Файл: Добролюбов, А. И. Автоматизация проектирования систем управления технологическими машинами.pdf

1. Обеспечение безопасной, безаварийной и надежной отработки требуемой последовательности движений ра­ бочих органов машины. С точки зрения логического син­ теза эти требования заключаются в том, что система уп­ равления должна содержать необходимое число блоки­ ровок; число контактов и обмоток аппаратов должно быть по возможности меньшим; структурные цепи выходов должны содержать замыкающие контакты, чтобы не по­ давались команды управления при отключении аппара­ тов системы в результате отказов; необходимо защитить систему управления от нежелательных последствий при заземлениях, коротких замыканиях, исчезновении и вне­ запном появлении напряжения.

2. Обеспечение работы технологической машины в нескольких режимах — наладочном, полуавтоматическом и автоматическом. Это требование приводит к тому, что система управления строится из ряда частей и является многопрограммным релейным устройством. Основные трудности возникают не только при синтезе частей, реа­ лизующих отдельные программы, но и при синтезе общей структуры системы управления, состоящей из этих час­ тей.

3. Простота структуры схемы, возможность быстрого изучения и освоения ее обслуживающим персоналом С этой точки зрения может оказаться, что «слишком ми­ нимизированная» структура, содержащая мостиковые соединения и сложные логические связи, может оказаться ненадежной в эксплуатации и трудной в освоении, что при отсутствии автоматизированных методов диагности­ ки неисправностей приводт к большим простоям техно­ логических машин.

4. Ограничение контактной нагрузки отдельных аппа­ ратов управления. Наиболее простой выход — дублиро­ вание с помощью реле — часто неприемлем, так как при­ водит к неоправданному увеличению числа аппаратов управления. Учет данного требования существенно ус­ ложняет задачу синтеза и требует поиска специальных методов решения.

Эти требования вызывают необходимость инженер­ ной доработки теоретических методов синтеза, т. е. раз­ работки инженерных методов логического синтеза, кото­ рые учитывают специфические особенности систем управ­ ления технологическими машинами.

Особенности излагаемого инженерного метода синте-

72

за заключаются в том, что он предусматривает проекти­ рование сложной многопрограммной системы управления на основе синтеза составляющих частей и объединение полученных частей с учетом иерархических отношений между ними. Кроме этого путем использования двух раз­ личных видов задания исходной информации на синтез, позволяющих использовать опыт проектирования схем и формальные приемы теории релейных устройств, метод позволяет получать схемы управления, удовлетворяющие практическим требованиям.

Изложение отдельных этапов логического синтеза, об­ разующих «сквозную» методику, ведется в порядке их реализации в общем процессе проектирования системы управления.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРНОЙ ИЕРАРХИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Технологическая машина (см. рис. 2) может работать в различных режимах — наладочном, автоматическом, полуавтоматическом, подготовительном и т. п. Схема уп­ равления машиной также имеет эти режимы работы. Введем определение понятия режима работы и ее ком­ поненты, которые понадобятся для дальнейшего изложе­ ния инженерного метода синтеза системы управления.

Рассмотрим вначале функционирование одного рабо­ чего органа технологической машины. Как известно из гл. I, работа рабочего органа заключается в осуществле­ нии определенной последовательности «элементов цик­ ла». Элемент цикла представляет собой простейшую сос­ тавляющую технологического процесса, характеризую­ щуюся постоянством параметров.

Назовем компонентой режима рабочего органа опре­ деленную последовательность элементов цикла, начина­ ющуюся после получения пусковой команды и заканчи­ вающуюся после выполнения последнего элемента цикла этой последовательности. Для технологической машины ьассматриваемого нами типа компонент режима — это законченная последовательность движений и остановов рабочего органа, имеющая определенный инженерный смысл. Например, компонентом режима силовой головки агрегатного станка может быть цикл «сверление», состо­

73

нов — быстрый отвод — останов. Эта же силовая головка, например, может работать и в другом режиме: останов— быстрый подвод сверла — сверление — быстрый отвод — останов. Это уже другой компонент режима этой головки, так как изменилась последовательность составляющих ее элементов цикла.

В частном случае компонентой режима может быть один элемент цикла — одно движение рабочего органа. Каждый рабочий орган машины должен отрабатывать одну или несколько компонентов режима.

Функционирование машины, очевидно, определяется функционированием ее рабочих органов, каждый из ко­ торых отрабатывает определенный компонент режима. Компонент режима машины представляет собой совокуп­ ность компонентов режима ее рабочих органов. Каждая технологическая машина предназначается обычно для выполнения нескольких режимов.

