СИНТЕЗ ОДНОТАКТНЫХ СИСТЕМ ЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Однотактные системы логического управления наиболее просто и эффективно описываются таблицами состояний, по которым син­тезируют математическую модель управления объектом.

Рассмотрим пример синтеза однотактной системы логического управления. Одним из средств отображения информации на рабо­чем месте оператора является индикатор, который предназначен для постоянного предъявления оператору сведений о характери­стиках предмета труда.

Синтезируем систему логического управления индикатором се­чения пиломатериалов в лесопильном потоке.

1. Словесное описание условий работы объекта управления
(рис. 79, а). По продольному роликовому конвейеру 1 перемещаются
пиломатериалы 2 двух градаций по ширине а₁ и а₂ и двух градаций
по толщине h₁ и h ₂- Система должна обеспечивать автоматическое
включение индикатора на пульте оператора в соответствии с сече­
нием пиломатериала, перемещающегося по роликовому конвейеру.

2. Установить число входных и выходных сигналов. Число вы­
ходных сигналов определяется количеством команд, вырабатывае­
мых управляющим устройством. Сочетание двух значений толщины
и двух значений_ширины пиломатериала дает четыре значения его

сечений. Столько же будет выходных сигналов у₁, у₂, у₃ и у₄, по­даваемых на индикатор.

Входные сигналы здесь — это информация о размерных пара­метрах сечения пиломатериала. Число входных сигналов должно быть минимальным. Оно зависит от выбранной конструкции узла контроля пиломатериалов. В данном примере используют ролико­вый конвейер 1 с косыми роликами, что обеспечивает постоянное прижатие пиломатериала 2 к базирующей линейке 3. При таком конструктивном решении узла контроля достаточно применить два датчика размеров: для измерения толщины х₁ и измерения ши­рины х₂.

Рис. 79. Система логического управления:

а — объект управления; б — релейно-контактная схема; в — минимизированная схема

В случае тонкого и узкого пиломатериала значения этих сиг­налов будут х₁ = 0 и х₂ = 0; при толстом и широком — х₁ = 1, х₂= 1. Но комбинация значений входных сигналов 0 0 будет и в случае, когда пиломатериала не будет на роликовом конвейере; поэтому необходимо ввести еще датчик х₃, фиксирующий наличие пиломатериалов на рольганге.

3. Составить таблицу состояний (табл. 6).

ТАБЛИЦА СОСТОЯНИЙ

4 Получение логических функций. Логических функций будет четыре, по числу выходных сигналов. Каждая функция получается путем перемножения переменных х_1, х₂ и х₃, описанных с тех строк таблицы, где данная функция равна 1. Переменная записывается соответственно с отрицанием или без отрицания, если входной сиг­нал равен 0 или 1.

Логические функции, описывающие систему управления инди­катором, будут следующие:

5 Построить варианты исходной схемы системы управления (рис. 79, б). В схеме у₁ у₂, у₃ и y₄ —лампы индикатора, соответст­вующие одному из сечений пиломатериала, а х₁, х₂ и х₃ кон­такты конечных выключателей. Из схемы видно, что, например, лампа у₂ загорится при воздействии на выключатели х₂ и х₃, то есть при тонком и широком пиломатериале.

6. Минимизация логических функций. Каждая логическая функ­ция системы уравнений (23) сразу получается в минимальной форме. Но так как в каждую функцию входят одни и те же переменные x₁ x₂ и х₃, то минимизация возможна, если функции (23) записать в виде одной многовыходной функции Ф

Используя сочетательный закон, запишем функцию Ф в виде

7. Построение схемы минимизированной функции (24).

На рис. 79, в показана эта схема. Сравнение схем (рис. 79, б и б) показывает, что минимизированная схема содержит на пять контактов меньше, чем исходная.

S 40. СИНТЕЗ МНОГОТАКТНЫХ СИСТЕМ ЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

В отличие от однотактных систем управления, одинаково реа­гирующих на один и тот же сигнал или совокупность сигналов на входе, многотактные системы управления на одну и ту же ситуа­цию на входе могут реагировать по-разному. Значение выходной переменной многотактной системы управления зависит от предшест­вующих ситуаций на входе, т. е. от последовательности изменения значений входных переменных.

