Системы управления циклическими машинами и автоматами

Машина-автомат, работающая по циклической программе, называется циклическим конечным автоматом (ЦКА), а совокупность взаимосвязанных систем машин-автоматов - комплексом циклических конечных автоматов (КЦКА). Особенностью технологических процессов, реализуемых ЦКА, является их цикличность. Обработка каждого изделия связана с некоторой последовательностью операций, которая периодически повторяется при обработке партии однотипных изделий.

Рисунок 9.1 - Конструктивная схема, таблицы входных и выходных наборов агрегатного станка

На рисунке 9.1 приведена упрощенная схема агрегатного станка, предназначенного для развертывания отверстия в обрабатываемой детали Д. Обработка детали предусматривает последовательные операции: вывод фиксатора из гнезда в поворотном столе С при перемещении вниз исполнительного механизма (гидроцилиндра) ИM ₁ (одновременно сцепляется муфта М), поворот стола С при движении влево ИМ ₂, ввод фиксатора и расцепление муфты при возвращении в верхнее положение ИМ ₁ развертывание отверстия в изделии при движении вправо ИМ ₃, несущего шпиндельную головку, и, наконец, одновременный возврат в первоначальное положение ИМ ₂ и ИМ ₃.

Каждый из исполнительных механизмов характеризуется входами, воспринимающими управляющие команды о состоянии механизма, и выходами, контролирующими выполнение этих команд. Входы гидроцилиндров определяются уровнем давления жидкости (нулевым или максимальным) в его рабочих полостях, выходы - показаниями (также двузначными) датчиков положения - конечных переключателей. В данном примере состояния рабочих полостей гидроцилиндров всегда противоположны, причем контролируются лишь два положения исполнительных механизмов. Поэтому каждый из них характеризуется одной входной (z ₁, z ₂, z ₃) и одной выходной (x ₁, x ₂, x ₃)двоичной переменной.

Выше указанные переменные отнесены к полости с большей площадью поршня и к более удаленному от цилиндра датчику; противоположной полости и датчику приписана инверсия соот­ветствующей переменной. Состояние исполнительного устройства станка в целом, объединяющего все исполнительные механизмы, в каждый момент времени определяется наборами входных и выходных переменных. Для нашего примера они, а также соответствующие десятичные эквиваленты приведены на рисунке 9.1. Описание циклической программы работы станка представлено графом на рисунке 9.1. Кружки графа соответствуют состояниям исполнительного устройства станка и обозначаются комбинацией входного и выходного десятичных эквивалентов. Стрелки графа соответствуют переходам из одного состояния в другое. Стрелки, соединяющие кружки с одинаковой первой цифрой, соответствуют выполнению управляющей команды, поданной исполнительному устройству, т. е. перемещению исполнительных механизмов в требуемое положение, а стрелки, соединяющие кружки с различной первой цифрой, - подаче управляющей команды. Некоторые переходы могут быть обусловлены наступлением внешних событий, которые будем фиксировать двоичными переменными p_i (p_i= 1, если событие наступило, и p_i= 0, если нет). В нашем примере переход из 00 в 40 возможен при условии, что наступило событие p ₁: подана включающая внешняя команда, и, кроме того, среди четырех ранее обработанных изделий по крайней мере одно по результатам измерений находится в поле допуска. Соответствующей стрелке приписываем надпись p ₁. Если все четыре изделия выходят из поля допуска, то это указывает на износ инструмента и необходимость его замены или подналадки. Возобновление цикла при износе инструмента, а также при отсутствии включающей команды исключено: кружок 00 охватывают стрелкой с надписью . Аналогичным образом переход из кружка 22 в 32 и из 32 в 33 обусловлен наступлением события р ₂: инструмент находится в состоянии вращения, что контролируется специальным датчиком. Если событие не наступило (инструмент не вращается), то шпиндельная головка останется в крайнем левом положении (кружок 22) или вернется в него из 32. В общем случае машина-автомат в зависимости от типа обрабатываемых изделий может быть настроена на реализацию различных циклических программ. При этом каждой программе соответствует свой граф. Предполагается, что начальное состояние исполнительного устройства для всех программ общее, а переход на ту или иную программу осуществляется из начального состояния под влиянием специальных внешних команд.