Компонент режима машины является простейшей со­ ставляющей технологического процесса машины, для по­ лучения которого следует синтезировать схему управле­ ния. Общую схему управления можно образовать специ­ альным объединением полученных схем.

Понятие режима работы машины является объединя­ ющим по отношению к понятию «компонент режима».

Режим работы содержит несколько компонентов (в частном случае один). Например, наладочный режим ра­ боты станка может состоять из компонентов «разгрузка», «зажим детали», «рабочий ход» и др. Заметим, что режим работы — это не последовательность компонентов режи­ ма, а их подмножество, где компоненты могут меняться местами.

Рассматриваемая нами технологическая машина мо­ жет работать в следующих режимах, соответствующих характеру обработки детали, либо характеру подготови­ тельных, наладочных или установочных движений:

1. В подготовительном, определяющем работу систе­ мы управления при подготовке машины к работе.

2.В наладочном, обеспечивающем наладочные или установочные движения рабочих органов машины.

3.В полуавтоматическом, обеспечивающем отработку одного цикла работы технологической машины.

4.В автоматическом, обеспечивающем повторение циклов обработки.

74

5. В режиме, определяющем работу системы управ­ ления при нарушениях в работе машины.

Для возможности реализации перечисленных режи­ мов система управления строится как многопрограммное релейное устройство, т. е. представляет собой несколько совмещенных систем, каждая из которых реализует от­ дельный режим или компонент режима.

В процессе отработки определенного режима или ком­ понента система управления машины должна обеспечить:

1)возможность выбора оператором требуемогб режима работы технологической машины путем установки аппа­ ратов выбора режимов в соответствующие положения;

2)последовательность движений рабочих органов, опре­ деляемую технологическим процессом в выбранном ре­ жиме; 3) безопасную, безаварийную и надежную рабо­ ту машины; 4) оперативный и технологический останов машины; 5) продолжение, если это требуется, прерван­

ной работы; 6) возможность возврата рабочих органов в исходное положение из любой позиции; 7) сигнализа­ цию о работе машины.

Вследствие взаимодействия частей, обеспечивающих отработку отдельных режимов и компонентов, реализа­ цию тех или иных функций, система управления имеет, как правило, весьма сложную структуру. Синтез такой системы при достаточной сложности режимов работы и их компонентов представляет собой трудную инженер­ ную задачу.

Остановимся кратко на сложившемся инженерном подходе к решению задачи логического синтеза систем управления.

Синтез, как правило, начинается с наиболее сложного (автоматического, полуавтоматического) режима работы с последующим «достраиванием» частей схемы, реализу­ ющих более простые режимы и компоненты. Объединение схемы основного режима со схемами остальных частей осуществляется обычно методом проб и ошибок. При этом появляется необходимость неоднократной передел­ ки как «достраиваемых» частей схемы, так и схемы ос­ новного режима. Особые неприятности создают ложные цепи, образующиеся в результате объединения отдельных частей системы.

На основании тщательного изучения большого числа систем управления отечественных и зарубежных проект­ ных организаций, структурных и функциональных особен­

75

ностей этих систем, методов проектирования, а также ис­ пользования теоретических методов синтеза релейных устройств удалось выработать достаточно общий и систе­ матизированный подход и на его базе создать формали­ зованный инженерный метод логического синтеза.

Структурные части системы, соответствующие режи­ мам или компонентам, описываются в задании на синтез

Рис.16. Классификация функций, выполняемых системой уп­ равления

раздельно, однако в процессе синтеза между ними возни­ кают сложные логические связи, в результате чего обра­ зуется единая структура.

Функциональное строение системы управления приве­ дено на рис. 16.

Деление функций на главные и вспомогательные от­ ражает два наиболее существенных момента в работе системы управления: функционирование системы пра правильной работе машины и ее поведение при появлении различных нарушений алгоритма функционирования. Такое деление позволяет синтезировать систему, обеспе­ чивающую требуемые режимы обработки и безаварийную работу при нарушениях.

