Синтез системы управления механизмами машины-автомата

В машинах-автоматах системой управления по пути называется система управления, обеспечивающая требуемую согласованность перемещений исполнительных органов в зависимости от их положений. Программа для системы управления по пути задается обычно в виде тактограммы. Тактограммой машины-автомата называется схема согласованности перемещений исполнительных органов в зависимости от их положений.

На тактограмме весь цикл движения разделен на отдельные такты движения.

Тактом движения называется промежуток времени, в течение которого не меняется состояние (наличие или отсутствие движения) ни одного из исполнительных органов.

На тактограмме не указывается время такта (или угол поворота равномерно вращающегося вала). Это время для одного и того же такта может быть различным в зависимости от условий выполнения технического процесса.

Синтез системы управления проводится в такой последовательности:

- построить тактограмму с указанием наличия или отсутствия сигналов от конечных выключателей в начале каждого такта движения;

- проверить реализуемость тактограммы и определить необходимое число элементов памяти;

- составить таблицу включений и отметить тактирующие сигналы;

- составить формулы включения и произвести их упрощение;

- построить схему управления на пневматических элементах;

- построить схему управления на электромагнитных элементах;

- проверить действие схемы управления.

Тактограмма движения

Цикл работы содержит шесть тактов, в каждом из которых совершается одностороннее движение одного механизма. Тактограмма движения задается шифром – шестизначным числом (по числу тактов движения), составленным из номеров механизмов. Номер каждого механизма входит дважды: первое указание номера означает, что в соответствующем такте происходит прямой ход механизма, вторичное указание номера отвечает обратному ходу.

Например, шифру 323112 соответствует тактограмма, построенная в таблице 1.2.

Наклонные линии на тактограмме отвечают тактам движения, а горизонтальные – тактам выстоя. В первом такте имеет место прямой ход поршня М3, во втором – прямой ход поршня М2, в третьем - обратный ход поршня М3. В четвертом и пятом тактах совершается прямой и обратный ход поршня М1. Шестой такт – обратный ход поршня М2.

Каждый механизм имеет два конечных выключателя, на которые нажимает шток поршня в крайних положениях. В нажатом положении сигнал от конечного выключателя равен 1, в не нажатом – 0.

На тактограмме показаны значения сигналов Х₁ (читается как «не икс один»), Х₂ и Х₃ от выключателей, нажимаемых в нижнем положении. Значения сигналов ₁, ₂ и ₃ от выключателей, нажимаемых в верхнем положении, на тактограмме не показываются, так как их всегда можно определить как инверсные по отношению к сигналам Х₁, Х₂ и Х₃ (когда один из выключателей какого-либо механизма нажат, другой не нажат).

 

Таблица 1.2 – Тактограмма 323112

Наименование	Сигн.	Такты движения	Вес сигн.
Механизмы	М1	Х1							2^0 = 1
М2	Х2							2^1 = 2
М3	Х3							2^2 = 4
Память	Z							2^3 =8
Вес без памяти
Вес с памятью

 

Синтез систем управления по пути состоит в проектировании схемы соединения логических элементов, обеспечивающих выполнение заданной тактограммы. Но предварительно надо проверить ее реализуемость. Тактограмма считается реализуемой, если наборы входных сигналов в начале каждого движения различны. Из тактограммы видно, что в начале тактов 4 и 6 наборы входных сигналов совпадают (Х₁ = 1, Х₂ = 0 и Х₃ = 1), то есть тактограмма не реализуема, так как одна и та же комбинация сигналов должна вызывать различные движения механизмов. В начале 4 такта приводится в движение механизм М1 (прямой ход), а в начале 6 такта – механизм М2 (обратный ход).

Для того чтобы легче найти совпадающие комбинации, удобно их рассматривать как числа, записанные в двоичной системе.

