Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Структурный синтез аппаратной реализации алгоритмов работы цикловых систем. Учебное пособие
.pdf
Анализ графа начинается с определения возможности его простей-
p
p
x
шей реализации. Признаком простейшей реализации является расположение полярных одноименных выходов на диаметрально противоположных
дуговых участках исходного графа, что соответствует одной и той же последовательности в цикле прямых и обратных движений ИУ. В этом случае (рис. 5.2) в уравнение каждого выхода входит
только соответствующий
ему опорный сигнал:
2
1
1
12
,,, xzxzxzxz
2
2
. Структурная
1
схема данной системы управления не содержит логических операторов и
элементов памяти – триггеров, кроме самих гидрораспределителей, а ее
принципиальная схема строится прямым соединением датчиков состояния
с соответствующими входами полостей управления гидрораспределителей.
Любое нарушение указанного порядка расположения полярных одноименных выходов в исходном графе исключает его простейшую реализацию и требует
приведения графа к реализуемому виду. Это достигается
развязкой графа. Т.е. вводом в него логических операторов «И» (конъюнкторов) и триггеров (элементов памяти).
Для анализа графа и приведения его к реализуемому виду применяется способ разложения его на элементарные цепочки и сравнения их с типовыми. Цепочка представляет собой последовательность выходных
сигналов (часть графа), началом которой является один из выходных сигналов, а концом – этот же сигнал со знаком инверсии. Например, граф цикла
на рис. 5.3 содержит четыре цепочки:
21
12
2
;; zzzzzzzzzz
122
и
21
zz
1
.
1
Для упрощения записи при обозначении цепочки записывают только
ее начало и конец, пропуская промежуточные выходы, если они имеются.
Различают три типа таких цепочек –
и
В (рис. 5.7). В кружках, соответствующих вершинам графа, буквами m
и
n обозначены комбинации входных сигналов, а буквами
А (рис. 5.4), Б (рис. 5.5, рис. 5.6)
и q – опор-
ные сигналы.
Цепочка типа
налы выходят из состояний, отличающихся комбинациями входов
и
n и опорными сигналами
тельного значения в комбинации
(рис. 5.4
А. Состояния в начале и конце цепочки отличаются комбинациями
пу
а), для которой ,;;11;00
входных сигналов и опорными сигналами, а опорный сигнал
комбинации входов 11 равен нулю, т.к. 1
А характерна тем, что полярные одноименные сиг-
m
и q , причем сигнал p не имеет действи-
n . Например, цепочка
2
x . Если граф содержит це-
2
xqxpnm относится к ти-
2
1
при
2
zz
1
почки только такого типа, то имеет место простейшая реализация и его
развязка не требуется. Для цепочки типа
А в нереализуемом графе также
нет необходимости в развязке.
51
p
p
Рис. 5.4. Цепочки А: а) общий вид; б) для последовательности
10
x
1
Рис. 5.5. Общий вид цепочек типа Б
Рис. 5.6. Цепочка типа Б с элементом «И» на выходе:
;;10;11 xqxpnm
2
1
Цепочка типа Б характерна тем, что опорный сигнал p состояния,
стоящего в начале, присутствует в действительном виде (1
ции входных сигналов
оказаться, что
nm
n состояния, стоящего в конце. При этом может
или q
. Однако на характер развязки цепочки это
) в комбина-
не влияет. В любом случае она развязывается вводом оператора «И» для
выхода, который стоит в ее начале. Оператор «И» условно изображается
в виде треугольника на линии соответствующего выходного сигнала цепочки в графе (рис. 5.6). Его ввод означает, что опорный сигнал для данного выхода
который при комбинации входов
дополняется таким сомножителем из числа входных сигналов,
n обусловливает нулевое значение про-
изведения.
Цепочки типа
В (к таким цепочкам, например, относятся цепочки
zz и
2
2
на рис. 5.7) характерны для циклов с совпадающими так-
zz
1
1
тами, и они всегда развязываются вводом триггера. Включение (выключение) триггера дает дополнительное состояние и новый входной сигнал.