76

Главные и вспомогательные функции делятся на ос­ новные и дополнительные. Суть основных функций за­ ключается в том, что они обеспечивают определенную последовательность движений рабочих органов машины как при правильной работе, так и при нарушениях. До­ полнительные функции заключаются в создании опреде­ ленных дополнительных условий для реализации основ­ ных функций. Понятие дополнительных условий тесно связано с понятием стартового управляющего воздейст­ вия, которое выступает как непосредственная причина тех шти иных движений рабочих органов. Для реализа­ ции этих причин нужны определенные условия (опреде­ ленные положения переключателей режимов, рычагов управления, кнопок, определенное положение рабочих органов, исправное состояние механизмов, узлов и от­ дельных аппаратов и т. д.). Комплекс этих условий и назван дополнительными условиями. Они могут созда­ ваться оператором или рабочими 'органами машины. К последним относятся различные блокировки, необходи­ мость которых определяется тем, что всегда есть опреде­ ленная вероятность отказов элементов машины, а также неправильных действий оператора. На рис. 16 дано более детальное деление дополнительных условий, относящих­ ся к главным функциям. Вспомогательные функции в системах управления технологическими машинами раз­ виты обычно очень слабо.

На рис. 17 дана структура построения систем управ­ ления (СУ). Показано деление СУ на части, деление СУ на комбинационную и многотактную части. При этом комбинационная часть структуры соответствует форми­ рованию дополнительных условий работы СУ, а много­ тактная часть соответствует реализации входных и вы­ ходных сигналов СУ.

Рассмотрим более подробно структурное деление СУ. Выделение комбинационной (КЧ) и многотактной (МЧ) частей в схеме является по сути дела первым уровнем ее деления. В результате разделения СУ на КЧ и МЧ появ­ ляется задача синтеза объединяющей части (ОЧ). КЧ реализует дополнительные условия и представляет собой комбинационную контактную схему, синтез которой не вызывает особых трудностей.

Синтез наиболее сложной многотактной части схемы ведется поэтапно для отдельных компонентов режима; структура этой схемы делится на части.

77

В результате исследования практических систем уп­ равления было установлено существование в схемах функционально-ориентированных частей, управляющих отдельными компонентами режима. Такую же составную структуру имеет многотактная часть схемы, синтезируе­ мой излагаемым здесь методом. При этом части схемы соответствуют отдельным компонентам режима техноло-1*

Цддта cucmCMbt, обеспечивающие от работ ки компонентов реж им ов

Рис. 17. Структура построения системы управления

гической машины. Между этими частями существуют определенные иерархические отношения, показывающие их относительную сложность и подчиненность. Если рас­ сматривать подмножества выходных аппаратов отдель­ ных многотактных частей, то иерархические отношения выражаются в том, что названные подмножества нахо­ дятся в отношении включения.

Поясним отношения между подмножествами выход­ ных аппаратов на конкретном примере.

Рассмотрим систему управления горизонтально-про­ тяжного станка, которая имеет следующие режимы ра­ боты и их компоненты (см. табл. 22):

1.Подготовительный:

101.Подготовка станка к работе.

2.Наладочный:

201.Загрузка.

202.Вывод фиксаторов.

203.Зажим.

204.Разжим.

78

205.Выгрузка.

206.Рабочий ход.

207.Обратный ход.

3.Полуавтоматический:

301.Отработка одного цикла.

4.Автоматический *:

401.Отработка повторяющихся циклов.

5.Работа при нарушениях:

501.Механизм для удаления стружки не работает.

502.Неправильно установлена деталь.

503.Нет смазки.

Для обозначения подмножеств выходных аппаратов используем идентификатор, состоящий из буквы М и но­ мера компонента. Элементами подмножеств являются буквенно-цифровые обозначения выходных аппаратов.

Приведем выходные подмножества, взятые из табл.

9 9 9 4 -

’МН)1 = {1К, ЗК>; М201 = {4Э};

М202={2Э};

М203={2Э, 7Э};

М204={1Э};

М205= {1Э, ЗЭ};

М206={2Э, 7Э, 9Э, 11Э};

М207={2К, 8Э, ЮЭ, 12Э}; М301 —{2К, 1Э, 2Э, ЗЭ, 4Э, 7Э, 8Э, 9Э, ЮЭ, 11Э, 12Э}; М501 = {2ЛС};

М502= {ЗЛС};

М503={4ЛС}.

Отношения между выходными подмножествами выра­ зим в виде диаграммы Венна, представленной на рис. 18. Из диаграммы видно, что часть выходных подмножеств находится в отношении :включения, другие не пересека­ ются.

Для количественного выражения иерархии многотакт­ ных частей введем понятие ранга R выходного подмно­ жества, которым назовем число подмножеств, включаю­ щих данное. На рис. 18 значения R указаны цифрами в скобках. Значения рангов указывают относительную сложность частей системы управления, связанных отно­ шением включения: часть СУ тем сложнее, чем меньше1

1 В дальнейшем не рассматривается, так как является много­ кратным повторением полуавтоматического и реализуется теми же аппаратами управления, добавляется только реле автоматики.

79