ТСТМ описывает функционирование отдельного блока технологической машины (рис. 11). В процессе проекти­ рования системы, состоящей из ряда блоков, часто воз­ никает задача формулирования условий функционирова­ ния неспроектированных частей системы, на основании информации о функционировании спроектированных (или заданных) частей. Эта задача сводится к построе­ нию последовательностей в ТСТМ, описывающих функ­ ционирование проектируемого блока по заданным после­ довательностям блоков, связанных с проектируемым блоком.

Таким образом, принципиально изменяется постанов­ ка задачи моделирования системы. Исходными становят­ ся функции, описывающие заданные части машины, и функционирование этих частей в виде последовательнос­ тей значений их функций :во времени. Искомыми явля­ ются последовательности значений функций незаданных частей машины.

Такая постановка позволяет решить задачу автомати­ зированного формулирования условий работы незадан­ ных (синтезируемых) частей системы.

Нашей задачей является получение таблицы устойчи­ вых состояний синтезируемого релейного устройства, уп­ равляющего данной технологической машиной.

Задача построения ТУС в общем виде может быть сформулирована следующим образом: задано требуе­ мое функционирование механической системы технологи­ ческой машины; определить требуемую передаточную функцию искомого РУ.

Обращаясь к модели функционирования машины в виде ТСТМ, приходим к заключению, что функциониро­ вание механической системы описывается здесь последо­ вательностью значений 5 и V, а функционирование ре­ лейного устройства — последовательностью X и Z. Зна­

62

ратная ей функция Z < = /-1(Vt). Имея последовательность

тельности Vt и по функции Zt = J - (V t) находим последо­ вательность значений Zt-

Итак, для получения ТУС релейного устройства необ­ ходимо задать временные последовательности значений

St и Vt и функции Xt =fi (St, t), Zt=f~l(Vt).

Информация, требуемая для построения ТУС, пред­ ставляет собой информацию о функционировании меха­ нической системы машины (последовательности значе­ ний S t и Vt) и о передаточных функциях блоков 2 и 4 (см. рис. 11) технологической машины. Вся эта информация находится 1в распоряжении конструктора при синтезе РУ, поэтому на ее основе могут быть определены условия работы РУ. Действительно, последовательности значений St и Vt представляют собой информацию о требуемой работе управляемой механической системы и являются исходными данными на проектирование РУ. Информа­ ция, задаваемая функциями Xt = U{St, t) и Zt = f~4V2), определяется структурой блока формирования скоростей рабочих органов и блока взаимодействия рабочих орга­ нов с датчиками. Структура и функции этих блоков так­ же известны к моменту синтеза РУ и задаются в виде табл. 12, 13, 14 и логических функций (стр. 54).

Для того чтобы формализованное составление зада­ ния на синтез РУ было оправдано с инженерной точки зрения, необходимо иметь простой метод задания исход­ ных данных. Форма задания исходных данных должна позволить в простой и полной форме сформулировать исходное задание для построения ТУС, т. е. в удобной для проектировщика форме записать последовательности St и Vt для каждого рабочего органа и функции Xt и Zt- Функции Xt и Zt в достаточно удобной для инженера форме задаются в виде логических выражений и таблиц (см. табл. 11, 12, 13, 14). Рассмотрим теперь метод зада­ ния последовательностей координат и скоростей рабочих opraHOiB машины. Рассмотрим более детально сами эти последовательности значений S t и Vt-

Последовательность координат St рабочего органа на протяжении n-го элемента цикла представляет собой арифметическую прогрессию, так как элемент цикла ха­ рактеризуется постоянством скорости рабочего органа.

63

Поэтому общий член этой последовательности может быть выражен как S t= S°n + VnAt, где St — координата

рабочего органа в момент t — Tn+ At\ S° — начальная координата рассматриваемого элемента цикла (началь­ ная граница участка перемещения); Vn — скорость на участке; ^ = 0, 1, 2, 3... — дискретные моменты времени.

Таким образом, для задания последовательности зна­ чений S t на одном элементе цикла требуется задать две

величины: начальную координату S° и скорость Vn. Так как цикл рабочего органа представляет собой последова­ тельность элементов цикла, то для задания полной после­ довательности значений S t и У* (7= 0, 1, 2,...,k) рабочего органа достаточно задать последовательность значений

Si, Уц S 2, У2; ...; S ^ , Уль где N — число элементов цикла рабочего органа. Эти данные удобно представлять в виде

таблицы начальных координат S„ (табл. 16) и таблицы скоростей Vn (табл. 17). Для рабочего органа (рис. 6, а) эти таблицы имеют вид

Эти таблицы дают полную путовую скоростную кар­ тину движения рабочего органа. Если машина имеет W рабочих органов, то каждая из приведенных таблиц име­ ет W строк.

Функции Xt и Zt для рассматриваемого примера ма­ шины с одним рабочим органом приведены в табл. 12 и на стр. 55.

Данные, содержащиеся в таблицах координат и ско­ ростей и функциях Xt =fi(St, t) и Z t ^ f * 1(Vt), представ-

64

ляют собой полную исходную информацию, необходимую для формализованного построения ТУС.

На рис. 13 представлена блок-схема алгоритма по­ строения ТУС на основе упомянутой исходной информа­ ции.

Для фиксированных элемента цикла п и момента времени t вычисляется значение S t пути рабочего органа и состояние Xt входных аппаратов. Если входной набор Xt не изменился по сравнению с предыдущим, это озна­ чает, что схема не переходит к следующему состоянию (следующей строке ТУС) и все действия повторяются для следующего (^+1)-го момента времени.

