Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Структурный синтез аппаратной реализации алгоритмов работы цикловых систем. Учебное пособие
.pdf
Рис. 6.9. Граф ситуаций автоматического цикла
работы транспортного устройства
Проводим операцию стягивания вершин графа ситуаций путем объединения в макроситуации следующих друг за другом ситуаций, которые
не содержат сигналов включения и отключения одного и того же ИУ.
Полученные таким образом подмножества вершин в данном примере
на рис. 6.9 обведены пунктирной линией. После удаления всех дуг между
вершинами одной макроситуации и
объединения этих вершин в одну получили новый граф, вершины которого интерпретируются как макроситуации (рис. 6.10).
Рис. 6.10. Граф макроситуаций автоматического цикла
работы транспортного устройства
6.2. Порядок выполнения работы
1. По заданному условию выполнения последовательности действий
ИУ составить описание работы СУ на алгоритмическом языке ЯРУС в виде разделов и пунктов.
71
2. Составить граф ситуаций автоматического режима.
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
3. Составить граф макроситуаций автоматического режима.
4. Составить отчет о работе.
Варианты задания на работу
1. Z 1 – Z2 – Z 3 – Z1 – Z 1 – Z 2 – Z3 – Z1 – Z 4 – Z4
2.
Z4 –
3.
Z
1, Z3 – Z3 – Z 2 – Z 3 –
4.
Z
1 – Z2 – Z 3 – Z 4 – Z 2Z1 – Z2 – Z 1 – Z3, Z4 – Z1 – Z 2
5.
Z
1 – Z 2 – Z3 – Z 4 – Z1 – Z2 – Z 3 – Z2, Z4 – Z2
6.
Z
1 – Z 2 – Z 3 – Z1 – Z3 – Z 1, Z 4 – Z2 – Z4 – Z1
7.
Z
3 – Z 2 – Z 1 – Z 4 – Z3 – Z4 – Z2 – Z1 – Z 3 – Z3 – Z 4 – Z4
8.
Z
3 – Z4 – Z 2 – Z1 – Z3 – Z 4 – Z2 – Z 1 – Z 3 – Z3
9.
Z
3 – Z 1 – Z2 – Z 4 – Z1 – Z3 – Z 2 – Z 1 – Z1, Z4
10.
11.
Z
12.
Z
13.
2 – Z3 – Z 2 – Z1 – Z 3 – Z 1 – Z1 – Z4 – Z1
1 – Z2 – Z 2, Z4 – Z2 – Z3
1 – Z2 – Z 3 – Z4 – Z3 – Z 1 – Z 2 – Z 4 – Z1 – Z 1
4 – Z1 – Z2 – Z3 – Z 1 – Z 2 – Z1 – Z 3 – Z 1 – Z4
1 – Z2 – Z4 – Z 3 – Z1, Z 4 – Z 1 – Z 2 – Z1 – Z3
1 – Z2 – Z 3 – Z 1 – Z1 – Z 2 – Z 1 – Z 4 – Z4 – Z3
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
1 – Z2, Z3 – Z 4 – Z 3 – Z 1 – Z1 – Z 2 – Z3 – Z 1, Z4 – Z 3
1, Z4 – Z 2, Z3 – Z3 – Z 1 – Z1 – Z2 – Z 3 – Z 1
1, Z 2 – Z 3 – Z3 – Z 1 – Z2 – Z1 – Z 1 – Z 4 – Z4
1 – Z 2 – Z 3 – Z 1 – Z 4 – Z1 – Z2 – Z3, Z4 – Z 1
1, Z 3 – Z2 – Z3 – Z 4 – Z1 – Z 2 – Z 3 – Z 1, Z3 – Z4
Z
1 – Z2 – Z 3 – Z 2, Z4 – Z1 – Z2 – Z 4 – Z3 – Z 2
Z
2 – Z 4 – Z1 –
Z
3 – Z3, Z4 – Z 1 – Z 2 – Z1 –
Z
1 – Z2 – Z1, Z4 – Z 1 – Z3 – Z 4 – Z1 – Z 2, Z 3
2, Z 3 – Z 1 – Z3 – Z 2 – Z2 – Z4
2 – Z3 – Z3 – Z 4
3 – Z 3 – Z 2 – Z1 – Z 4 – Z2 – Z 1 – Z3, Z4 – Z 3
Z
3 – Z 2, Z3 – Z2 –Z4 – Z1 – Z 1 – Z1 – Z 4 – Z 1
3 – Z1, Z 4 – Z 3 – Z 2, Z 5 – Z3 – Z2 – Z 1, Z5 – Z 3, Z4
72
р
Синтез структурных схем
с использованием направленных графов
и формального описания на языке «ЯРУС»
Цель работы:
№7
абота
Практическая
Проектирование многотактных систем управления графоаналитическими методами необходимо начинать с составления описания алгоритма
работы управляемого автоматического устройства или автомата, например,
на алгоритмическом
Очевидно, что схема СУ для автоматической или полуавтоматической работы с минимальным количеством элементов может быть получена
