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

ханических органов станка и автоматическое по­ строение таблиц устойчивых состояний аппаратов управ­

отмечалось, теория релейных устройств и конечных авто­ матов. Однако целый ряд практических требований к проектируемой схеме (специфика аппаратуры, нагрузоч­ ная способность контактов, требования технологии, тре­ бования унификации, учет аварийных ситуаций, удобство

создавать инженерные методы синтеза конкретных уст­ ройств, в которых наряду с известными теоретическими положениями учитывается передовой инженерный опыт конструирования схем. Именно таким методом является инженерный метод синтеза принципиальных электросхем станков.

3. Проблема автоматизированного анализа работы схемы представляет собой важный этап автоматизиро­ ванного проектирования. Задача проверки работоспособ­ ности схемы, ее безошибочности имеет большое практи­ ческое значение независимо от того, автоматизированы ли другие этапы проектирования, так как ошибки, допу­ щенные в проектах сложных автоматизированных уст­ ройств, обходятся впоследствии весьма дорого — требу­ ют дорогостоящих переделок, удлиняют сроки изготовле­ ния и отладки объекта. Моделирование и анализ работы схемы имеют также большое значение как этап синтеза в тех случаях, когда не существует еще алгоритмических методов синтеза, синтез ведется эмпирически, а ЭВМ выступает в роли эффективного помощника конструк­ тора.

Кроме того с помощью методов автоматизированного анализа и моделирования могут быть разрешены такие актуальные инженерные проблемы, как анализ в процес­ се изготовления и эксплуатации.

4. Выбор и расчет аппаратуры представляет собой менее сложную проблему с точки зрения ее постановки па ЭВМ, хотя результаты этого этапа иногда могут при­ вести к необходимости пересмотра принятого варианта схемы,

10

5. Проектирование схемы соединений (монтажной схе­ мы), схем размещения аппаратуры, получение специфи­ каций, ведомостей и другой конструкторской документа­ ции представляет собой сложную проблему, связанную с решением таких задач, как создание информационно-по­ исковых систем (ИПС), разработка алгоритмов прост­ ранственного размещения элементов, унификация конст­ руктивных элементов и решений, видоизменение многих документов проекта.

Значительный опыт автоматизации технического кон­ струирования накоплен в области проектирования ЭВМ. Этот опыт должен быть использован в максимальной сте­ пени при проектировании управляющих схем.

6.Автоматизация вычерчивания схем и другой техни­ ческой документации стала возможной благодаря поя­ вившимся в последнее время графопостроителям и авто­ матическим чертежным устройствам. Помимо повышения производительности, автоматическое вычерчивание чертежа отличается отсутствием ошибок, разборчи­ востью, строгим соблюдением всех правил, обозначений

ит. п.

7.Разработка технологической документации на изго­ товление схемы является логическим продолжением ав­ томатизированного проектирования. Особенно актуальной

эта проблема становится вследствие возможности изго­ товления специальных станков с программным управле-. нием, осуществляющих монтаж. Такие станки проработа­ ли на фирме Цинциннати (Cynncynatty, США) два года и позволили сократить трудоемкость монтажа схем стан­ ков в 2 раза [21].

3. От качества и полноты эксплуатационной докумен­ тации, отправляемой потребителю, в значительной степе­ ни зависит эксплуатационная надежность и работоспо­ собность оборудования. Следут отметить, что качество документации, отправляемой заказчику, сейчас неудов­ летворительно. Чем сложнее схема, тем, как правило, труднее составить ее полное описание, тем более громозд­ кими и неудобными становятся инструкции по ее эксплу­ атации. Перспективной является разработка специаль­ ных языков, дающих в наглядной и сжатой форме пол­ ную информацию о работе схемы. Одним из таких языков, получивших широкое распространение для описания и анализа схем управления станками и автоматическими линиями, является язык функциональных циклограмм [8]

11

Г л а в а 1

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МАШИНЫ НА ЭВМ

1 ОБЩИЙ ПОДХОД К МОДЕЛИРОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Моделирование с помощью ЭВМ становится неотъем­ лемой частью проектирования и создания сложных ма­ шин и систем. При этом цели и задачи моделирования весьма разнообразны. Моделирование работы технологи­ ческих машин преследует цель определения поведения машины в целом и поведения ее составных частей. В про­ цессе моделирования выявляются различные нарушения функционирования машины, которые являются следстви­ ем допущенных при проектировании ошибок; определяет­ ся поведение машины в различных ситуациях и возмож­ ность появления аварийных ситуаций в работе машины; составляется функциональное описание работы машины. Немаловажное значение имеет также возможность опре­ деления условий работы отдельных частей, которые в, модели машины рассматриваются в качестве «черного ящика». Полученная в процессе такого моделирования информация служит исходной для синтеза структуры этих частей.

Отметим, что речь идет о логическом моделировании, когда моделируются причинно-следственные отношения тех или иных элементов машины. Логическое моделиро­ вание является существенной и неотделимой частью про­ цесса проектирования. Рост степени автоматизации ма­ шин, сопровождающийся, как правило, повышением их сложности, делает логическое моделирование с помощью ЭВМ особо актуальным. Проектировщику трудно удер­ жать в памяти все многообразие элементов машины и трудно проследить их функционирование во взаимосвя­ занной системе, в правильных режимах работы и при различных нарушениях.

