Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Соломонцев Ю.М. Теория автоматического управления

.pdf
Скачиваний:
106
Добавлен:
02.05.2014
Размер:
5.48 Mб
Скачать

где Nt — вес j'-ro такта; Ylt, У«. • •>, YM — состояние

исполни-

тельных механизмов в t-м такте; YSi

= О, если /-и механизм в i-м

такте выключен или включается;

Yit

= 1,

если j-н

механизм

в t-м такте включен или отключается;

/ =

1, 2, ..., k.

 

Циклограмма считается реализуемой, если отсутствуют такты

с одинаковыми весами. Если же в

циклограмме имеются такты

с одинаковыми весами, то такая циклограмма считается

нереали-

зуемой. Для получения реализуемой циклограммы в нереализуемую вводят промежуточные элементы памяти таким образом, чтобы исключить такты с одинаковыми весами. Если промежуточный элемент вводится для различения тактов с номерами а и р , то этот промежуточный элемент нужно включить до такта с номером а и выключить за этим тактом, но до такта с номером 0. Если же промежуточный элемент вводят для различения двух множеств тактов alt аг, ..., аг и рг, f52, .... pt, то этот промежуточный элемент нужно включить до такта с номером а± я выклю-

чить за тактом с номером ar, но до такта

с номером рг.

 

Число промежуточных элементов памяти зависит от числа

совпадающих

тактов:

 

 

 

 

где

М = maxjmj, m2, ..., тт\ — максимальное

число

тактов

с одинаковыми весами; mlt тг, ..., mr — число повторений

тактов

с весами аь

аг, ..., аг;

smln — минимальное число

промежуточ-

ных

элементов памяти,

необходимое для

преобразования

нере-

ализуемой циклограммы в реализуемую; 5Ши — максимальное число промежуточных элементов памяти, с помощью которых всегда можно преобразовать нереализуемую циклограмму в реализуемую.

При построении реализуемой циклограммы нужно добиться такого положения, чтобы в каждом такте включался и выключался только один элемент.

На основании реализуемой циклограммы составляют таблицу включений. Таблица включений содержит столько же тактов, сколько и реализуемая циклограмма, и содержит информацию о

состоянии

каналов выходных сигналов. Поэтому число строк

в таблице

включений равно числу выходных сигналов релейного

устройства

плюс число каналов управления элементами памяти.

Для управления одним элементом памяти нужно выработать два управляющих сигнала по различным каналам (выходным). Таблица включений для циклограммы, данной в табл. 4.9, приведена в табл. 4.10.

На основании реализуемой циклограммы составляют логиче-

ские функции работы каждого исполнительного

механизма и

промежуточного

элемента по следующему правилу:

 

1) составляют

полный набор состояний исполнительных меха-

низмов и промежуточных элементов Е — {О, 1, 2, ...,

(2*+* — 1)};

171

2)составляют набор из весов всех тактов А — (аг, с2, ..., aN\, где N — число тактов;

3)из полного набора вычеркивают те номера, которые соответ-

ствуют весам тактов, т. е. образуется разность множеств U — = Е А, которая является множеством номеров условных конституент единиц для выходных функций каждого исполнительного

механизма

и промежуточного элемента;

4) для

каждого исполнительного механизма и промежуточного

элемента составляют множество обязательных номеров конституент единиц, в которое включаются веса тех тактов, при которых рассматриваемый элемент или включается или находится во включенном состоянии (О;). Веса тактов, когда рассматриваемый элемент выключается, в множество обязательных номеров консти-

туент единиц не входят.

 

 

Таким

образом, для каждого исполнительного механизма и

промежуточного элемента

получают функцию следующего вида:

 

Y} = {Oj(U)}gr

при / = 1 , 2, 3

k +s,

где ZjZ,,-!

... Z1Khl/ft_1 ... \\ — базис переменных с весами 2*+*~',

2*+'~2, ...,

2', 2°.

 

 

На основании полученной системы уравнений синтезируется система управления, реализующая заданную циклограмму работы исполнительных механизмов.

4.8. СИНТЕЗ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ

СТАНКОВ-АВТОМАТОВ

 

Система управления станком-автоматом должна

обеспечивать работу

каждого узла

или исполнительного органа

по задаваемому для

него циклу и

необходимую последователь-

ность работы всех узлов в соответствии с общей циклограммой

работы их для обеспечения соответствующей

технологической

операции. Заданная последовательность работы

узлов в соответ-

ствии с циклограммой обеспечивается своевременной подачей однозначных выходных сигналов на выполнение очередного движения того или иного узла или группы узлов.