Работу элементов многотактных систем управления удобно изо­бражать циклограммой. Для составления математической модели многотактных систем управления необходимо определить условия включения и выключения исполнительных механизмов.

В отличие от однотактных систем управления, где условиями включения и выключения являются комбинации значений вход-

ных переменных, в многотактных системах управления условиями включения и выключения являются те значения входных перемен­ных, переход в которые вызывает изменение состояния выходной пе­ременной.

Условия включения и выключения. Условием включения f' вы­ходной переменной является такое значение входной переменной, при переходе в которое выходная переменная переходит в единич­ное состояние:

а) выходная переменная у₁ переходит в единичное состояние (включается) при переходе в единичное состояние (включение) входной переменной х₁ (рис. 80, a): f'_y1= x₁;

б) выходная переменная у₂ переходит в единичное состояние (включается) при переходе в нулевое состояние (выключение) вход­ной переменной х₂ (рис. 80, б): f_y2 = ₂.

Условием выключения f" для выходной переменной является такое значение входной переменной, при переходе в которое вы­ходная переменная переходит в нулевое состояние:

а) выходная переменная у₁ переходит в нулевое состояние (вы­
ключается) при переходе в единичное состояние (включение) вход­
ной переменной х₁ (рис. 80, в): f’’_y1=x₁;

б) выходная переменная у₂ переходит в нулевое состояние (вы­
ключается) при переходе в нулевое состояние (выключение) вход­
ной переменной х₂ (рис. 80, г ): f’’_y2= ₂.

Основное условие работы исполнительного механизма — на­личие на входе системы управления условий включения и отсутст­вие условий выключения для данного элемента: у = f'_y ''_y.

Для многотактных систем управления это условие является необходимым, но недостаточным. Недостаточность проявляется тогда, когда при одних и тех же значениях входных переменных выходная переменная имеет различные значения.

Рассмотрим систему управления, заданную следующей цикло­граммой (рис. 80, д). Данная система при отсутствии сигналов на входе х₁ = 0 и х₂ = 0 должна иметь переменную у в нулевом со­стоянии на выходе в одном случае, в единичном состоянии — в дру­гом.

Как видно из данной циклограммы, значение выходной пере­менной у зависит только от последовательности появления сигна­лов на входе. Если на входе системы управления появляется сиг­нал х₁, соответствующий условиями включения переменной, то данная переменная должна перейти в единичное состояние и со­хранять его сколь угодно долго при выключении сигнала х₁.

При появлении на входе сигнала х₂, соответствующего условиям выключения переменной у, данная переменная должна перейти из единичного состояния в нулевое и сохранять это состояние при выключении сигнала х₂.

Для реализации данного закона управления необходимо, чтобы система управления могла сохранять (помнить) сигналы, посту­пающие на вход систем управления и при необходимости управлять

Рис. 81. Элемент «Память»: а — циклограмма; б — элемент «Память»; в — циклограмма

исполнительными механизмами при последующем изменении дан­ных входных переменных.

Эту функцию в многотактных системах управления выполняет элемент «Память» — трехполюсник (два входа и один выход), имею­щий два устойчивых состояния. Элемент «Память» способен вклю­чаться (Р = 1) при поступлении на вход «Запись» сигнала х₃ и оставаться в этом состоянии, пока не поступит сигнал на вход «Стирание» х_с.

Работа данного элемента изображается циклограммой, пред­ставленной на рис. 81, а, математическая модель его следующая:

Р = (х₃ + Р) _с.

Эта модель может быть реализована на бесконтактных логиче­ских элементах (рис. 81, б).

Присутствие элемента «Память» в системах управления является дополнительным условием на включение или выключение испол­нительных механизмов. В данном примере условием включения

является х_х, т. е. f_y = x_x.

При отсутствии этого сигнала на входе условия включения для элемента у создаются дополнительным элементом «Память»

f'y= х₁ + P.

Элемент память должен включаться при появлении сигнала х_х и сохранять единичное состояние выходной переменной у до по­явления сигнала x₂ т. е. х₃ = х₁ и х_с = х₂.