Чтобы перевести их в двоичную систему сигналу Х₁ приписываем вес равный2⁰= 1, сигналу Х₂ – вес равный2¹ = 2 и сигналу Х₃ – вес равный2² = 4. Сумма сигналов, умноженных наих веса, дает искомое число в десятичной системе, которое называется весом сос­тояния. Подсчет весов состояния без памяти показывает их совпадение втактах 4 и 6. Для того чтобы веса состояний не совпадали, вводится дополнительный сигнал - Z от устройства, называемого "памятью". Сигнал Z = 1 соответствует включенной памяти, сигнал Z = 0 - выключенной памяти.

Включение памяти произведем в начале второго такта, а выклю­чение в начале пятого. Вес памяти 2³ = 8. Этот вес прибавляется в тех тактах, где память включена, то есть втактах 2, 3 и 4. Веса состояний с памятью во всех тактах стали различные. Возможны и другие варианты выбора тактов для включения выключения памяти. В общем случае может потребоваться не один, а несколько элементов памяти.

 

Таблица включений

Таблица состояний системы управления по пути с указанием ра­бочих, запрещенных и безразличных состояний называется таблицей включения (таблица 1.3), так как по ней устанавливается последовательность вклю­чения элементов системы.

При составлении таблицы включений с элементами памяти, необходимо иметь в виду, что такт в начале, которого включаетсяили выключается память разбивается на двалогических такта (до изменениясигнала памяти и после изменения).

В рассматриваемом примере включаем память в начале второго такта и выключаем в начале пятого. Тогда такты 2 и 5 разбиваются каждый на два логических такта: 2а, 2б и 5а, 5б. При этом надо иметь в виду, что сначала изменяется комбинация сигналов от конечных выключателей (такты 2а и 5а), а затем включается или выключается память (такты 2б и 5б). Поэтому следует различать такты движения (их 6) и логические такты (их 8). Логическим тактом называется промежуток времени, в течение которого не меняется состояние ни одного из логических элементов, включая элементы памяти.

Верхняя часть таблицы включений содержитзначения сигналов от конечных выключателей и от памяти (входные сигналы). При перехо­де от одного логического такта к другому меняется значение только одного сигнала. Этот сигнал называется тактирующим. В начале при­мера в такте 1 новым сигналом называется сигнал Х₂ = 1, а в такте 2а - отсутствие сигнала Х₃, то есть появление сигнала ₃ =1 и т.д.

Тактирующие сигналы отмечаются звездочками.

Нижняя часть таблицы содержит сигналы на включение f_z вык­лючение f элемента памяти, а также выходные сигналы к движению исполнительных органов механизмов M1, M2, М3 "Вперед" и "Назад".

Сигнал "вперед" обозначен f_1, f₂, f₃ сигналы "назад" – через f , f ,f . Заполнение этой части таблицы состоит в написании для каждой функции единиц в рабочих состояниях, прочер­ков - в безразличных и нулей - в запрещенных.

 

Таблица 1.3 – Таблица включений

Наименование	Сигн	Состояния
	2а	2б			5а	5б
Входы	М1	Х1						0*		1*
М2	Х2	1*			0*
М3	Х3		0*			1*
Память (П)	Z			1*				0*
Выходы	П	«вкл»	fz			-	-	-
«выкл»	f	-						-	-
М1	«вперед»	f1						-
«назад»	f	-	-	-	-				-
М2	«вперед»	f2				-	-	-	-
«назад»	f	-	-
М3	«вперед»	f3		-	-
«назад»	f					-	-	-	-

* Тактирующий сигнал

 

Например, для функции f_z, выражающей сигнал на включение элемента памяти ставим 1, а в такте 2а, так как в этом такте должна выключаться память. В тактах 2б, 3 и 4 делаем прочерки, так как в этих тактах элемент памяти уже включен и остается выключенным как при повторении сигнала на включение (f_z =1),так и при отсутствии его (f_z = 0). Во всех остальных тактах ставим нули, так как в этих тактах включить память нельзя (в тактах 5а память выключается и должна оставаться выключенной в тактах 5б, 6 и 1).

Аналогично заполняется таблица включений для другихвыходных сигналов.