Каждая команда или выходной сигнал формируется из определенных признаков, к которым относятся положение и состояние узлов станка-автомата (в том числе и положение того узла, на движение которого формируется команда); наличие детали на определенной позиции; информация о предыдущем состоянии автомата; истечение определенного промежутка времени после выполнения некоторого движения и т. д.

При выборе способов контроля положения или состояния уз-

лов следует применять непосредственные способы

измерения.

В соответствии с этим пространственное положение узлов

необхо-

димо контролировать датчиками положения, в качестве

которых

применяют конечные выключатели или фотоэлементы.

Силу, раз-

виваемую узлами, контролируют датчиками силы, в качестве которых применяют реле давления (при гидравлическом приводе) или реле максимальной силы тока (при электрическом приводе).

Применение косвенных методов контроля пространственного положения или состояния узлов нежелательно во избежание возникновения ложных команд. Например, если пространственное положение узла контролировать с помощью датчика силы, то при возникновении случайных препятствий движению может возникнуть ложная информация.

Синтез системы управления станков-автоматов

рассмотрим

на примере автомата-перекладчика. Необходимо

синтезировать

систему управления автоматического цикла работы автоматаперекладчика, структурно-кинематическая схема которого приведена на рис. 4.16. Автомат-перекладчик может быть предназначен для различных загрузочных, сборочных, технологических операций и состоит из двух исполнительных механизмов Уг и Y9.

Объект управления

Рис. 4.16. Структурно-кинематическая схема автомата-перекладчика

173

4 If и,икло£раппа радаггы автомата-перекладчик г

Вес нечтозле

111

 

2

3

 

5

6

 

III

 

hopep г*акта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'

 

a

*

 

 

 

X,

*S" ^/^

_,(?•* 4 r

0

^2

 

 

/

/

 

*t

0

0 ,u'

"4

5ff

МиКГЛЦ

0

1

0

2

3

2

Ы2 Реализуемая циклограмма

tfci элемента

с

1

Z

3

ь

5

6

7

8

ii!

 

 

 

 

Напер

rrtatfna

 

 

 

л,

X '

X 0

У

1

/

0

2'

*!

0

0

а

,°'

1

I

ч

 

 

 

 

 

 

 

 

2'

1

0

X i

t

1

 

0

0

Вес

такта

0

1

5

"

6

Ч'^

J

2

 

 

 

 

 

7

Циклограмма работы автомата-перекладчика имеет следующий вид: Y.Y^.Y^Y,.

Выходные сигналы (управляющие воздействия Уь У\, 7S

и Yz) должны возбуждать электромагниты гидрораспределителей, которые вызывают движение поршня гидроцилиндров в соответ-

ствующем направлении Уг — выдвижение руки захвата, Уг — вдвижение руки захвата, 72 — перенос детали или руки захвата

в позицию В', Y2 — перенос руки захвата в позицию Л.

Система управления автомата-перекладчика согласно циклограмме работы должна вырабатывать соответствующие управляю-

щие сигналы по завершении предыдущего движения

Информация

о завершении соответствующего движения в систему

управления

поступает в виде сигналов датчиков положения В данном случае в качестве датчиков положения использованы путевые включатели, которые вырабатывают сигнал в тех случаях, если упор исполнительного механизма наезжает на них. Путевые включатели одного и того же исполнительного механизма одновременно не

могут

 

вырабатывать

сигналы

Кроме того,

когда

 

вырабатывает

сигнал

один путевой включатель, то другой путевой

включатель

Таблица

8клгоч(чии

о -перекладчика

 

не может вырабатывать сигнал.

Входной и

Нопер

тагта

 

 

Поэтому

состояния этих

двух

 

 

путевых

 

включателей

можно

а г «ел

; 2 } i.

5

6

1

8

 

 

рассматривать как одну двоич-

 

 

 

 

 

 

 

V,

 

 

 

 

 

 

ную логическую

переменную.

Y,

 

 

 

 

 

 

Циклограмма

работы

авто-

 

 

 

 

 

 

мата-перекладчика

приведена

 

 

 

 

 

 

 

Ъ

 

 

 

 

 

 

в табл.

4 1 1 .

Циклограмма яв-

 

 

 

 

 

 

 

ляется нереализуемой. Для того

^2

 

 

 

 

 

>-

чтобы циклограмму

сделать ре-

У,

 

 

 

 

 

 

ализуемой, необходимо

ввести

 

 

 

 

 

 

 

элементы

памяти.

Число сов-

*2

 

 

 

 

 

 

падающих

тактов

М = 2, так

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

как такты

с весами 0 и 2

встре-

'

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

чаются

2 раза. Определяем чис-

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ло элементов

памяти для пре-

"!

 

.о-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

образования

 

нереализуемой

1

.0'

 

 

 

 

циклограммы

 

в

реализуе-

 

 

 

 

 

 

 

 

мую: 2'плп ^. 2; 2'max

^5. з, следовательно, smm = 1 и Sm«

=2.

Анализ циклограммы показывает, что веса 0 и 2 тактов

3 и 4

повторяются в тактах

6 и 1. Поэтому можно ввести один элемент

памяти для различия тактов 3, 4 и 6, 1. Для этого элемент памяти нужно включить между первым и третьим тактами и выключить его

между четвертым и шестым тактами. Реализуемая циклограмма автомата-перекладчика дана в табл. 4.12.

На основании реализуемой циклограммы работы автоматаперекладчика составляют таблицу включения (табл. 4.13). На основании реализуемой циклограммыработы и таблицы включений автомата-перекладчика составляют логические функции работы исполнительных механизмов и элемента памяти: составляют

полный набор Е (k + s =

3); Е = (О, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7); составляют

набор А — (О,

1, 2, 3, 4,

Ь, 6, 7(; определяют множество U =

= Е А = 0

(пустое множество); для каждого выходного сиг-

нала составляют набор обязательных номеров конституент единиц:

У\ = (О,

1, 6, 7}Zy,yt;

?!= {2, 2, 4, 5}zy,y,;

Yt = (3,

4, 6, 7}Zy,y,;

?,

= (0, 1, 2, 5}zy,y,;

Yz=(l,

4, 5, 6}Zy,y,;

?z

= (0, 2, 3, 7}ryilv

Используя то обстоятельство, что воспринимающие выходные сигналы могут обладать памятью (запоминание события поступления управляющих воздействий), можно упростить структуру релейного устройства.

К таким элементам относят триггерные устройства, распределители гидро- и пневмопотоков с двусторонним управлением и

т. д. В этих случаях в качестве обязательного номера конституенты единицы для выходной функции оставляют только вес такта включения или выключения, а остальные номера конституент единицы

переводят в

условные.

 

 

Используя

это положение, можно упростить систему управле-

ния

автоматом-перекладчиком, так как воспринимающим элемен-

том

является

распределитель

с двусторонним управлением

без

пружины и в качестве элемента

памяти используют триггер.

Для

этого случая функции выходных сигналов примут следующий

вид:

 

У, = {0, 6(1, 7)}zy,y,;

?, = {3, 5(2, 4)]гу§г,;

 

 

К2 = {4(3, 6, 7)|гу,У1;

?2 = {2(0, 1, 6)}Wt;

 

 

Yz = (I (4, 5, 6))iy.y.;

Yt = (7(0, 2, 3)J,y,y,.

 

ITS

 

Mi

W

 

 

УгУ(

 

00

0!

II

00

01

II

10

Q

 

0

0

 

О

0

0

(Г~

<%л

0

0

(~

Р)

 

1

\^

Г)

0

0

Для

У,"г у, + гуг

 

 

 

 

Дт

У, = гуг

+ гуг

 

00

УгУ,

 

 

W

 

00

 

УгУ<

 

01

 

/1

 

01

II

10

0 0

0 0

~

0

о] Z~D

~

0

•V

(~

1 0

~

0

0

 

 

Для

Y2 = zy,

 

 

УгУг

 

00

 

0/

 

П

 

Ю

00

01

и

10

 

 

 

~

и

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

0

П

 

 

f^f

0

n

*%/

 

 

 

 

0

 

.~

 

0

0

a

 

 

Рис. 4.17. Матрицы

Карно для

функций управления автоматом-перекладчиком

Используя

матрицы

Карно, минимизируем функции Ух,

У2 ,

г.

Fz

(рис. 4.17). На основе полученных функций син-

тезируют систему

управления

автоматом-перекладчиком.

 

 

 

 

4.7. ЦИКЛОВОЕ

ПРОГРАММНОЕ

УПРАВЛЕНИЕ

 

 

 

АВТОМАТИЧЕСКИМИ ЛИНИЯМИ

 

 

 

 

 

 

Автоматическая линия (АЛ) станков представляет

собой

комплекс технологического оборудования с автоматическим

транспортом и управлением, предназначенныйдля

последователь-

ной обработки деталей

с

единым

технологическим процессом.

В рабочем режиме все механизмы АЛ

работают по замкнутому

последовательному

циклу. Циклом

АЛ

называют

регулярно по-

вторяющийся

полный комплекс технологических

операций, вы-

полняемых всеми механизмами линии в заданной

последователь-

ности.

Производственный

персонал, обеспечивающий

эксплуа-

тацию

АЛ, состоит

из операторов,

непосредственно

участвующих

в технологическом

процессе

(например,

устанавливающих

заго-

товки

в загрузочное

устройство в нанале АЛ),

и наладчиков, вы-

полняющих различные

наладочные

работы.

 

 

 

 

Работа оборудования АЛ обеспечивается системой управления,

осуществляющей контроль за

состоянием оборудования,

положе-

нием рабочих органов и механизмов, а также параметров технологического процесса; формирование командных действий с органов ручного управления; своевременное формирование управляющих

воздействий на исполнительные

устройства элементов привода

на основании анализа и обработки

информации, создаваемой кон-

трольными, командными и логическими устройствами; своевременное формирование управляющих сигналов на устройствах сигнализации; техническую диагностику неисправностей оборудо-

вания или нарушений хода заданного технологического процесса. .

Автоматический режим управления предполагает такую работу, при которой все механизмы АЛ работают согласно циклограмме. При этом вмешательство человека в управление оборудованием не требуется. В зависимости от выполняемых функций систему управления (СУ) АЛ можно разбить на следующие блоки: источники питания и преобразователи напряжения; выходные устройства; входные устройства; устройство логического управления, которое в соответствии с заданной циклограммой обеспечивает формирование управляющих команд и их передачу на выходные устройства системы.

Выходные устройства СУ имеют контрольные датчики, реагирующие на положение или состояние технологического оборудования, а также командные устройства, используемые для подачи ручных управляющих команд или для ввода информации, необходимой для реализации алгоритма управления. Контрольные датчики, встраиваемые в технологическое оборудование, представляют собой преобразователи различных неэлектрических величин в электрический сигнал. Подавляющее большинство этих устройств представляет собой дискретные датчики предельных значений величин и имеют релейную характеристику. Командные устройства представляют собой кнопки и переключатели, контакты которых переключаются в результате нажатия на соответствующий управляющий элемент.

Выходные устройства имеют исполнительные элементы СУ, элементы сигнализации, а также устройства отображения информации. К исполнительнымэлементам относятся аппаратура управления приводом: пускатели электродвигателей, электромагниты, гидрораспределители управления, электромагнитные муфты и другие устройства, функционирование которых обусловлено воздействием управляющих команд. Выходные устройства устанавливают непосредственно на технологическом оборудовании (электромагниты, электромагнитные муфты), в электрошкафах (пуска-

тели электродвигателей, контакторы) и на пультах

управления

(сигнальные лампы, счетчики и др.).

 

Устройство логического управления (УЛУ) формирует управ-

ляющие команды

на базе анализа сигналов входных устройств

в соответствии с

заданным алгоритмом, который

представляет

собой определенный комплекс правил, условий и зависимостей, предопределяющих безаварийное и взаимосвязанное действие всех станков и механизмов линии в различных режимах работы оборудования. Алгоритм управления представляется в виде системы уравнений булевой алгебры на языке релейно-контактных символов в виде условной схемы управления.

177

В программируемых УЛУ алгоритм управления вводится в память системы и реализуется средствами вычислительной техники. Логическая связь с входными и выходными устройствами обеспечивается через промежуточные ячейки памяти, отображающие состояние соответствующих входов и выходов. При этом на каждое входное и выходное устройство отводится одна ячейка памяти, благодаря чему структура внешних электрических соединений существенно упрощается. Особенностью управляющих вычисли-

тельных машин (УВМ),

используемых в качестве УЛУ, является

их способность работать

в реальном масштабе времени. Действие

УВМ в качестве органа логического управления обеспечивается программой.

Программа представляет собой набор команд, с помощью которых в замкнутой циклической последовательности вычисляются значения логических уравнений алгоритма управления. В процессе вычислений по мере необходимости анализируется состояние входных устройств системы, а также ячеек оперативной памяти УВМ, которые являются аргументами вычисляемых логических уравнений. В зависимости от результатов вычисления УВМ выполняет необходимые переключения в выходных цепях СУ.

В структурную схему программируемой СУ (рис. 4.18) помимо'

УВМ входят источники питания ИЛ, устройство силовой автоматики УСА, входные и выходные устройства ВУ (командные ор-

ганы КО, датчики Д, исполнительные элементы управления ИЭУ и сигнализации ИЭС, электродвигатели 3d), установленные непосредственно на АЛ. УВМ имеет автономный источник питания

-"им

Рис. 4.18. Структурная схема программируемой СУ

АИП, центральное процессорное устройство ЦПУ и устройство сопряжения с входами УСвх и выходами УСвых.