Условие выключения переменной у запоминать не надо, так как она в периоде включения переменной у своего значения не меняет:

f’’_y=x₂

В целом математическая модель процесса будет следующая:

Работа элемента «Память» на циклограмме системы управления изображена на рис. 81, в. Исходя из этой циклограммы, можно заключить, что у = Р. Следовательно, систему управления можно упростить, заменив элемент «Память» на обратную связь или са­моблокировку.

Рассмотрим еще один характерный случай применения элемента «Память». В качестве примера возьмем систему управления, ко­торая задана циклограммой, приведенной на рис. 82, а. Из цикло­граммы видно, что включение сигнала х_х является условием вклю­чения функции у: f’_y = x₁.

Выключение сигнала х₂ является условием выключения функции у: f"_y = ₂.

Теперь необходимо рассмотреть условия включения и выключе­ния на достаточность. Условия включения f'_y = x₁ являются не­достаточными, так как сигнал х₁ выключается, а функция у должна сохранять единичное состояние. Следовательно, условия включе­ния должны быть дополнены элементом «Память» f'_y = x₁ + P₁ (рис. 82, б). Поскольку у = Р₁ элемент «Память» должен быть заменен самоблокировкой f'_y = x₁+y.

Условия выключения f"_y = ₂ также являются недостаточными, так как сигнал х₂ находится в нулевом состоянии и тот период времени, где функция у должна быть включена.

Сохранять единичное состояние функции у будет дополнитель­ный элемент «Память» Р₂. Элемент «Память» должен быть включен в тот период времени, когда должна быть включена функция у, но имеются условия выключения х₂ (рис. 82, в).

Функция у должна выключаться, когда созданы условия вы­ключения и не включена память Р₂, т. e. f"_y = _{2 2}.

Для элемента «Память» Р₂ в данном случае х₃ = х₁ и х_с = х₂.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что для синтеза многотактной системы управления необходимо:

1) определить необходимые и достаточные условия включения (f'_yi выходных переменных у₁; 2) определить необходимые и доста­точные условия выключения f''_yi выходных переменных y_i; 3) син­тезировать математическую модель системы управления по логи­ческому выражению

где y_i= f'_yi ''_yi — число выходных переменных системы управ­ления.

В простых случаях математическую модель системы управле­ния можно составить по словесному описанию работы объекта уп­равления. При этом необходимо определить условия включения и выключения, очередность и продолжительность их действия. За­тем по словесному описанию или циклограмме составляют логи­ческие уравнения математической модели. Далее проводят анализ полученных уравнений с точки зрения минимизации элементов и, наконец, составляют принципиальную схему управляющего уст­ройства технологическим объектом. Проиллюстрируем эту очеред­ность и условия составления схемы управляющего устройства.

Синтез многотактной системы управления. Требуется синте­зировать схему управляющего устройства для опускания и подъема прижимной линейки (утюжка) шлифовального станка.

1. Описание условий работы объекта управления (рис. 83, а).
По роликовому конвейеру 1 перемещается мебельный щит 2. В по­
ложении щита I, когда его передняя кромка окажется в зоне ин­
струмента, прижимная линейка 3 с помощью пневмоцилиндра 4
прижимает движущуюся шлифовальную ленту 5 к поверхности
щита 2. В положении II, когда задняя кромка его выходит из
зоны инструмента, прижимная линейка 3 отводит ленту 5 от
обрабатываемой поверхности.

2. Установить число входных и выходных переменных. В слу­
чае применения пневмоцилиндра одностороннего действия (обрат­
ный ход поршня происходит за счет пружины) выходной сигнал
будет один — у — команда на перемещение поршня вниз.

Для фиксации положения щитов на роликовом конвейере не­обходимо установить датчики положения х₁ и х₂. Место располо­жения датчиков может быть различным. Рассмотрим вариант, когда при съезде щита с датчика х₁ линейка опускается, а при наезде на датчик х₂ — поднимается.

3. Построение циклограммы работы управляющего устройства. За один цикл работы объекта управления или управляющего уст­ройства примем время обработки одного щита. Так как за это время прижимная линейка опустится один раз, то на циклограмме

Рис. 83. Система логического управления:

а - объект управления; б - циклограмма; в - релийно-контактная схема- г - схема
управления на бесконтактных элементах

(рис. 83, б) будет иметь место только один период включения эле­мента у (интервал 4—5).