при использовании на каждом переходе только сигналов возбуждения. Но
это не всегда возможно из-за противоречий, возникающих между этими
сигналами в различных переходах и вызывающих неправильное функционирование СУ. Устранение этих противоречий
с помощью сигналов, поступающих от вспомогательных элементов памяти
(ЭП), например, RS-триггеров, введенных в схему СУ.
В общем случае каждой ситуации (вершине графа) может соответствовать сигнал от одного ЭП. С целью уменьшения количества ЭП вершины графа объединяются в макроситуации.
В одну макроситуацию могут входить последовательно расположенные вершины, не содержащие сигнала включения и отключения одного и того же ИУ. Каждой макроситуации в системе управления соответствует один ЭП. В процессе работы системы управления включенное
состояние
от одного ЭП может быть поставлен в соответствие одной макроситуации. Исключение составляет случай, когда в СУ содержатся две макроситуации. Тогда целесообразно использовать один ЭП с взаимно инверсными выходами.
Включение
быть произведено либо из предпускового состояния СУ при выполнении
условий пуска, либо при выполнении условий перехода из предшествующей макроситуации, связанной на графе дугой с данной макроситуацией,
а также при наличии сигнала от ЭП, соответствующего этой предшествующей макроситуации.
j-го ЭП означает отработку j-й макроситуации. Теперь сигнал
турных и принципиальных схем многотактных систем
управления графоаналитическим методом на основе
формального описания цикла работы на алгоритмическом языке «ЯРУС».
7.1. Основные понятия
языке режимов, условий и ситуаций (ЯРУС).
j-го ЭП (соответствующего j-й макроситуации) может
изучить методику синтеза струк-
может быть произведено
73
В общем виде система уравнений, описывающих проектируемую
СУ, записывается следующим образом. Уравнения для функций включения (S) и отключения (R) ЭП можно записать:
S
где
х
– конъюнкция сигналов возбуждения, указанных на дуге, исходящей
р
из первой вершины;
q-й дуге, входящей в вершину j-й макроситуации; Y
j-му ЭП; k – количество ЭП.
го
Уравнения для функции включения (
= хp +
j
х
– конъюнкция сигналов возбуждения, указанных на
q
xy
qj
(j, q = 1,2,..., k), (7.1)
1
– выход предыдуще-
j-1
S) ЭП можно записать в другом
виде:
hhjnj
10
xyxyxxS
. (7.2)
Уравнение (7.2) означает, что в зависимости от порядкового номера
j-й макроситуации или момента включения ее в цикле, соответствующий
ей ЭП может быть включен либо пусковым сигналом
х , который воздей-
n
ствует на систему управления только в исходном положении (если проверка исходного положения необязательна, то
заменяется единичным сиг-
х
0
налом), либо сигналом от предыдущего ЭП при выполнении последнего
xy
в этой макроситуации логического условия
1
, либо сигналом от ЭП
hj
любой макроситуации при выполнении соответствующих логических
условий. Таких макроситуаций может быть несколько, поэтому в (7.2) введен член
xy
. Все перечисленные сигналы поступают на вход
h
S ЭП
j
через элемент ИЛИ (элемент логического сложения – дизъюнктор).
