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

4

4

Рис. 12. Блок-схема алгоритма построения ТСТМ

58

5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Технологическую машину рассматривают как автома­ тическую систему, состоящую из двух разнородных по своей природе частей — механической системы и управ­ ляющего релейного устройства. Рассмотрим кратко про­ цесс конструирования технологической машины.

Всякая машина предназначается для выполнения конкретного технологического процесса. Заданный техно­ логический процесс позволяет инженеру-конструктору, руководствуясь опытом, инженерной интуицией и изуче­ нием прототипов, создать структуру механической части машины, ее кинематическую схему, а затем разработать ее технический проект. Правильно сконструированная машина должна выполнять заданную функцию — задан­ ный технологический процесс. При конструировании ме­ ханической системы выбирается число рабочих органов, их конструкция, способ крепления инструмента и обраба­ тываемых заготовок, способ загрузки-разгрузки, характер привода рабочих органов машины и т. д. Отвлекаясь от содержания процесса конструирования механической системы, можно считать, что его задачей является созда­ ние работоспособных конструкций, обеспечивающих за­ данное функционирование технологической машины.

На функциональной блок-схеме (см. рис. 11) техноло­ гической машины блоки 2, 3, 4 относятся к механической части машины.

Конструирование релейной управляющей схемы (блок 1) начинается после того, как принято определенное ре­ шение о структуре механической системы, т. е. принят определенный способ реализации блоков 2, 3, 4.

Выбранная конструкция механических органов ма­ шины позволяет определить требования к входным и вы­ ходным аппаратам управляющего РУ, найти число этих аппаратов, их расположение на машине. Иногда на зтой стадии проектирования уже можно определить функцио­ нальные свойства и типы этих аппаратов, т. е. конструк­ тор схемы управления получает от конструктора меха­ нической системы данные о входных и выходных аппара­ тах схемы.

Очевидно, что для конструирования схемы управления этих данных недостаточно. Необходимо — и это является главной трудностью формирования задания на проекти­ рование схемы-—сформулировать условия работы конст-

59

Р.уируемого ^релейного устройства, управляющего тех­ нологической машиной. Сформулировать условия работы управляющего РУ значит задать все возможные входные последовательности, которые могут иметь место при ра­ боте машины, и определить соответствующие этим вход­ ным последовательностям выходные последовательности.

Формулирование условий работы релейного устройст­ ва, управляющего технологической машиной, является сложной инженерной задачей, основная трудоемкость которой заключается в «стыковке» функционирования механической системы и управляющего РУ. В практике конструирования машин существуют различные методы задания информации на проектирование управляющего РУ. Эти методы, не будучи формализованными, не могут быть применены при автоматизированном проектирова­ нии, однако с успехом применяются при обычном, неав­ томатизированном проектировании. Часто информация записывается в виде временных циклограмм разного ви­ да, где с помощью условных обозначений задаются сос­ тояния 'входных и выходных аппаратов РУ при выполне­ нии технологической машиной каждого элемента цикла. Иногда дополнительно приводится упрощенная кинема­ тическая схема с нанесенными на ней обозначениями входных и выходных аппаратов, по которой можно опре­ делить взаимодействие органов машины с датчиками и установить требуемую последовательность работы РУ.

Автоматизированное (формализованное) проектиро­ вание РУ требует, очевидно, строго формализованного задания исходных данных, т. е. такого задания, которое однозначно определяет требования к РУ, вытекающие из характера и особенностей работы конструируемой тех­ нологической машины.

Наиболее известным формализованным языком запи­ си работы РУ в настоящее время является язык таблиц переходов [6, 15]. Таблица переходов и соответствующая ей таблица выходов позволяет сформулировать условия работы РУ для всех теоретически возможных последова­ тельностей. Таблица переходов является в настоящее время наиболее универсальным средством анализа и син­ теза РУ произвольного класса, однако оказывается слиш­ ком сложной при решении практических задач.

Для автоматического синтеза РУ авторами принят формализованный способ задания его работы в виде таб­ лиц устойчивых состояний (ТУС). В ТУС работа РУ за-

60

писывается в виде следующих друг за другом пар Хи Zt, где Xt — входной набор, Zt — еоответствующий ему вы­ ходной набор в момент t. ТУС (см. табл. 18) представля­ ется обычно в виде таблицы, в которой строки соответст­ вуют наборам Xt и Zt, а столбцы соответствуют отдель­ ным входным и выходным аппаратам.

Язык ТУС оказался удобной основой для синтеза ре­ лейных устройств, имеющих небольшое число входных последовательностей. Такими устройствами являются РУ, управляющие технологическими машинами. Кроме этого ТУС является удобным средством контроля синтезируе­ мых схем с помощью функциональных циклограмм: сос­ тояния аппаратов, записанные в ТУС и являющиеся ис­ ходным заданием на синтез схемы, должны совпадать с состояниями входных и выходны-х аппаратов на функци­ ональной циклограмме синтезированной схемы.