4. Математическая модель системы управления, прижимной линейкой шлифовального станка. Во включающем такте 3—4 сиг-

нал х₁ исчезает, следовательно, условие срабатывания элемента у запишется формулой f’_y = ₁. В отличающем такте 5—6 сигнал х₂ появляется, поэтому условие выключения будет f’’_y — x_2.

Первоначальный вид логической функции запишется как

В течение включающего периода у (интервал 3—5) нет ни сиг­нала х_1, ни сигнала х₂. Но такое же сочетание сигналов х₁ и х₂ имеет место на циклограмме и в интервале 7—1. Следовательно, здесь элемент у тоже будет включен, а это противоречит условию работы. Необходимо запретить срабатывание элемента у в интер­вале 7—1. Этого достигают введением в управляющее устройство элемента «Память» — Р.

На циклограмме (рис. 83, б) сигнал Р должен иметь различное значение в интервалах 3—5 и 7—1, где Х₁ и Х₂ равны 0. Это ус­ловие будет выполнено, если в интервале 1—5 сигнал Р будет ра­вен 1, то есть сигнал Р появится при появлении х₁ и исчезнет при появлении х₂.

После введения переменной Р функция у выхода примет вид

у= _{1 2}Р. (25)

Аналогично выполняется математическое описание функциони­рования введенного элемента памяти Р. Условия включения и выключения для элемента Р будут соответственно f'_P = x₁

и f"_P = х₂.

Первоначальный вид функции Р запишется как

Р = x_{1 2}. (26)

Из этого выражения можно видеть, что элемент Р будет вклю­чен только в интервале 2—3, а далее отключится, так как сигнал х₁ исчезнет. Чтобы обеспечить работу во всем периоде включения (интервал 2—6), следует ввести элемент памяти. В данном случае роль элемента памяти может выполнять сам элемент Р.

Переменная Р вводится в функцию (26) через операцию логиче­ского сложения с переменной х₁. Тогда окончательно функция (26) запишется как

Р = (х₁ + Р) ₂. (27)

Логические функции (25), (27) и представляют собой математи­ческую модель системы логического управления прижимной ли­нейкой шлифовального станка.

5. Составление варианта схемы, выполненной на релейно-кон-
тактных элементах. На рис. 83, в показан вариант схемы управ­
ляющего устройства, выполненной на релейно-контактных эле­
ментах. В этой схеме замыкание контактов электромагнитного реле
у подает команду на перемещение поршня пневмоцилиндра при­
жима линейки.

6. Составление варианта схемы управляющего устройства на
бесконтактных элементах. В многотактных управляющих устройст-

вах память реализуется с помощью триггера, а комбинационная часть схемы — на логических элементах. Схема управляющего устройства (рис. 83, г) для управления шлифовальным станком выполнена с применением RS-триггера с раздельными входами.

Глава 7

ЭФФЕКТИВНОСТЬ АВТОМАТИЗАЦИИ "ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

§ 41.^гПРЕИМУЩЕСТВА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Автоматизированные производства имеют социальную и эконо­мическую эффективность.

Социальная эффективность состоит в измене-

нии взаимодействий в системе «человек—машина—условия труда

коллектив», направленном на оптимизацию условий трудовой дея­тельности человека.

Экономическая эффективность заключается в улучшении технико-экономических показателей производства на базе его интенсификации, в том числе и благодаря социальной эффективности.

Автоматизация существенно изменила роль человека в произ­
водстве, условия и содержание труда. На современном деревооб­
рабатывающем оборудовании перерабатывают за смену 15—30 т

заготовок.

Без механизации и автоматизации этого оборудования условия труда оказываются тяжелыми, что отрицательно сказывается на здоровье рабочих. Именно станочники, работающие на станках с ручной подачей и выполняющие вручную загрузку высокопроиз­водительного оборудования в наибольшей степени подвержены заболеваниям, как профессионального, так и общего профиля."

На рабочих местах с тяжелыми условиями труда более высо­кая текучесть кадров, наблюдается временная незанятость рабо­чих мест. В ряде случаев даже труд с предельной интенсивностью не обеспечивает полной загрузки оборудования.