Отключение
ответствующего (
y с выхода любого другого ЭП, выполнение макроситуации которого
следует за выполнением данной
j-го ЭП производится либо сигналом
y с выхода со-
1j
j + 1)-го ЭП последующей макроситуации, либо сигналом
j-й макроситуации:
yR
. (7.3)
j
Уравнение (7.1) несправедливо для участка СУ, распадающегося на
ряд независимо и одновременно работающих контуров, сходящихся в одной вершине, являющейся началом
j-й макроситуации. В этом случае сле-
дует пользоваться следующими уравнениями:
S
R
Y
– выход следующего за j-м ЭП.
j + 1
Включение (отключение) ИУ в
= Y
j
j
= хp + &Y
(j = 1,2,..., k), (7.5)
j + 1
· хq ; (7.4)
j - 1
i-й ситуации может быть произведено
при выполнении условий перехода из предшествующей ситуации при
наличии сигнала от ЭП текущей макроситуации. Тогда уравнение для Z
с учетом его многократного повторения в течение цикла работы СУ можно
записать:
r
74
Z
х
где
в
– конъюнкция сигналов возбуждения, указанных на дуге, входящей
с
i-ю вершину (ситуацию); m – количество ИУ; n – количество дуг (пере-
r
=
iсYх (r = 1,2,...,m; c = 1,2,..., n), (7.6)
ходов).
При совпадении условий перехода в i-ю ситуацию с условиями пере-
хода в
j-ю макроситуацию уравнение (6) принимает вид:
Уравнение (7.7) применяется для команд
макроситуации, уравнение (7.6) применяется для команд
YZ . (7.7)
jr
z
, находящихся в начале
r
z
находящихся
r,
в середине макроситуации. По полученным уравнениям можно составить
структурную и принципиальную схемы проектируемой СУ.
7.2. Минимизация структурных уравнений
Схема СУ, реализованная по уравнениям (7.1-7.7), обладает повышенной надежностью – защитой за пределами макроситуаций против ложных срабатываний конечных выключателей. Однако эта надежность достигается ценой некоторой избыточности аппаратов. Избыточность аппаратов
в схеме можно устранить за счет исключения из схемы некоторых элементов «И» (конъюнкторов), связывающих входные сигналы с сигналами ЭП.
Это допустимо для входных сигналов, действующих только в пределах одной макроситуации. В несложных СУ эти сигналы можно определить при
просмотре графа.
Для устранения аппаратной избыточности по графу СУ строится
граф минимизации (
k-граф), содержащий столько вершин, сколько их
в графе ситуаций. Граф минимизации строится таким образом, что каждая
из его вершин соответствует конъюнкции сигналов возбуждения соответствующих ситуаций. Из каждой вершины
k-графа исходят дуги в те вер-
шины, конъюнкции сигналов возбуждения которых полностью содержатся
во входном наборе исходной вершины (пример 7.4, рис. 7.6). Далее на
k-графе пунктирной линией выделяются относительно входов полученные
для макроситуаций объединения. Затем на
k-графе находятся вершины,
в которые не входят дуги, исходящие из вершин других макроситуаций (на
графе отмечены *). Если такие вершины имеются, то для переходов, в которых действуют соответствующие этим вершинам конъюнкции сигналов
возбуждения, уравнения (7.1, 7.4, 7.6) принимают вид:
S
S
Z
=
r
= хp +
j
х (r = 1,2,...,m; c = 1,2,..., n), (7.10)
с
x ( j, q = 1,2,..., k), (7.8)
q
= хp + & хq , (7.9)
j
75
Если рабочее давление подается в полости ИУ через двухпозицион-
S
ный распределитель с односторонним управлением, то сигнал
z понима-
r
ется как прекращение с данного перехода подачи включающего сигнала
S
в камеру управления распределителя, а значения
z необходимо выписы-
r
вать для каждой макроситуации и для каждой вершины, где появляется
R
сигнал
z .
r
Методику перехода от формального описания на языке ЯРУС алгоритмов работы СУ автоматизированных и автоматических устройств и методику структурного синтеза схемы рассмотрим на примерах.