Ввиду того, что термин «моделирование» иногда оказы­ вается слишком общим, в отношении систем управления будет использоваться также термин «логический анализ».

13

Перейдем к рассмотрению общей модели технологи­ ческой машины (ТМ). В процессе функционирования она получает внешние управляющие воздействия оператора. Взаимодействие оператора и ТМ можно представить блок-схемой (рис. 1).

Управляющие воздействия УВ в данном случае пред­ ставляют собой воздействия оператора на органы управ­ ления технологической машины: кнопки управления, пе-

Рис. 1. Модель взаимодействия оператора и ТМ

реключатели, рычаги и т. д. Контрольные воздействия КВ (сигналы обратной связи) несут информацию о работе машины. К ним можно отнести сигнализацию положения рабочих органов, сигнализацию числа отработанных цик­ лов, аварийную или предупредительную сигнализацию и т. д. Кроме этого, оператор получает информацию пу­ тем визуального наблюдения (положение рабочих орга­ нов, состояние инструмента и детали, поломки с внешни­ ми признаками); с помощью органов слуха (шум, дре­ безжание, стук); осязания (вибрации, перегревы) и т. д. На основании сигналов обратной связи оператор выраба­ тывает требуемые управляющие воздействия.

Приведенная схема (рис. 1-) удовлетворяет любой технологической машине независимо от степени ее авто­ матизации.

На рис. 2 внутри технологической машины выделены система управления (управляющее'устройство) и управ­ ляемый объект (рабочие органы машины). Такое разби­ ение технологической машины на две разнородные под­ системы является существенным для излагаемых в даль­ нейшем методов моделирования, анализа и синтеза.

14

управления являются выходные аппараты схемы (элект­ ромагниты, магнитные пускатели, муфты и т. п.).

Ниже будут рассмотрены вопросы моделирования (логического анализа) системы управления (СУ) при правильной работе, а также ее поведение при неправиль­ ных внешних воздействиях и отказах элементов. В ре-

Рис. 2.' Модель взаимодействия системы управле­ ния и рабочих органов

зультате анализа выдается функциональное описание работы СУ, по которому определяются нарушения требу­ емого алгоритма функционирования. Составленное функ­ циональное описание является необходимым документом при наладке, изучении и эксплуатации машины.

Общая модель ТМ включает систему управления и механическую систему, эта модель используется при про­ ектировании систем управления.

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРАВИЛЬНОЙ РАБОТЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Вопросы функционального (логического) анализа ре­ шаются на этапах проектирования, изготовления и экс­ плуатации систем управления технологическими маши­ нами.

Функциональный анализ в основном дает ответ на следующие вопросы: правильно ли спроектирована сис­ тема, т. е. правильно ли выполняется заданный алгоритм функционирования; в чем причина нарушения работы системы при эксплуатации оборудования; как можно оперативно обнаружить неисправный элемент; как реа­ гирует система на неправильные внешние воздействия или отказы элементов?

Одним из главных вопросов при анализе схемы явля­ ется вопрос об аварийных ситуациях в работе машины,

15

т. е. не приводит ли реакция системы на неправильные внешние воздействия или отказы к поломкам оборудова­ ния, браку деталей, нарушению безопасности обслужива­ ния и т. д.

Проектирование схемы управления — сложный логи­ ческий Процесс, который обычно состоит из следующих этапов.

1.Изучения технического задания.

2.Составления принципиальной схемы для основного (автоматического) режима работы машины.

3.Анализа правильности работы схемы управления в основном режиме.

4.Дополнения схемы управления цепями, реализую­ щими дополнительные режимы работы (полуавтоматичес­ кий, режим установочных перемещений, режим наладоч­

ных движений и т. д.), которое нередко сопровождается переделкой схемы основного режима.

5.Анализа работы спроектированной схемы управле­ ния с целью исключения логических ошибок, устранения ложных цепей, коротких замыканий, зацикливаний (не­ произвольных повторений цикла) и т. д.

6.Оценки принципиальной схемы ведущим специа­ листом и изменение схемы сообразно сделанным замеча­ ниям.

7.Окончательной проверки опытным специалистом правильности функционирования системы управления в заданных режимах, при неправильных входных воздейст­ виях и отказах аппаратов управления.

Анализ схемы, особенно сложной, неоднократно про­ водимый конструктором, является трудоемким процес­ сом. Несмотря на тщательность проверки схемы нередки случаи, когда допущенные ошибки выявляются только после ее изготовления, в процессе отладки.

Естественно, что анализ схемы при проектировании включает в себя не только функциональный анализ в описанной выше постановке. Однако функциональный анализ, дающий ответы на вопросы, правильно ли рабо­ тает схема (не затрагивая совершенства схемных реше­ ний, правильности выбора аппаратуры, вопросов удобст­ ва обслуживания, оптимальности структуры и пр.), явля­ ется трудоемким и кропотливым делом, тем более что такой анализ требует неоднократного повторения.

На этапе изготовления характер функционального анализа зависит от сложности и назначения оборудова-

16