Специализированные УВМ, предназначенные для управления, сложными станками и АЛ, получили название программируемых контроллеров (ПК). Программируемые контроллеры имеют спе- • циальный язык для описания алгоритма управления объектом. Этот язык идентичен релейно-контактным схемам логического управления. Поэтому для составления программы управления необходимо централизовать ячейки памяти ПК с входными, выходными и промежуточными элементами релейно-контактной схемы. После проведенной идентификации на дисплее ПК с помощью клавиатуры набирают требуемую релейно-контактную схему, которую затем специальной программой транслируют в управляющую программу.

Следовательно, для разработки программы управления АЛ необходимо составить логические управления для каждой исполнительной команды и команды управления промежуточными элементами. Затем на основе логических уравнений составляют ре- лейно-контактную схему, которая является основой для составления программы с использованием транслятора.

4.8. ХАРАКТЕРИСТИКА. ПРОГРАММИРУЕМЫХ УСТРОЙСТВ ЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Устройства логического управления делят на две основные категории: жесткой и программируемой логики.

Устройство жесткой логики отличается тем, что для его реализации необходимо создать материальные связи в соответствии с разработанной принципиальной схемой. В электрических схемах эти связи реализуются проводником, в пневмогидравлических системах — это трубопроводы, связывающие различные элементы. Однако устройства жесткой логики за счет наличия физической цепи для каждого уравнения управления позволяют производить

параллельное решение уравнений, описывающих алгоритм

управ-

ления объектом.

 

Программируемые устройства логического управления

отли-

чаются последовательным подходом к решению той же

задачи

с использованием процессора, которому с помощью соответствующих команд можно сообщить, какие операции он должен выполнять в данный момент и на каких сигналах (рис. 4.19).

В программируемом устройстве логического управления в каждый момент времени процессор выполняет только одну команду. Данные должны находиться в памяти, чтобы ими можно было воспользоваться согласно алгоритму управления. Указания о том, как нужно работать с данными, т. е. весь набор команд, управляющих работой процессора, также хранятся в памяти и последовательно выдаются процессору. После отработки команды результат, содержащийся в ячейке памяти процессора, называемой ак-

179

 

 

 

Конанды

 

 

КО

 

 

/

 

Память ~

Процессор

\

•л

 

 

 

 

 

 

О)

«

 

 

 

Рис. 4.19. Принципилльные схемы устройства логического управления:

 

а — с жестким алгоритмом работы; б — программируемого

 

 

 

кумулятором,

передается

в память, если это промежуточный

ре-

зультат, или выдается из машины. Генератор тактовых

импульсов

позволяет синхронизировать этапы отработки

команд

и их

по-

следовательное

чередование.

 

 

 

Команда — это распоряжение, выполняемое программируемым устройством логического управления. Процессор выполняет не любые команды, а только те, которые входят в набор команд, заложенных в его память. Любая булева функция может быть вычислена с помощью команд И, ИЛИ, НЕ, поэтому можно было бы полагать, что набор команд ПК может быть ограниченэтими тремя командами. Однако характер осуществления команд и организа-

ции вычислений требует наличия в составе команд ПК и других команд.

Память — это функциональная часть ПК, предназначенная для хранения информации (команд и значений переменных).

Для хранения информации можно

использовать триггер, феррито-

 

 

Память

вое

кольцо

или

 

обыкновенное

 

 

реле.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

Программа

последователь-

Команда

. 1

ность

команд,

обеспечивающая

 

необходимую

обработку

инфор-

Код

Adi ее

i

операции

операнда

 

мации.

 

 

 

 

 

 

 

КО

А0 = г

;

Команда должна четко пред-

 

 

 

писывать процессору

«что»

и «с

 

 

;. Операнд

чем» делать. Одна

часть коман-

 

 

ды,

называемая

 

кодом

опера-

 

 

/ч/

 

 

 

ции

(КО), указывает, что «нуж-

 

 

 

 

 

 

но»

делать,

 

а

другая

часть,

 

 

 

адрес оператора

 

(АО),

уточня-

 

 

п-1

ет,

«с

чем»

это

нужно

делать.

 

 

Код операции

находится

в на-

 

 

п

 

 

боре

машинных

команд

(И,

 

 

 

Рис. 4.20.

Структура

одноадресной

ИЛИ и др.).

Данные,

к

кото-

команды

 

 

рым

относится

 

определенная