Пример 7.1
Для исполнительного устройства – пневмоцилиндра Z привода транспортного механизма (условия из примера 6.1), с учетом заданного цикла
работы, в соответствии со списком входов и выходов, а также перечня ситуаций граф автоматического режима работы системы управления приводом показан на рис. 7.1.
Рис. 7.1. Граф автоматического цикла работы привода
Каждая ситуация представлена вершиной ориентированного графа,
с учетом заданного цикла, а над каждой дугой записаны условия перехода.
Формально переменные, стоящие в числителе, относятся к последующей
вершине, а в знаменателе – к предшествующей.
Каждой вершине ставим в соответствие элемент памяти, который обозначим
Y с соответствующим номером, обозначенным римской цифрой.
В данном цикле невозможно сократить число элементов памяти, т.к. нельзя
выделить макроситуации, потому что последовательно расположенные вершины графа содержат сигналы включения и отключения одного и того же
ИУ. Следовательно, в данном графе ситуации и будут макроситуациями.
Следующий этап структурного синтеза – составление структурных
уравнений для аппаратной реализации системы управления ИУ, в соответствии с уравнениями (7.1-7.7).
76
Так, включающий вход ЭП I – SI (в данном случае он относится к си-
х
туации II) равен логическому произведению входной переменной
сящейся к ситуации II) и выходного сигнала
ствующей ситуации I (значение сигнала
S
= x3 · yIV.
I
х
1
y
, относящегося к предше-
IV
во внимание не принято).
(отно-
3
Аналогично составлены уравнения включения остальных элементов
памяти:
S
S
S
Выключающий вход ЭП
(7.5), приравниваем к выходному сигналу с последующего ЭП
R
= x2 · y
II
= x
III
= x2 · y
IV
– RI, в соответствии с уравнением (7.3),
I
= yII.
I
1
· y
III
;
I
;
II
.
.
II
Остальные уравнения для выключающих входов других ЭП выво-
дятся аналогично.
R
R
R
= y
II
= yIV;
III
= yI.
IV
III
;
После этого необходимо составить уравнения функций выходов при
работе СУ в автоматическом режиме. В данном случае все они (Z
S
и ZR)
находятся в начале макроситуаций, следовательно, по уравнению (7.7)
имеем z
и ЭП
z
z
S
– появляется одновременно с включением ЭП
в 4-ой ситуации. Таким образом,
III
Уравнение для
R
z
составляется аналогично.
S
= yI + y
R
= yII + yIV.
.
III
во 2-ой ситуации
I
По полученным уравнениям составлена структурная схема аппарат-
ной реализации СУ пневмоцилиндром транспортного устройства (рис. 7.2).
Рис. 7.2. а) структурная схема СУ; б) уравнения функций СУ
77
Пример 7.2.
Для двух исполнительных устройств привода механизма прессования (условия работы из примера 6.2), описание работы СУ представлено
в виде графа (рис. 6.4). Каждой ситуации соответствует вершина графа,
а над дугами, показывающими направление перехода, записаны необходимые условия работы. Анализ графа показывает, что ситуации 2 и 3 можно
объединить в макроситуацию, т.к. эти вершины не
содержат сигналы
включения и отключения одного и того же ИУ. Добавить к ним ситуацию
4 нельзя, потому что при этом в макроситуации будут
S
Z
2
и
R
Z
, т.е. явное
2
противоречие. Аналогично объединены в макроситуации вершины графа
1 и 4. Полученные две макроситуации обозначены римскими цифрами
и построен новый граф – граф макроситуаций (рис. 6.5), на дугах которого
сохранены логические условия, существующие в графе ситуаций (рис. 6.4).
Каждой вершине графа макроситуаций поставим в соответствие по
ЭП, т.е. в данном случае два
ЭП. Однако, если граф макроситуации имеет
две вершины, то можно обойтись одним ЭП при условии, что ЭП имеет
два инверсных выхода. Можно также выход с ЭП раздвоить, а затем один
из двух сигналов инвертировать. В качестве ЭП выберем RS-триггер
(триггер с раздельными входами). Составим уравнения включения ЭП
и уравнения выходных
функций системы управления:
S
R
S
R
xxS
;
51
;
xR
4
yyz
;
11
yxyxz
;
31131
yxyxz
;
2122
yyz
112
.
