Главная  Промышленность 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 [ 11 ] 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

Xj-H J

Рис. 10.1. Схема, реализующая функцию t = X, (.Vj f

+ X,) +X2X,

Для рассматриваемого ггримеоа матрица имеет следующий вид (табл. 10.5).

Учитывая тот факт, что расположенные рядом клетки отличаются одной переменной, и учитывая соотношения, использованные при алгебраическом упрощении, на основе матрицы Карио можно сразу записать упрощенное выражение выходной функции. Для этого вводят понятие под-куба. В подкубы объединяют клетки, содержащие 1. Подкубы могут быть двухклеточными - две клетки отличаются значением одной пере.менной, такие клетки называют соседними; четырсхклеточными - каждая клетка должна быть соседней с двумя клетками; восьмиклеточными - каждая клетка должна быть соседней с тремя клетками. Конъюнкции пере.менных записываются не для каждой единицы, входящей в подкуб, а для всего подкуба, причем переменные, меняющие свое значение для различных клеток подкуба, исключаются. Таким образом, двухклеточный подкуб исключает одну переменную, четырехклеточный- две, восьмиклеточ-ный - три.

В рассматриваемом примере южнo организовать три подкуба (табл. 10.6), причем матрица Карно наглядно показывает, можно ли, используя условное состояние, упростить функцию.

Получилось такое же выражение, как и при упрощении алгебраическим способом.

Минимизированную формулу следует попытаться преобразовать в целях уменьшения числа логических операций (следовательно, и логических элементов) путем вынесения за скобки и т. п.

/ = Xi.Vo -f Х1Х3 + ХХд = Xl {Х2 + Хз) + Х2Х3.

Число операций сократилось с пяти до четырех. Схема, реализующая данную функцию, приведена на рис. 10.1.

Если требуется построить схему на элементах, реализующих другие виды элементарных функций, то полученное выражение следует преобразовать, используя соотношения н законы алгебры логики.

Например, для реализации схемы па элемеигах ИЛИ-НЕ-ИЛИ, запишем

Х1Х2 = Xj-\- х; XiXj = Х1Х2 = + Х2\ таким образом / = х + х.2 -f- -Il -f Xj-f-+ 2 + X3.

Синтез многотактных систем управления. Существуют различные методы построения многотактных СУ. Одним из них является метод .Хафмена, который следует применять для СУ, содержащих небольшое число входов (дотрех, четырех), так как при увеличении числа входов существенно возрастает громоздкость метода.

Матрица Карно

XiX2

00 01

Таблица 10.5

Матрица Карно

Таб.шца 10. 6

1 > 1

/ = Х2Х, + ХХ, -f Х,Х2

Первичная таблица переходов

<1>

3 <3>

(-1)

(2>

Таблица 10.i Первичная таблица переходов

Хи Хг

< 1 )

<2>

<3)

<4>

Рассмотрим этот метод на примере построения СУ работой цилиндра одностороннего действия со следующим цикло.м:

.V,; X, 00 -10 - 00 -01 -00

О- 1-1

0-0,

где Xl и Х.3 - сигналы от конечных выключателей; / - сигнал на выдвижение штока цилиндра.

При этом состояние конечных выключателей Xi= 1; Xj = 1 существовать не может. Невозможно также одновременное изменение двух переменных.

По заданным условиям работы составляют первичную таблицу переходов (изменений состояний системы). В левой части таблицы (табл. 10.7) помещают столбцы с полным набором комбинаций входных переменных, в правой - столбцы, соответствующие выходам.

Каждому устойчивому состоянию в первичной таблице переходов соответ-вует одна строка. Устойчивые состояния отмечают скобками. Таким образом в столбце 00 в первой строке следует записать состояние (1) и соответствующее ему значение выхода f = Q. При изменении входных переменных в соответствии с циклом работы система переходит в неустойчивое состояние, отмеченное цифрой 2, а затем в устойчивое (2) которое записывают во второй строке. Выход при Этом равен 1.

Аналогично заполняют таблицу для очередных изменений переменных. Когда СУ перейдет в устойчивое состояние (4), цикл работы заканчивается, следовательно, при очередном изменении переменных СУ необходимо перевести в исходное состояние<1>для обеспечения автоматического цикла работы. Поэтому в четвертой строке столбца 00 поставлена 1. Затем надо проанализировать таблицу и определить поведение СУ при других возможных переходах. При этом может появиться необходимость во введении дополнительных строк.

В соответствии с условиями работы СУ состояние Xi = I; Xg = 1 исключается, поэтому в столбце 11 (табл. 10.8) ставим прочерки.

Так как невозможно одновременное изменение двух переменных, то в строке для состояния (2) необходимо поставить прочерк в столбце 01, а в строке для состояния (4) - в столбце 10.

Для состояния (1) возможен переход 00-01. Поведение СУ в этом случае определяется исходя из условий работы. В нашем примере, так как такой переход не соответствует циклу работы из исходного положения, СУ следует перевести в состояние (4) с тем, чтобы при обратном переходе вернуться к <1) (другие переходы от <4) невозможны). Состояние выхода при этом пе изменится, т. е. СУ не отреагирует на такую последовательность изменения входных сигналов. Следовательно, в первой строке в столбце 01 необходимо поставить 4. В состоянии (3) возможен переход от 00 к 10. СУ следует возвратить в состояние (2), так как переход от (2) к (3) и наоборот состояние выхода не меняет.

Однако могут быть заданы и другие условия. Например, при нарушении заданной последовательности изменения входных сигналов на выходе должен появиться О и СУ должна возвратиться в исходное состояние. В этом случае необходимо ввести новую строчку с устойчивым состоянием (5) в столбце 10



Таблица lo.9 Таблица 10.10

Вторичная таблица переходов Матрица переходов

Хи Х2

<4>°

<2>

<1>°

<3>

<4)° 4

<2>

И выходом, равным О, и перевести СУ из (3) в <5), а затем в (1) (при этом следует проанализировать поведение СУ при всех возможных переходах нз<;5>).

Возможны и другие варианты условий и в каждом из этих случаев таблица переходов будет выглядеть по разному.

Число строк таблицы переходов определяет число комбинаций дополнительных или промежуточных переменных (линий обратной связи или ЭП), поэтому необходимо стремиться к их объединению. Объединение строк выполняют по следующим правилам.

1. Две строки могут быть совмещены в одну, если номера состояний в соответствующих столбцах одинаковы или в одной из строк есть прочеркнутое место.

2. Если среди объединяемых номеров состояний одно является устойчивым, то в совмещенной строке проставляют устойчивое состояние.

3. Если совмещаемые строки имеют различные устойчивые состояния в разных столбцах, то значения выходов объединяемых строк могут быть различными.

В нащем примере можно объединить первую и четвертую, вторую и третью строки. Полученную таблицу (табл. 10.9) называют вторичной таблицей переходов. Значения выходов поставлены над каждым устойчивым состоянием.

Для двухстрочной таблицы переходов требуется одна промежуточная переменная (число возможных комбинаций значений промежуточных переменных должно быть не меньще числа строк).

Полученную таблицу (табл. 10. 0) называют матрицей переходов.

При размещении состояний нескольких промежуточных переменных необходимо стремиться к тому, чтобы все возможные переходы между устойчивыми состояниями, находящимися в различных строках, происходили при изменении значения только одной промежуточной переменной. Это позволит устранить состязание элементов, т. е. появление ложных сигналов на выходе схемы из-за некоторого различия времени срабатывания одновременно срабатывающих элементов. Если этого не удается добиться, то можно допустить одновременное изменение состояний двух промежуточных переменных для тех переходов, которые выполняются при устойчивых состояниях, находящихся в столбцах, не имеющих других устойчивых состояний.

По матрице переходов составляют матрицы Карно для промежуточных и выходных переменных. Матрицы Карно строят таким образом, чтобы строки соответствовали состояниям промежуточных переменных, а столбцы - состояниям входных переменных. В матрицах для промежуточной переменной (табл. 10.11) вместо номеров устойчивых состояний записывают состояния промежуточных переменных, соответствующих строкам, в которых находятся устойчивые состоя-

Таблица 10.11 Матрица промежуточных переменных Xl, Хг

Матрица выходов

Таблица 10.12

Xl, Хг

ния. Для неустойчивых состояний записывают те же значения,что и для соответствующих устойчивых состояний.

Матрицу выходов (табл. 10.12) строят аналогично, но вместо устойчивых состояний в клетки матрицы записывают соответствующие им значения выходов. В клетку с неустойчивым состоянием можно записывать любое значение, позволяющее упростить схему, если при данном неустойчивом состоянии происходит смена значения выхода. В противном случае для неустойчивого состояния пищут то же значение, что и для устойчивого.

Последующий порядок - упрощение, запись логических формул для функций выхода / и функций промежуточных переменных (г/) - построения многотактных СУ проводится так же, как и для однотактных СУ.

Метод построения систем управления с применением логических схем алго-рит.чов. Для формализованного описания работы СУ может быть применен язык ЛСА (логических схем алгоритмов) [1, 6, 7]. ЛСА записывают в виде выражения, состоящего из символов операторов, логических условий н специальных знаков, указывающих последовательность выполнения операторов.

Выполнению операторов в ЛСА соответствует формирование на определенном выходе СУ командного сигнала. Так как пневматические исполнительные устройства обычно имеют два (включающий и выключающий) управляющих входа (например, пневмоцилиндры, распределители с двухсторонним управлением) выделено два типа операторов: - соответствует появлению сигнала, включающего i-е исполнительное устройство; А - соответствует появлению сигнала, выключающего i-е исполнительное устройство. Последовательность выполнения операторов в ЛСА определяется порядком записи. Операторы, выполняемые одновременно, заключаются в скобки.

Логические условия интерпретируются как сигналы от конечных выключателей, кнопок, временных устройств и т. п. и содержат информацию о выполнении предыдущего оператора, разрешающих и запрещающих командах. Последовательность проверки логических условий определяется порядком их записи.Одновременно выполняемые логические условия заключаются в скобки.

Последовательность работы СУ обозначают в помощью стрелок. Начало { k \

к-я стрелки \обозначается t j стоит справа от проверяемого логического уело-

вия, а ее конец \обозначается / слева от того члена ЛСА, который должен выполняться, если логическое условие не выполнено (имеет нулевое значение). Если логическое условие выполнено (приняло единичное значение), то выполняется член ЛСА (оператор или логическое условие), записанный непосредственно справа от данного логического условия. Отсутствие стрелки перехода справа от логического условия означает переход от выполнения оператора (записанного слева от логического условия) к оператору А. (записанного справа) при выполнении логических условий. Невыполнение такого логического условия означает останов цикла. При задании ЛСА удобно использовать логические условия, тождественно равные нулю, - всегда ложные логические условия. Их обычно обозначают со. Применение логического условия со поясним на примере ЛСА:

Аа f i As . I Ai -.

Так как со = О, то после оператора Л а всегда выполняется оператор А/,

а переход к Лз возможен только по стрелке f . Рассмотрим пример ЛСА

ЛСА (/ = М„ I Alx,Alx.,Alx, I Ax.Al {х,.х, ) \ AfxAx,

1 2

X "гг (4--«в) t СО t

2 IV



описывает следующую последовательность работы СУ. По сигналу Хп включается исполнительное устройство (выполняется оператор А - на выходе zf СУ появляется единичный сигнал). После выполнения А проверяется логическое условие Xl. При Xl = 1 выполняется оператор А и так далее до повторного выполнения оператора А, после чего проверяется логическое условие

Х4-Хд. При Х4 -Хд = 1 следует переход по f , выполнение оператора Л и начало

нового цикла. Прн Xi-х = О следует переход по t • В этом случае новый цикл может начаться только после подачи сигнала Хп-

Выполнение оператора (или группы одновременно выполняемых операторов) характеризуется ситуацией, которая определяется состоянием входных, промежуточных и выходных переменных, т. е. в общем случае каждой ситуации должно соответствовать определенное состояние ЭП. В целях уменьшения числа ЭП полученную ЛСА можно разделить на макроситуации. Макроситуацией называют часть ЛСА, не содержащую одновременно операторов включения и отключения одного н того же исполнительного устройства. Деление ЛСА па макроситуации выполняют с помощью прямых вертикальных линий, слева от которых проставляют помер макроситуации (см. запись ЛСА) [7].

Синтез логических уравнений по полученной ЛСА выполняют аналогично методу, описанному ниже.

Метод построения многотактных систем управления, разработанный во ВНИИГидроприводе позволяет проектировать схемы с любым числом входных сигналов.

Проектируемую СУ строят таким образом, чтобы содержался блок памяти, т. е. совокупность ЭП, логические цепи включения (отключения) ЭП и исполнительные устройства. Пример компоновки блока памяти приведен на рис. 10.2, где в качестве ЭП использованы трехлинейные пневмораспределители с двухсторонним пневматическим управлением. Как видно из рисунка, при работе СУ включенным остается только один ЭП, его выходной сигнал г/ . отключает предыдущий ЭП (поступая на входТ? ,) и участвует в формировании сигнала 54.1, включающего следующий в цикле ЭП. - сигнал из схемы управления. Тогда процесс построения СУ сводится к определению числа ЭП н размещению их состояний, а также к построению однотактных цепей (схем включения-отключения) ЭП и исполнительных устройств.

Для формализованного описания СУ применен язык режимов, условий и ситуаций ЯРУС, разработанный под руководством О. П. Кузнецова в институте проблем управления. Описание СУ на языке ЯРУС состоит нз трех разделов: первого, содержащего списки входов и выходов СУ; второго, состоящего из пунктов и ограничений; и третьего, содержащего метаописание.