Этот входной сигнал является опорным для данного состояния. В качестве триггеров используем гидрораспределители с двухсторонним гидроуправлением – триггеры с раздельными входами и двумя
выходами (RS-триггеры). Для развязки цепочки типа
52
В разрывается ли-
раздельными
ния выходного сигнала в конце ее и в месте разрыва вводится дополни-
S
тельное состояние, которое становится исходным для разорванного выходного сигнала. Перед дополнительным состоянием вводится выходной
сигнал на переключение триггера. В начале цепочки типа
В необходимо
ввести оператор «И».
Рис. 5.7. Цепочки типа В:
а) общий вид; б) для цепочки
Цепочки типа В вида
zz и
i
i
zz ; в) для цепочки
2
2
требуют ввода новых состояний
zz
i
i
zz
1
1
в конце каждой из них и оператора «И» в начале. Два дополнительных состояния обеспечиваются одним триггером, имеющим опорные сигналы
y и y (выходные сигналы триггера) и входные сигналы на переключение
триггера
и R (рис. 5.8).
Рис. 5.8. Цепочки типа В с элементом «И» на входе и триггером
Таким образом, последовательной развязкой всех цепочек типа
В, входящих в исходный граф, происходит приведение его к реализуе-
и
Б
мому виду. При этом должны соблюдаться следующие правила.
1. Если рассматриваемый выход является началом нескольких цепо-
чек, которые развязываются вводом оператора «И», то ставится столько же
операторов.
2. Введенным дополнительным состояниям присваиваются обозна-
чения
nYYYYnYY ,,2,1;,,2,1 с учетом того, что каждый триггер дает
два разных состояния; указанная последовательность обозначений также
должна соблюдаться.
53
3. Число введенных дополнительных состояний должно быть чет-
ZZZ
Z
S
ным; если при развязке всех цепочек графа получено нечетное число дополнительных состояний, то оно дополняется до четного последовательным включением еще одного состояния в любую цепочку, но без ввода
оператора «И».
4. Дополнительные выходные сигналы переключения триггеров про-
веряются на реализуемость так же
, как и основные выходы графа, и при
необходимости развязываются вводом оператора «И».
Полученный в результате указанных действий граф является реализуемым и позволяет составить конечные уравнения выходных сигналов.
Уравнения составляются для прямого и инверсного выходных сигналов
управления распределителем.
5.2. Правила составления уравнений
1. Если выход реализуемого графа не имеет знака оператора «И», то
он определяется только опорным сигналом состояния системы, из которого выходит.
2. Если выход реализуемого графа имеет знак оператора «И», то его
уравнение имеет вид произведения опорного сигнала состояния, из которого он выходит, и опорного сигнала одного из предшествующих состоя
-
ний системы, который инвертируется в пределах цепочки для данного выхода. Если такого сигнала не ожидается, то требуется ввод дополнительного состояния.
3. Если один и тот же выход повторяется в графе, то его уравнение
записывается в виде суммы составляющих, определяемых по первому
и второму правилам.
4. В тех случаях, когда
отдельные ИУ в течение цикла срабатывают
многократно и одни и те же опорные сигналы встречаются несколько раз,
необходима дополнительная проверка уравнений выходов, содержащих
эти сигналы. При обнаружении возможности ложного включения в них
следует ввести дополнительный сомножитель согласно второго правила.
Пользуясь приведенными правилами, составим уравнения выходов
1221
для системы управления, работающей по циклу
, исход-
ный граф которого показан на рис. 5.3.
Приводим граф цикла к реализуемому виду (рис. 5.9). Цепочки
и
zz и
1
1
zz относятся к типу В и требуют ввода новых состояний в конце
1
1
zz относятся к типу А и не требуют развязки. Цепочки
2
2
zz
2
2
каждой из них и операторов «И» в начале. Два дополнительных состояния
обеспечиваются одним триггером. Введем их обозначения
ваем опорные сигналы
y и y (выходные сигналы триггера) и обозначаем
выходные сигналы системы на переключение триггера через
54
Y
и Y, записы-
и R. Т.к.
цепочки
R
S
S
R
ZZZ
Z
ZZZ
Z
Z
и
относятся к типу А, никаких изменений в графе
(рис. 5.9) больше не требуется. Граф является реализуемым, поэтому можно составить уравнения выходов системы.
Рис. 5.9. Граф цикла
приведенный к реализуемому виду
,
1221
Порядок составления уравнений выходных сигналов зависит от типа
распределителей, на управление которыми эти сигналы поступают. Для
распределителей с двухсторонним управлением с механическим «запоминанием» переключенного положения составляются уравнения для прямого
и инверсного выходных сигналов. При этом принимается во внимание, что
вызвавший переключение распределителя сигнал не обязательно поддерживать во всей зоне
его действия по графу. Он может быть кратковременным, например, импульсным при условии, что инверсный по отношению
к нему выходной сигнал в этой зоне запрещен. Должно быть исключено
также состязание инверсных выходных сигналов в момент переключения
распределителя.
Для реализуемого графа (рис. 5.9) уравнения выходных сигналов для
цикла работы двух ИУ:
будут
121
1221
.;;;;;
1
1
2
2
xRyzyxzxSyxzyz
2
По полученным уравнениям можно построить структурную и прин-
ципиальные схемы системы управления двумя ИУ.
Пример 5.2. Пневматическая система для автоматизации сверлиль-
ного станка с зажимным устройством и автооператором должна обеспечить управление работой трех ИУ – пневматических цилиндров, управляемых от двухпозиционных золотниковых распределителей (с «памятью»),
команды на которые поступают от элементов системы управления
(рис. 5.10). Пневмоцилиндр зажимного приспособления 1
; 2Z – пневмо-
цилиндр установки приспособления в позиции обработки и выгрузки;
55
пневмоцилиндр 3Z обеспечивает подачу сверлильного шпинделя. Коман-
z
z
z
ZZZZZ
Z
ZZZZZ
Z
ZZZZZ
Z
ды, переключающие распределители в положения, при которых происхо-
z
дит выдвижение штоков, обозначены
подаются при втягивании штоков ИУ. Крайние положения штоков кон-
3
тролируются с помощью конечных выключателей
, z2, z3; инверсные команды
1
x
, x2, x3,
1
,
1
2
,, xxx . Си-
321
,
стема управления должна обеспечить такую последовательность операций:
«зажим заготовки» – «установка приспособления в рабочую позицию» –
«сверление» – «вывод сверла» – «установка приспособления в позицию
123321
выгрузки» – «разжим», т.е. цикл:
.
Рис. 5.10. Схема системы из трех ИУ с распределителями
двухстороннего управления для сверлильного станка
Исходный и реализуемый графы цикла 123321
показаны на рис. 5.11. Цепочки, потребовавшие развязки, относятся к типу
Б (
ны два новых состояния
2
yy и
2
yy ) и типу В (
2
2
3
yy и
3
yy ). При развязке графа введе-
1
1
Y и Y , а также четыре оператора «И».
Рис. 5.11. Направленный граф цикла
123321
:
а) исходный граф; б) граф, приведенный к реализуемому виду
56
Уравнения выходов системы управления циклом имеют вид:
ZZZZZ
Z
;;;;
231241
xSyxzyxzxz
1
1
2
2
3
3
xRyzyxzyxz
3
.;;;
На рис. 5.12 показана структурная схема, построенная по данным
уравнениям, а на рис. 5.13 – принципиальная схема системы управления,
в которой операции логического умножения «И» реализуются последовательным соединением путевых переключателей с выходами триггера, а для
пуска и остановки в исходном положении служит пусковой клапан
С учетом введения пускового клапана
системы имеет вид
kyz .