Если входной набор Xt изменился, это означает, что схема переходит к следующему состоянию. При этом ,в блоке 6 проверяется, переходит ли машина к следующе­ му элементу цикла. Если переходит, то в блоке 7 номер п элемента цикла наращивается на единицу. Далее в блоке 8 находится выходное состояние Z как функция скорости рабочего органа и входной и выходной наборы печатаются в виде очередной MS-строки ТУС.

Окончание процесса наступает по достижении пос­ леднего N-го элемента цикла в блоке 11. Начальное вре­ мя Тп п-го участка © блоке 12 берется равным последую­

В табл. 18 приведена ТУС, построенная на основе ал­ горитма (рис. 13) для машины с одним рабочим органом, изображенной на рис. 6. Исходные данные представлены в табл. 12, выражениями на стр. 55 и таблицами путей и скоростей (табл. 16, 17). Как видим, полученная ТУС со-

Рис. 13. Блок-схема алгоритма построения ТУС

66

Stop

Рис. 14. Блок-схема алгоритма получения входной последовательности

Г л а в а 2

ИНЖЕНЕРНЫЙ МЕТОД СИНТЕЗА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ МАШИНАМИ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Проектирование систем управления машинами с ис­ пользованием ЭВМ является одним из важных этапов в создании автоматизированной системы подготовки произ­ водства в машиностроении.

Среди технологических машин с разнообразными спо­ собами обработки изделий наибольший удельный вес имеют металлообрабатывающие автоматизированные станки. На них изготовляется около 70% продукции мас­ сового машиностроительного производства. Характерной особенностью современных машин является высокая степень автоматизации и сложность систем управления.

Процесс проектирования системы управления можно представить в виде блок-схемы (рис. 15). Наиболее сложным с точки зрения возможностей автоматизации является этап логического синтеза. Целесообразность и возможность автоматизации логического синтеза при про­ ектировании систем управления технологическими маши­ нами обусловливается следующим.

1. Результатом логического синтеза системы управле­ ния является основная часть технической документации на электрооборудование. На его разработку требуется 30— 50% от общих трудовых затрат на проектиро!вание сис­ темы управления, что составляет 10—15 человеко-дней. Сведения, полученные при разработке принципиальной схемы, используются в виде исходной информации на всех последующих этапах технического синтеза, поэтому автоматизация ее проектирования является ключевой отправной позицией, на базе которой могут быть успеш­ но решены все другие задачи проектирования.

2. Инженерный метод логического синтеза систем уп­ равления позволяет заменить сложный творческий труд конструктора формальными операциями и автоматизиро­ вать его с помощью ЭВМ. Опыт конструктора, его знания,

69

эрудиция используются при выработке общих замыслов, идей, которые детализируются и реализуются вычисли­ тельной машиной.

3. Существенное преимущество автоматизированного синтеза заключается не только в возможности оптимизи­ рованной реализации заданных условий и получения раз-

Абстрактный синтез ^ ш м н т

Рис. 15. Схема процесса проектирования систем управления

личных вариантов структуры системы управления, но и в резком сокращении сроков проектирования систем уп­ равления.

Автоматизация логического синтеза систем управле­ ния предполагает широкое использование формальных методов теории релейных устройств. Инженерный метод синтеза базируется на ее результатах. Однако сложные задачи практического характера выдвигают ряд теорети­ ческих проблем.

В настоящее время логический синтез систем управ­ ления выполняют в конструкторских бюро (КБ) или от­ делах, занимающихся модернизацией машин, высококва­ лифицированные специалисты. Специфика применяемых на практике методов синтеза определяется, как правило, целым рядом факторов:

70

особенностями технологических машин, на проектиро­ вании которых специализируется проектная организация; сложившимися традициями проектирования данного

КБ;

опытом, научно-техническим уровнем и нередко ин­ туицией разработчиков проектов.

Эти факторы характерны как для проектирования тех­ нологических машин в целом, так и для синтеза систем управления в частности. Вследствие взаимодействия названных факторов методы синтеза и полученные на их основе результаты существенно различаются даже для одинаковых технологических машин, проектируемых раз­ личными КБ. Само собой разумеется, что единых мето­ дов синтеза систем управления не существует.

Можно выделить следующие характерные направле­ ния в проектировании систем управления:

1. Оригинальное проектирование системы управления, при котором части системы, соответствующие отдельным рабочим органам машины или элементам технологичес­ кого цикла, не выделяются. Это направление наиболее характерно для проектных организаций.

2. Агрегатированное проектирование, при котором система управления разбивается на части, соответству­ ющие отдельным механическим узлам машины. При этом широко используется унификация как на этапе логичес­ кого синтеза (унификация схемных решений), так и на этапе технического синтеза (унификация'технических ре­ шений). Невозможность использования агрегатированного проектирования систем управления машин, для кото­ рых нормализация механических узлов неэффективна, или еще не подготовлена уровнем развития нормализа­ ции, оправдывает широкое распространение оригиналь­ ного проектирования.

Метод синтеза, излагаемый в настоящей главе, отно­ сится к оригинальному проектированию, и пригоден так­ же при разработке систем управления отдельных норма­ лизованных узлов машины при агрегатированном проек­ тировании.

Отличительной особенностью задачи автоматизации * синтеза схем технологических машин является необхо­ димость удовлетворения ряда практических требований, предъявляемых к системе управления. Наиболее важные из этих требований следующие.

71