Специфическая особенность РУ, управляющего тех­ нологической машиной, заключается в том, что входная последовательность, действующая на РУ, не является не­ зависимой, а определяется тем технологическим процес­ сом, для которого предназначена машина, конструктив­ но-кинематическими особенностями рабочих органов ма­ шины, скоростями их движения, особенностью взаимо­ действия рабочих органов и входных аппаратов. То же относится и к выходной последовательности, характер которой полностью определяется технологическим цик­ лом машины и особенностями конструкции привода ра­ бочих органов. Все это чрезвычайно затрудняет построе­ ние ТУС для РУ технологической машины, т. е. затрудня­ ет составление задания на проектирование РУ.

Рассмотрим вопрос автоматического построения ТУС с использованием вышеописанных принципов моделиро­ вания комплекса механическая система — релейное уст­ ройство [11].

Обратимся снова к функциональной блок-схеме тех­ нологической машины (см. рис. 11), где каждый блок ре­ ализует некоторую передаточную функцию.

В п. 4 было показано, что если заданы функции S, X, Z и V и исходное состояние системы, то можно формаль­ ными методами (алгоритм на рис. 12) построить таблицу состояний технологической машины. Заметим, что столб­ цы X и Z в ТСТМ представляют собой таблицу последо­ вательных состояний входов и выходов релейного устрой­ ства, т. е. ТУС.

61

Таким образом, алгоритм на рис. 12 позволяет по за­ данной структуре технологической машины и ее исходно­ му состоянию получить информацию о ее функциониро­ вании в виде ТСТМ.

Каждая последовательность значений функций в ТСТМ описывает функционирование отдельного блока технологической машины (рис. 11). В процессе проекти­ рования системы, состоящей из ряда блоков, часто воз­ никает задача формулирования условий функционирова­ ния неспроектированных частей системы, на основании информации о функционировании спроектированных (или заданных) частей. Эта задача сводится к построе­ нию последовательностей в ТСТМ, описывающих функ­ ционирование проектируемого блока по заданным после­ довательностям блоков, связанных с проектируемым блоком.

Таким образом, принципиально изменяется постанов­ ка задачи моделирования системы. Исходными становят­ ся функции, описывающие заданные части машины, и функционирование этих частей в виде последовательнос­ тей значений их функций :во времени. Искомыми явля­ ются последовательности значений функций незаданных частей машины.

Такая постановка позволяет решить задачу автомати­ зированного формулирования условий работы незадан­ ных (синтезируемых) частей системы.

Нашей задачей является получение таблицы устойчи­ вых состояний синтезируемого релейного устройства, уп­ равляющего данной технологической машиной.

Задача построения ТУС в общем виде может быть сформулирована следующим образом: задано требуе­ мое функционирование механической системы технологи­ ческой машины; определить требуемую передаточную функцию искомого РУ.

Обращаясь к модели функционирования машины в виде ТСТМ, приходим к заключению, что функциониро­ вание механической системы описывается здесь последо­ вательностью значений 5 и V, а функционирование ре­ лейного устройства — последовательностью X и Z. Зна­

62

ратная ей функция Z < = /-1(Vt). Имея последовательность

тельности Vt и по функции Zt = J - (V t) находим последо­ вательность значений Zt-

Итак, для получения ТУС релейного устройства необ­ ходимо задать временные последовательности значений

St и Vt и функции Xt =fi (St, t), Zt=f~l(Vt).

Информация, требуемая для построения ТУС, пред­ ставляет собой информацию о функционировании меха­ нической системы машины (последовательности значе­ ний S t и Vt) и о передаточных функциях блоков 2 и 4 (см. рис. 11) технологической машины. Вся эта информация находится 1в распоряжении конструктора при синтезе РУ, поэтому на ее основе могут быть определены условия работы РУ. Действительно, последовательности значений St и Vt представляют собой информацию о требуемой работе управляемой механической системы и являются исходными данными на проектирование РУ. Информа­ ция, задаваемая функциями Xt = U{St, t) и Zt = f~4V2), определяется структурой блока формирования скоростей рабочих органов и блока взаимодействия рабочих орга­ нов с датчиками. Структура и функции этих блоков так­ же известны к моменту синтеза РУ и задаются в виде табл. 12, 13, 14 и логических функций (стр. 54).

Для того чтобы формализованное составление зада­ ния на синтез РУ было оправдано с инженерной точки зрения, необходимо иметь простой метод задания исход­ ных данных. Форма задания исходных данных должна позволить в простой и полной форме сформулировать исходное задание для построения ТУС, т. е. в удобной для проектировщика форме записать последовательности St и Vt для каждого рабочего органа и функции Xt и Zt- Функции Xt и Zt в достаточно удобной для инженера форме задаются в виде логических выражений и таблиц (см. табл. 11, 12, 13, 14). Рассмотрим теперь метод зада­ ния последовательностей координат и скоростей рабочих opraHOiB машины. Рассмотрим более детально сами эти последовательности значений S t и Vt-

Последовательность координат St рабочего органа на протяжении n-го элемента цикла представляет собой арифметическую прогрессию, так как элемент цикла ха­ рактеризуется постоянством скорости рабочего органа.

63