Под пунктом понимается описание работы отдельных частей СУ. Описания СУ делят на пункты из технологических, конструктивных, функциональных и других соображений. Например, отдельными пунктами могут быть описаны работа СУ или ее частей в разных режимах, параллельная работа частей ПСУ и т. п.

Описание работы СУ или ее частей внутри пункта состоит из указания ситуаций, возникающих в процессе функционирования СУ. Под ситуацией понимается состояние исполнительных устройств (например, для пневмоцилиндра шток втянут или выдвинут), а также состояние Рис. 10.2. Блок памяти памяти СУ. Ситуации «1» соответ-


ствует предпусковое состояние СУ (или ее части). При автоматическом повторении циклов СУ в ситуацию «Ь может не попасть. Описание пункта может быть представлено в виде графа (см. рис. 10.3), вершины которого, изображенные на рисунке в виде кружков, интерпретируют как ситуации (упрощенно можно считать, что вершине соответствует, например, движение исполнительного устройства от одного конечного положения к другому), а линии-как переходы из одной ситуации в другую, причем направление перехода на рисунке указано стрелкой. Условия перехода указываются на дугах выше или слева от черты и задаются булевыми функциями, прпчем вне скобок записываются сигналы, вызывающие и разрешающие данный переход (назовем их сигналами возбуждения), а в скобках - сигналы, равные единице на данном переходе, но не оказывающие на этот переход влияния.

Ниже или справа от черты указывают сигналы включения или отключения исполнительных устройств. Отсутствие сигнала означает, что состояние соответствующего исполнительного устройства не изменяется.

Метаописание содержит сведения о взаимодействии между пунктами и общие сведения для СУ в целом.

Рассмотрим пример построения СУ формовочным полуавтоматом, заданного следующим словесным описанием.

Исполнительными устройствами полуавтомата служат пневмоцилиндры Щх-Цъ), которым соответствуют выходы системы управления z-z, вибраторы бе и Bj (выходы Zg-z;) и сопло для обдува формы Cg (сигнал выхода Zg). Цилиндр Z(i поднимает и опускает опоку, причем нижнее исходное положение контролируется конечным выключателем х-, а верхнее - конечным выключателем Xg. Цилиндр Ц2 производит подпрессовку, исходное положение цилиндра контролируется конечным выключателем х, а конечное - реле времени x(z) (настройка которого определяет продолжительность подпрессовки). Цитиндр Llg служит для выполнения протяжки. Цилиндр Ц отодвигает шибер, что приводит к заполнению опоки формовочной смесью, причем исходное положение шибера контролируется конечным выключателем Хд, а конечное - Хю. Цилиндр ставит траверсу в рабочее положение, которое контролируется конечным выключателем Хц.

Цикл работы начинается с нажатия на пусковую кнопку (Xi = 1), в результате чего опока перемещается вверх (г = 1) и останавливается в верхнем поло-женин. Затем по сигналу (Хд = 1) включается вибратор {zf= 1) и выдвигается шибер (zS = 1), при этом формовочная смесь заполняет опоку, после чего по сигналу (хю = 1) шибер возвращается в исходное положение. По сигналу (Xg = = 1) отключается вибратор (z = 1) и опускается опока (z = 1). Затем по сигналу (х, = 1) траверса устанавливается в рабочее положение. По сигналу (Xii= 1) поднимается опока (z = 1) и происходит подпрессовка (z= 1), продолжительность которой контролируется реле времени, по сигналу t;(z= 1) опускается опока (z = 1), заканчивается подпрессовка (z. = 1), выдвигается цилиндр протяжки (z= 1) и включается вибратор опоки (г = 1).

По сигналу Xj-Xj = 1 траверса возвращается в исходное положение (г = 1) и выключается вибратор опоки (г = 1). После этого оператор вручную включает (Х4 = 1) обдув формы {zf--= 1) и отключает протяжку (z = 1). Цикл заканчивается.

СУ полуавтоматом должна обеспечивать два режима работы - полуавтоматический и наладочный, для чего установлен переключатель режимов. Аварийный останов полуавтомата производится в любом режиме по сигналу Ха = 1 путем прекращения подачи сжатого воздуха к исполнительным устройствам с помощью клапана безопасности.

Описание работы полуавтомата на языке ЯРУС имеет следующий вид

Раздел 1. ОБЩИЙ

Xl - кнопка пуска; Хг - клапан безопасности; х, - переключатель режимов в позиции «Автомат»; - переключатель режимов в позиции «Наладка»; Xi - кнопка обдува формы.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 [ 11 ] 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33