МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ЦИКЛА

1. МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ЦИКЛА

1.1. Формализация технологического цикла

Полный технологический цикл изготовления готовой штучной про­дукции всегда представляет собой совокупность отдельных техноло­гических операций, сменяющих друг друга в определенной последо­вательности. Причинами смены операций могут быть команды челове­ка-оператора или автоматического устройства, выдающего их после получения сигналов от датчиков об окончании предыдущей операции в соответствии с заложенной в него программой. В то же время очень редко можно обеспечить нормальную работу агрегата, ориентируясь на "жесткую" программу, не способную адаптироваться к неожидан­ным ситуациям, возникающим в технологическом цикле. Так, если на какой-либо операции становится очевидным появление брака, то опе­ратор или автоматическое устройство следующей командой должны предусмотреть не продолжение обработки, а останов агрегата и уборку бракованной детали. Аналогичная ситуация возникает при поломке оборудования, превышении допустимых значений параметров процес­са, несоответствии параметров исходной заготовки техническим ус­ловиям [1].

При управлении технологическим циклом необходимо формиро­вать дискретную последовательность команд исполнитель­ным элементам технологического объекта управления (приводам). Формирование команд осуществляется управляющим устройством, называемым дискретным автоматом (рис. 1), на осно­ве логического анализа ситуации, о которой сообщают различные дат­чики положения детали, завершения или качества протекания очеред­ной технологической операции, по командным и оповестительным входам [2]. Только зная, как и при каких условиях должна формировать­ся нужная последовательность состояния объекта управления, можно сформулировать задание на синтез управляющего устройства.













Существуют различные формы представления моделей дискретных последовательностей операций, т.е. моделей технологического цикла. Они могут представляться в виде таблиц, циклограмм, графов, фор­мул и т.д. Предполагая, что все технологические последовательности в конечном счете представляют собой повторяющиеся циклы, следует выделить два существенно отличных вида моделей: комбинационные и последовательностные.

Для удобства деления цикла на отдельные элементы вводится поня­тие технологического такта или состояния, т.е. конечного интервала времени, когда объект работает с неизменной комбинацией включен­ных (отключенных) командных (кнопки, ключи), оповестительных (датчики) и исполнительных (электро-, гидроприводы, электромагни­ты, муфты) элементов.

Общая последовательность формализации технологического цикла состоит из следующих этапов:

1) Составление содержательного описания, в котором в произволь­ной повествовательной форме описывается технологический цикл при нормальном его ходе и аварийных ситуациях;

2) Разбиение цикла на такты, характеризуемые неизменным состоя­нием исполнительных приводов и контролируемых параметров;

3) Анализ переходов от одного такта к другому при нормальных и аварийных ситуациях для выявления причин переходов, т.е. выявле­ние изменения состояния командных и исполнительных органов вызы­вающих переход;

4) Установление причинно-следственных и логических ситуацион­ных связей между входами и выходами объекта управления, обуслов­ленных требованиями технологии;

5) Составление формализованного графического представления алго­ритма функционирования в виде таблицы, циклограммы, графика и т.п.


1.2. Комбинационные модели

В комбинационных моде­лях ход цикла определяется состоянием вхо­дов и выходов объекта управления только в данном такте. При формализации таких моделей часто применяются таблицы истинности, отражающие однозначное соответствие дискретных состояний входов и выходов объекта управления.

Активное (включенное) или пассивное (отключенное) состояние исполнительного элемента (входа) или уровень контролируемого выхо­да (высокий, низкий) может обозначаться любыми символами. Обычно для этих целей используются дискретные величины 1 и 0.

При числе входов п возможны N = 2n сочетаний комбинаций их еди­ничного и нулевого уровней. Поскольку последовательность смены ком­бинаций в данном случае роли не играет, в таблице истинности их удоб­но располагать в виде кодов натурального ряда двоичных чисел, т.е. чередуя 0 и 1 для первого входа через одно состояние, для второго — через два, для третьего — через четыре и т.д. Особо следует отметить, что не все комбинации состояний входов (исполнительных приводов) и датчиков реально могут иметь место.

Пример. Произвести сортировку деталей на три группы по разме­ру, равному b, 2b и больше Зb, открыв заслонки бункеров-накопите­лей, предназначенных для отбора деталей каждого типа. Контроль разме­ров деталей можно осуществить тремя датчиками d1, d2, d3, установлен­ными (рис. 2) поперек роликового транспортера. Обозначив бунке­ры Б1, Б2 и Б3, выделим следующие ситуации (табл. 1):

1) идет деталь размера b — перекрыт один из датчиков (d1 или d2, или d3), открыт бункер Б1 (такты 4, 2, 1);

2) идет деталь 2b — перекрыты два датчика (d1, d2 или d2, d3), открыт бункер Б2 (такты 6,3) ;

3) идет деталь размером более Зb — перекрыты все три датчика, открыт бункер Б3 (такт 7).









Таблица 1

Таблица истинности сортировочного автомата

Номера комбинаций

(тактов)

Состояние

Входов

Выходов

d1

d2

d3

Б1

Б2

Б3

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

1

0

0

2

0

1

0

1

0

0

3

0

1

1

0

1

0

4

1

0

0

1

0

0

5

1

0

1

0

0

0

6

1

1

0

0

1

0

7

1

1

1

0

0

1


Таблица истинности составляется для всех возможных комбина­ций командных датчиков. Число таких комбинаций равно N = 2n = 8, где п = 3 — число командных входов (число датчиков). Состояния дат­чиков обозначаются двоичным кодом натурального ряда чисел, что позволяет упростить заполнение таблицы. Выходные сигналы 0 или 1 соответственно означают, закрыт или открыт бункер.

Незаполненные клетки состояний выходов (такт 5) соответствуют нереальной ситуации, когда деталь перекроет датчики d1 и d3 и не пе­рекроет d2; она может возникнуть лишь в результате неисправности датчика d2. Эти клетки заполняются нулями для предотвращения ава­рийной ситуации (все бункеры закрыты, звучит сигнал).

Логическая функция работы бункера Б1 имеет вид:

1.2. Последовательностные модели

В отличие от комбинационных моделей при составлении последовательностных моделей необходимо отражать однозначное соответ­ствие состояний выходов комбинациям состояний входов, как в дан­ном такте, так и в предыдущих. Следовательно, одна и та же комбина­ция входов в данном такте может вызвать переход в разные новые со­стояния в зависимости от того, каким было предшествующее состояние. Поэтому в модели должны быть отражены не только данный такт, но и предыстория.

В зависимости от сложности объекта используются различные виды моделей. В простейшем случае применяются циклограммы, в которых состояния отражают условным изображением включенного или от­ключенного исполнительного элемента в виде наличия или отсутст­вия линии. При большом числе состояний применяются таблицы состояний и графы.

Циклограмма представляет собой ряд горизонтальных строк, равных числу командных и исполнительных элементов. Строки услов­но разбиты на отрезки, число которых равно числу элементарных техно­логических тактов. Включенное состояние элемента на строке обозна­чается сплошной линией, отключенное — отсутствием ее. Вертикальными линиями на циклограммах по­казана "передача управления" - причинно-следственные связи меж­ду командными и исполнительны­ми элементами.

Когда элемент включен, совокупность тактов называется периодом включения, а когда отключен - периодом отключения. Такт, предшест­вующий периоду включения, называется включающим, а периоду от­ключения — отключающим.

Пример. Рассмотрим циклограмму работы грузового подъемни­ка (рис. 3). Грузовой подъемник с тележкой от подачи кратковре­менной команды кнопкой SB (пуск) идет вверх [кнопка SB включа­ет контактор "Вперед" КМ1 (SB KM1), после чего отключается (такт 1)]. В начале движения отключается нижний конечный выклю­чатель SQ2 (такт 2). После достижения крайнего верхнего положе­ния кабина воздействует на верхний конечный выключатель SQ1, кото­рый дает команду на отключение КМ1 (такт 3,SQ1 КМ1). Контак­тор КМ1 отключается (такт 4). После выката тележки отключается ко­нечный выключатель SQ3 (такт 5) и включается контактор "Назад" КМ2, подъемник идет вниз (такт 6, SQ3 КМ2), отключается SQ1 (такт 7). После воздействия внизу на нижний конечный выключатель SQ2 отключается КМ2 (такт 8, SQ2 КМ2), кабина останавливается (такт 9).

Таблица состояний. Число строк таблицы соответствует числу состоя­ний, число столбцов — числу возможных комбинаций переменных; крайний левый столбец фиксирует номера исходных состояний. В клетках проставляются номе­ра состояний, обусловленных исходным состоянием и возникшей ком­бинацией управляющих переменных.

Таблица 2

Таблица состояний грузоподъемника

Состояние

гр. под.

Кнопка

ПУСК

SB X1

Нижний КВ

SQ2 X2

Верхний КВ

SQ1 X3

КВ

выката

SQ3 X4

Контактор вверх

КМ1 Y1

Контактор вниз

КМ2 Y2

1.Стоит

0

1

1

1

0

0

2.Вверх

1

1

0

0

1

0

3.Вниз

1

0

1

1

0

1


Граф-схема. При представлении цикла в виде графа в вершинах (кружках) проставляются номера (коды) состояний. Вершины соеди­няются стрелками, отражающими переходы из одного состояния в другое. Над стрелками записываются комбинации переменных, обуслов­ливающих этот переход.

Пример. Подъемник перемещается с одного уровня на другой реверсивным приводом, включаемым исполнительными элементами контакторами КМ1 и КМ2. Пуск подъемника осуществляется по коман­де от этажных кнопок SB1, SB2, SB3, SB4. Аварийные ситуации предот­вращаются реле перегрузки, конечными выключателями SQ1 и SQ2 и контролем закрытия дверей шахты SQ3, SQ4.

Введем в рассмотрение следующие командные пере­менные:

Число возможных состояний три: 1 — движение вверх, 2 — движе­ние вниз, 3 — кабина неподвижна.

На рис. 4 представлен граф, опи­сывающий работу подъемника. Граф имеет три вершины (состояния 1, 2, 3). Пуск из состояния 3 (подъемник неподвижен) в состоя­ние 1 или 2 (движение вверх или вниз) обусловлен наличием требуемой команды (ПВ или ПН), отсутствием противоположной (ПН или ПВ) и наличием разрешений (РВ или РН). Обратный переход обуслов­лен только отсутствием разрешения (РВ или РН) , т.е. снятие ПВ или ПН останова не вызывает. Сохранение состояния 1 или 2 обусловлено толь­ко наличием РВ или РН, а состояние 3 - их отсутствием. В скобках над или под стрелками указаны номера комбинаций переменных (такты), соответствующие данному переходу.

Представление тем или иным образом алгоритма функционирования технического объекта зависит от степени их освоения и приобретенных навыков.