11
k уравнение для выходного сигнала
1
k .
1
Рис. 5.12. Структурная схема системы управления для ИУ сверлильного станка
Рис. 5.13. Принципиальная схема системы управления ИУ на пневмораспределителях
с двухсторонним управлением для цикла
123321
57
5.3. Порядок выполнения работы
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
1. По заданному условию выполнения последовательности действий
ИУ составить исходный граф цикла и проверить его на реализуемость.
2. В случае необходимости привести исходный граф к реализуемому
виду по приведенной выше методике.
3. Записать условия (логические уравнения) выполнения выходных
функций системы управления и функций ЭОС.
4. Для выполнения условия режима наладки системы дополнить
лученные уравнения.
5. Построить по полученным уравнениям структурную схему систе-
мы управления ИУ для ее аппаратной реализации.
6. Построить принципиальную схему аппаратной реализации систе-
мы управления на заданных элементах гидропневмоавтоматики.
7. Собрать полученную схему на лабораторном стенде.
8. Проверить работу собранной системы по заданному циклу в авто-
матическом режиме и режиме наладки
.
9. Составить отчет о работе.
Варианты задания на работу
по-
1. Z1 – Z 2 – Z3 – Z 1 – Z1 – Z2 – Z 3 – Z 1
2.
1 – Z 2 – Z 3 – Z3 – Z 1 – Z2 – Z1 – Z 1
3.
1 – Z 2 – Z 3 – Z 1 – Z1 – Z2 – Z3 – Z 1
4.
1 – Z2 – Z3 – Z 1 – Z1 – Z 2 – Z 3 – Z 1
5.
Z
1 – Z2 – Z 3 – Z 2 – Z1 – Z2 – Z 2 – Z3
Z
2 – Z 1 – Z1 –
6.
7.
Z
3 – Z3 – Z 1 – Z 2 – Z1 – Z 2 – Z 3 – Z3
8.
Z
1 – Z2 – Z1 – Z 1 – Z3 – Z 3 – Z1 – Z 2
9.
3 – Z 2 – Z1 – Z 3 – Z2 – Z 1 – Z3 – Z 3
10.
Z
3 – Z 2 – Z2 – Z3 – Z1 – Z 1 – Z1 – Z 1
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
3 – Z1 – Z 3 – Z 2 – Z3 – Z2 – Z 1 – Z 3
Z
3 – Z 1 – Z3 – Z 2 – Z2 – Z 3 – Z1 – Z3
Z
3 – Z 1 – Z2 – Z 4 – Z4 – Z 2 – Z3 – Z1
2 – Z1 – Z 3 – Z 1 – Z 2 – Z3 – Z2 – Z 2
Z
2 – Z 1 – Z 3 – Z1 – Z2 – Z3 – Z 2 – Z2
Z
2 – Z1 – Z3 – Z 1 – Z2 – Z 3 – Z 2 – Z2
2 – Z 1 – Z1 – Z 2 – Z 1 – Z2 – Z 2 – Z1
2 – Z 1 – Z1 – Z 2 – Z2
18.
Z
1 – Z 2 – Z2 – Z1 – Z 1 – Z 2 – Z2 – Z1
19.
20.
58
3 – Z 2 – Z 1 – Z 3 – Z1 – Z2 – Z 2 – Z2
Z
1 – Z2 – Z1 – Z 1 – Z3 – Z 3 – Z1 – Z 2
р
Описание работы цикловых
систем на языке «ЯРУС»
Цель работы: изучить методику формального
описания цикла работы многотактных пневматиче-
№6
абота
Практическая
6.1. Методика описания алгоритма работы
Проектирование многотактных систем управления графоаналитическими методами необходимо начинать с составления формализованного
описания алгоритма работы управляемого автоматического устройства или
автомата, например, на алгоритмическом языке
условий и ситуаций).
Алгоритмический язык ЯРУС, предназначенный для описания работы систем управления машинами-автоматами, имеет блочное двухуровневое строение. Описание работы автоматического устройства разбивается
на отдельные части, которые называются пунктами. Это разбиение производится из функциональных, конструктивных, технологических и других
соображений. Например, удобно отдельно, в виде пунктов,
сание режима пуска или остановки проектируемого устройства. Часто для
упрощения процедуры синтеза структуры СУ сложное автоматическое
устройство разбивается на соединенные между собой отдельные блоки или
модули, режим работы которых задается отдельно. В этом случае пункт
может содержать описание работы одного блока или модуля. Если условия
работы задаются в виде
любой «компактный» кусок условий работы, объем описания которого, как
правило, значительно больше, чем описание связей данного пункта с другими пунктами.
Описание условий работы внутри пункта состоит из описания последовательности ситуаций, возникающих в процессе работы устройства.
В данном случае термин «ситуация» применяется вместо
тия «состояние» из следующих соображений. В теории автоматов термин
«состояние» часто ассоциируется с состоянием внутренних элементов дискретного управляющего устройства. В данном случае под «состоянием»
необходимо понимать не только состояние памяти управляющего устройства, но и состояния исполнительных механизмов, стадии технологического процесса. Например, ситуации 1 соответствует предпусковое состояние
ских и гидравлических систем управления на алгоритмическом языке «ЯРУС» и с помощью направленных графов по заданным начальным условиям
работы.
многотактной цикловой системы
ЯРУС (язык режимов,
проводить опи-
набора микропрограмм, то пункт может содержать
обычного поня-
59
СУ. При автоматическом повторении циклов СУ в ситуацию 1 не попадает. Последовательность ситуаций имеет тот же смысл, что строки таблицы
включений. Совокупность пунктов образует первый уровень алгоритмического языка ЯРУС.
Второй уровень называется «метаописание», он описывает взаимодействие между пунктами и некоторые общие сведения об устройстве
в целом. Техническое задание, описанное
на языке ЯРУС, состоит из трех
разделов: первый (общий) содержит списки входов и выходов системы
управления или устройства, второй состоит из пунктов и ограничений,
третий содержит метаописание.
Переменные. Все переменные алгоритмического языка ЯРУС – бу-
левы. Имеется пять видов переменных:
входные, выходные, временные,
промежуточные и ситуационные. Входные и выходные переменные мо-
гут пониматься и как «двоичные» состояния соответствующих объектов
управления. Это позволяет при составлении технического задания на алгоритмическом языке ЯРУС отвлечься от способов реализации датчиков
и исполнительных механизмов и записать условия работы в терминах состояний объектов.
В списках входных и выходных переменных (раздел 1) для
каждой
входной и выходной переменной необходимо указать ее характеристику
(т.е. является ли соответствующий сигнал потенциальным или импульсным). В последнем случае можно указать длительности соответствующих
импульсов.
Для выходной переменной необходимо различать два случая. Если
для управления дискретным объектом требуется два выхода (один для
включения, другой для отключения), то выходная
переменная, соответствующая этому объекту, называется двойной. Тип выходной переменной
(одинарная или двойная) обязательно указывается в списке выходов. Проектировщик при желании может, например, вместо двойной переменной
«мотор» ввести две одинарных переменных «пуск мотора» и «отключение
мотора», но при этом число переменных увеличится и появится дополнительное ограничение (эти две
переменные не могут быть одновременно
равны 1).
Если проектируемое устройство разбито на блоки, то для обозначения тех соединений между блоками, которые не являются выходами
устройства в целом, используются промежуточные переменные. В отличие
от выходных, промежуточные переменные при последующем преобразовании блоков могут исключаться. Промежуточные переменные могут быть
также введены искусственно
для облегчения записи.
Временные переменные связаны с обозначением выдержек времени.
Предполагается, что выдержки реализуются специальными таймерами, не
входящими в проектируемое устройство, и каждая выдержка реализуется
своим таймером. Устройство может запускать таймер и получать от него
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]