Высокопроизводительное оборудование должно оснащаться ро-бототехническими системами, автоматическими загрузочными, транспортными и контрольно-управляющими устройствами.

Механизация и автоматизация оборудования исключают тяже­лые физические динамические нагрузки, но возникают статиче­ские физические нагрузки, возрастают психологическое и эмоцио­нальное напряжение.

При автоматизации уменьшается непосредственное воздействие человека на объект труда, но возрастает ответственность за при­нимаемые решения, необходима высокая психологическая совме­стимость членов коллектива операторов, участвующих в управле­нии производственным объектом. Нужна специальная подготовка для работы в условиях автоматизированных производств, меняются

профессиональный состав, содержание знаний и навыки занятых в производстве.

Опыт эксплуатации автоматизированных деревообрабатываю­щих производств показывает, что автоматизация устраняет тяже­лый физический труд, но не снимает проблему улучшения условий труда, а переводит ее в другую плоскость. Социальная эффектив­ность обусловлена здесь полным устранением рабочих мест с тя­желым физическим трудом и вредными условиями труда, повы­шением безопасности труда, что способствует гармоничному раз­витию личности.

Непосредственное участие человека в технологическом процессе накладывает ограничения на энергетические и скоростные харак­теристики оборудования, так как в результате ограниченных пси­хологических возможностей и утомления случаются ошибки (про­пуск бракованных изделий, выбор неоптимальных режимов обра­ботки и др.). Исключение человека из технологического процесса в результате автоматизации открывает возможности для эффектив­ного применения машин большой единичной мощности, высокого быстродействия и уровня концентрации операций, обеспечивает оптимальный выбор программы работы.

Это позволяет сократить затраты различных видов ресурсов — трудовых, финансовых, материальных — на единицу выпускаемой продукции. Однако автоматизация требует дополнительных капи­тальных затрат на научный поиск и проектирование. Необходимые pезервы могут быть найдены только за счет внедрения более интенсивных технологических процессов и оборудования, по­строенного на базе новейших достижений науки и тех­ники.

Интенсивными являются такие технологические про­цессы и оборудование, которые обеспечивают выпуск продукции с меньшими удельными затратами ресурсов. Интенсификацию про­изводства определяют следующие факторы: внедрение новых ма­териалов и видов обработки, выбор оптимальных параметров и уровня автоматизации оборудования с учетом условий его функцио­нирования, внедрение автоматизации в организационную сферу производства.

Только применение прогрессивных материалов и видов обра­ботки создает благоприятные предпосылки для автоматизации про­изводственных процессов. Если автоматизация существующих тех­нологий и оборудования не приводит к появлению у них новых полезных качеств, например к расширению технологических воз­можностей, гибкости и др., она оказывается малоэффективной. В этом случае рост капитальных затрат существенно опережает рост интенсивности производства.

Так, если при автоматизации растет сложность технических систем, то весьма важным становится вопрос о надежности. При недостаточной надежности не достигается необходимая произво­дительность труда (привлекаются дополнительные рабочие для ремонта и устранения задержек в работе оборудования), снижается

фактическое время работы оборудования, ухудшаются и другие показатели. Повышение надежности благодаря конструкции объекта и системы его эксплуатации требует дополнительных за­трат.

Автоматизация открывает широкие возможности для интенси­фикации производства, но автоматизация и интенсификация не есть синонимы. В тех случаях, когда автоматизация не направлена непосредственно на сохранение здоровья и улучшение условий труда людей, вопрос о целесообразности решают на основании рас­чета экономической эффективности.

Имеется ряд показателей оценки экономической эффективности внедрения новой техники [27]. Большинство из них оценивают затраты различных видов ресурсов на единицу продукции.

При автоматизации сокращается число людей (рабочих, ремонт­ников, ИТР и др.), занятых в производстве единицы продукции, улучшается использование ресурсов (материалов, энергии, произ­водственных площадей, технических возможностей оборудования и др.), но растут капитальные затраты на оборудование и затраты на его эксплуатацию. Оптимальный вариант автоматизации выби­рают путем реализации математических моделей производства, учитывающих динамику изменения соответствующих видов затрат.

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: