double arrow

Промышленные логические системы управления


 

На современных машиностроительных предприятиях наряду с системами ЧПУ, системами управления промышленными роботами широко используют логические системы управления (ЛСУ), основой которых являют программируемые контроллеры. Рассмотрим основные причины и необходимость использования ЛСУ в системах группового управления технологическим оборудованием на машиностроительных предприятиях.

В состав промышленного предприятия входят машины, процессы, люди, сырье, готовая продукция, причем все эти компоненты взаимо­действуют в соответствии с планами, целями, инструкциями и режима­ми производства Исполнению этих планов и целей препятствуют нека­чественное сырье, поломки машин, различные помехи для людей и процессов, бракованная продукция и прочие неисправности. Производ­ственная система должна учитывать все эти неприятности, принимая соответствующие решения и осуществляя контролирующие воздейст­вия. Кроме анализа этих неприятностей система, принимающая реше­ния, должна задавать обычный и естественный порядок дейстъий: когда необходимо выполнить следующую операцию и какую именно.




Решения, принимаемые на производстве, делят на две большие ка­тегории:

-решение по основным признакам;

-решение по значениям переменных.

Если на вопрос можно ответить "да" или "нет", это значит, что он имеет отношение к основным признакам. В этом случае можно решать задачи автоматизации с помощью ЛСУ. При этом промышленные ЛСУ используют непосредственно в случае принятия решения по основным признакам, а также косвенно в случае принятия решений по значениям переменных. Для разработки ЛСУ промышленным оборудованием тре­буется установить все логические связи между отдельными перемен­ными. Для этого могут использоваться таблицы истинности, булева ал­гебра.

Таблица истинности - это матрица, устанавливающая связи между всеми возможными комбинациями логических переменных и соответ­ствующими им значениями функций. Для пояснения принципов по­строения таблицы истинности рассмотрим следующие примеры. Пример 1. Пульт управления с блокировкой.Пусть производственный процесс управляется с пульта (см. рис. 4.2) и необходимо ограничить к нему доступ лиц путем бло­кировки, ключ к которой имеется только у определенных лиц. Для наи­большей простоты предполагается, что на пульте имеется всего один орган управления: двухпозиционный переключа­тель (положения ВКЛ/ВЫКЛ), не считая замка блокировки.

Подобный пульт управления представляет собой ЛСУ с переменными дискретного типа, каждая из которых может принимать два и только два значения или состояния. Эти переменные и их состояния определяют так:



- переменная S характеризует положение  переключателя: S=1, переключатель в положении ВКЛ; S=0 - в положении ВЫКЛ;

- переменная L характеризует состояние блокировки: L=0, если ключ отсутствует (блоки­ровка включена), L=1, если ключ присутствует (блокировка снята);

-переменная р отражает состояние процесса: р =0 - процесс остановлен; p = 1 - процесс действует. Цифры 0 и 1 используют для представления двух состояний логи­ческих переменных, т. е. 0 - истина, 1 - ложь (0 - ВКЛ, 1 - ВЫКЛ и т.д.). После определения переменных все их вероятностные комбинации сводятся в таблицу истинности (см. табл. 4.1 ).

Входные переменные располагаются столбцами в левой части матрицы, а выходные в правой.

В данном примере переменная р одновременно является как вход­ной, так и выходной. В этом есть свой смысл, так как если ключ не вставлен в замок, то хотим, чтобы процесс оставался остановленным, если он уже был остановлен, или продолжал функционировать, если он действовал и до этого, каким бы не было положение переключателя ВКЛ/ВЫКЛ. Иначе говоря, текущее состояние процесса р (вход) может оказывать влияние на его будущее состояние (выход).

Таблица истинности читается построчно. Например. Первая стро­ка: если переключатель находится в положении ВЫКЛ (S=0), если бло­кировка включена (L = 0) и если процесс остановлен (р = 0), то процесс должен оставаться остановленным, т.е.рвых= 0. Седьмая строка: если переключатель находится в положении ВКЛ (S=l), если блокировка снята (L = 1) и если процесс остановлен (р = 0), то он должен начать действовать, т.е. pBbIX=1- Аналогично интерпретируются и другие строки.



В общем случае таблицы истинности могут содержать любое чис­ло входных и выходных переменных, при этом каждая строка интер­претируется следующим образом:

ЕСЛИ (вход1) и ЕСЛИ (вход2) и ... и ЕСЛИ (входn) ТО (выход1 и (выход2) и ... и (выходm) где п - число входных переменных; т - число выходных переменных.