По полученным уравнениям строим структурную (рис. 7.3) и принципиальную (рис. 7.4) схемы аппаратной реализации СУ автоматическим
циклом.
Рис. 7.3. Структурная схема СУ
78
Рис. 7.4. Принципиальная схема СУ пневмоприводами механизма прессования
Если принципиальную схему СУ предполагается строить на элементах другого типа, например, на двухпозиционных золотниковых пневмораспределителях с односторонним управлением и пружинным возвратом
R
z
(рис. 7.5), то в этом случае выходных команд
нет, т.к. их имитируют
пружины пневмораспределителей, а уравнения должны отражать период,
в течение которого подаются команды z
По графу ситуаций автоматического цикла (рис. 6.4) команда
S
.
S
z
1
должна появиться в начале 2 ситуации и сохраняться в ситуациях 3 и 4, но
не более. Т.к. в ситуации 1 должен появиться сигнал
необходимо снять, чтобы пружина имитировала команду
чае уравнения промежуточных функций
ситуаций, а уравнения выходных функций СУ
S и R выводятся из графа макро-
S
z
1
и
S
z
выводятся по графу
2
R
z
, то сигнал
1
R
z
. В этом слу-
1
S
z
1
ситуаций:
S
1
xxS
51
;
xyxyyz
; yxz
33
xR
4
;
S
.
22
Рис. 7.5. Принципиальная схема СУ пневмоприводами
на пневмораспределителях с односторонним управлением
79
Пример 7.3.
Спроектировать схему пневматической системы автоматического
управления тремя исполнительными устройствами – пневмоцилиндрами
приводов руки манипулятора для перегрузки деталей с одного транспортного конвейера на другой (условия из примера 6.3)
.
Составить три варианта структурных уравнений, описывающих СУ
для управления пневмоцилиндрами:
• от двухпозиционных пневмораспределителей с двухсторонним
управлением;
• от двухпозиционных пневмораспределителей одностороннего
управления с возвратом от пружин;
• от трехпозиционных пневмораспределителей двухстороннего
управления с возвратом в среднее положение от пружин.
Описание работы СУ представлено в виде графа ситуаций (рис. 6.6).
Каждой ситуации соответствует
вершина графа, а над дугами, показываю-
щими направление перехода, записаны необходимые условия работы.
Условия перехода из предыдущей макроситуации в последующую
указаны на дугах графа макроситуаций и заданы булевыми функциями
(рис. 6.7). Значения этих условий равны условиям перехода из последней
ситуации (вершины) предыдущей макроситуации в ближайшую ситуацию
(вершину) следующей макроситуации.
Каждой вершине
графа макроситуаций поставим в соответствие по
ЭП, т.е. в данном случае четыре ЭП. В качестве ЭП выберем RSтриггеры (триггеры с раздельными входами). На основе уравнений
(7.1-7.7) с использованием графа макроситуаций составим уравнения
включения ЭП:
S
R
= xП + х2 ·
I
х8 · yIV
= y
I
; SII = x6 ·
; RII = y
II
III
yI
; S
; R
III
III
= y
= x1 ·
IV
x7 · yII
; SIV = x3 ·
; RIV = yI.
yIII
;
С использованием графа ситуаций составим уравнения выходных
функций СУ:
– при использовании двухпозиционных распределителей с двух-
сторонним управлением:
S
1
S
42
S
53
R
;
yz
I
yyxz
;
IIII
;
yxz
I
yxz
,
21
R
2
R
;
53
II
yyz
,
IVII
yxz
III
– при использовании двухпозиционных распределителей с односто-
ронним управлением, с возвратом от пружин:
S
1
yxyz
2
S
;
III
542
yyxxz
IIII
S
;
;
yxyyxz
IIIIII
553
– при использовании трехпозиционных распределителей с двух-
сторонним управлением, с фиксацией в среднем положение от пружин:
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]