Рисунок 9.2 - Структура циклического конечного автомата

Структура циклического конечного автомата ЦКА представлена на рисунке 9.2. Он состоит из трех взаимодействующих конечных автоматов:

К Ах — описывающего исполнительное уст­ройство, КА₂ —описывающего управляю­щее устройство и КА₃ — представляющего внешние события. Все три авто­мата работают в тактности изменения состояния входа Ш- Выход К At воздействует на вход КА₂ и характеризуется символами из алфавита {р} — {pi,..., рг}, выход КА₂ воздействует на вход К At и определяется алфавитом {Я} = {Я1,..., Яг}. Значение входа р* характеризует граф (цик­лическую программу), реализуемый ЦКА, а входа р** — наступление того* или иного события на внешнем входе я. Входы р*, р**, я определяются со­ответственно алфавитами {р*}, {р**}, {я}. При постановке задачи синтеза ЦКА считаются заданными: алфавиты {р} {Я} {я} {р*} {р**}, структура КА_и определяемая видом исполнительных механизмов машины, а также описа­ние в виде совокупности рассмотренных выше графов. Подлежит опреде­лению структура КА₂ и КА₃. Исходное описание КА₃ непосредственно формулируется на специально приспособленном для подобных задач язы­ке регулярных выражений [2]. Синтез на этом языке осуществляется из­вестными алгоритмами и в данной работе не рассматривается. Исходное описание КА₂ может быть получено на основе графов, описывающих ра­боту исполнительного устройства машины. Как известно [3], работа ко­нечного автомата характеризуется комбинациями входного и выходного* символов рЯ, отнесенных к одному и тому же такту. Комбинации рЯ для КА₂ могут быть считаны с графа (см. рис. 1, г) следующим образом: для любой пары кружков, соединенных стрелкой, р соответствует второй циф­ре в первом кружке и Я —первой цифре во втором кружке. Как легко убедиться из рис. 1, г, каждые две соседние пары кружков характеризуются одной и той же комбинацией рЯ для КА₂ (перемещение исполнительных механизмов происходит внутри интервала такта управляющего устройст­ва). Исходный граф (диаграмму переходов) для КА₂ получаем следующим преобразованием графа исполнительного устройства. Каждой стрелке, со­единяющей пару соседних кружков, приписываем комбинацию рЯ по сформулированному выше правилу, причем, если этой стрелке уже соот­ветствует обозначение некоторого события, то его вписываем между р и Я. Стрелке с надписью р_г-, охватывающей кружок, приписываем обозначение, первая цифра в котором соответствует р на выходящей, а вторая —Я на входящей в этот кружок стрелке; между р и Я вписываем р*. Далее стн- раем все надписи в кружках графа. В результате в нашем примере от гра­фа на рис. 1, з переходим к графу на рис. 3, а.

Каждой паре соседних стрелок с одинаковой надписью рЯ соответст­вуют два кружка, из которых выходят эти стрелки. Второй из них и пер­вый в следующей паре соответствуют одному и тому же внутреннему состоянию КАг, устойчивому для входа р. Совмещаем эти кружки, в ре­зультате чего соединяющая их стрелка становится охватывающей, и раз-.

Рис. 3. Описание управляющего устройства агрегатного станка

личные надписи на одной и той же стрелке соединяем знаком дизъюнк ции. Обозначая полученные кружки символами внутренних состояний КА<> Хо, Xi,..., Х4, переходим к графу на рис. 3, б. Ему соответствует таблица переходов на рис. 3, в. После объединения эквивалентных состояний полу­чаем окончательную таблицу переходов, показанную на рис. 1, г, по кото­рой известными методами синтезируем КА_г.