Во избежание недоразумений значения входных переменных це­лесообразно рассматривать как имеющие место в момент времени, предшествующий соответствующим выходным переменным в той же самой строке таблицы истинности.

Последовательность строк (или столбцов) в таблице истинности является совершенно произвольной. Иногда бывает полезно придержи­ваться естественной последовательности, характеризующей цепочку переходов системы из одного состояния в другое в процессе ее работы. Но подобная стратегия имеет один недостаток: легко проглядеть не­обычные состояния, в которых может оказаться система.

Другая стратегия основана на использовании упорядоченной по­следовательности, исчерпывающей все возможные состояния входных переменных, как в табл. 4.1. Поскольку каждая переменная может при­нимать только значения 0 или 1, очень удобно изображать каждую ком­бинацию входных переменных как число в двоичной системе счисле­ния. При такой стратегии таблица истинности всегда начинается со строки, состоящей из нулей, и заканчивается строкой, состоящей из единиц.

Большинство станков на производстве включается и выключается с помощью кнопочных выключателей, причем пуск и останов произво­дят различными кнопками, как показано на рис. 4.3. Это оправдано со­ображениями безопасности, т.к. кнопке СТОП можно дать преимуще­ственное право остановки станка в экстренных случаях независимо от положения кнопки ПУСК.

Кнопочный выключатель работает следующим обра­зом. Кнопка ПУСК включает систему и последняя работает до тех пор, пока не будет нажата кнопка СТОП. Кнопка СТОП имеет приоритет над кнопкой ПУСК. Рассмотрим входные и выходные перемен­ные, характеризующие логику работы кнопочного выключателя:

-переменная G характеризует положение кнопки ПУСК; G=1 кнопка нажата; G=O кнопка отжата.

-переменная S характеризует положение кнопки СТОП: S=1 кнопка нажата; S=0 кнопка отжата.

-переменная R характеризует состояние станка: R=0 - станок не работает; R=1 - станок работает.

Таблица истинности ЛСУ на основе кнопочного выключателя приведена в табл. 4.2.

Наряду с таблицами истинности для разработки ЛСУ широко ис­пользуют алгебраические выражения, получаемые по правилам булевой алгебры.

Основными операторами булевой алгебры являются И, ИЛИ и НЕ, которые используют для образования любых булевых логических вы­ражений. При интерпретации булевых логических выражений каждый множитель представляется как необходимое условие, а каждое слагае­мое как допустимая альтернатива для получения результатов.

Например, выражение

Y = A·B                                         (4.1)

говорит о том, что выходная переменная Y истинна, когда истинны обе входные переменные А и В.

 

Выражение

Y = (A·B) + C                                    (4.2)

создает альтернативу, т.е. Y - истинна, если истинна С либо А • В. Опе­ратор НЕ изменяет значение булевого выражения на обратное.

Булева алгебра позволяет не только записывать логические выра­жения, но и приводить их к наиболее простому виду.

Законы и теоремы булевой алгебры, наиболее часто используемые при решении практических задач логического управления, приведены в табл. 4.3. Булево выражение для примера 1, т.е. для таблицы истинно­сти 4.1, записывается в виде

или

С учетом табл. 4.3 выражение (4.4) приводится к упрощенному виду с использованием закона дистрибутивности:

т.е. позволяет упрощать булевы выражения.

 

 

Промышленные ЛСУ удобнее изображать, проектировать и иссле­довать/, пользуясь некоторыми графическими методами. Графическая интерпретация особенно необходима для сложных ЛСУ, что характер­но для большинства прикладных задач автоматизации производства. Подобное упрощение открывает прямой путь к повышению надежности и экономичности промышленных ЛСУ. Наличие в реальных системах управления таймеров, запоминающих устройств, счетчиков, элементов задержки затрудняет описание их только с помощью булевых выраже­ний. Поэтому при проектировании ЛСУ используют:

-логические схемы, составляемые из логических элементов НЕ, И, ИЛИ;

-временные диаграммы, показывающие переход входных пере­менных из одного состояния в другое и отражающие эти изменения на состояниях выходных переменных;

-лестничные логические схемы, в которых оператор И интерпре­тируется как последовательное соединение, а ИЛИ - как параллельное соединение элементов (контактов). Эта способы описания промышлен­ных ЛСУ приведены в работе [13].







Сейчас читают про: