Синтез многотактных систем управления

Многотактные системы управления широко применяются при построении систем управления автоматическими линиями, транспортными системами и т.д.

Ос­новой построения многотактного дискретного автомата являются прежде всего условия взаимодействия с объектом управления, т. е. порядок поступления входных сигналов и требования к выдаваемым сигналам.

В задачу синтеза многотактного логического устройства входят следующие этапы: 1) формирование и запись условий работы проектируемого устройства (составление циклограммы работы); 2) оп­ределение числа промежуточных элементов (числа элементов па­мяти), которые необходимо внести в систему для получения реализуемой циклограммы; 3) синтез многотактного логического устройства, удовлетворяющего заданным требованиям (циклограммы работы исполнительных устройств объекта управления).

В соответствии с перечисленными этапами построения многотактных логических устройств можно предложить следующий по­рядок структурного синтеза:

определяют те элементы, которые могут быть использованы для построения требуемого устройства;

составляют эскизную схему устройства, показывающую взаимо­связи логического устройства с объектом управления с отметкой характера и числа этих связей, характера передаваемых сигналов;

составляют реализуемую циклограмму, для чего сначала вно­сят в нее требуемые по условиям работы последовательности вход­ных и выходных сигналов и по этим условиям определяют число и порядок работы промежуточных элементов памяти;

на основе реализуемой циклограммы работы логического устрой­ства составляют таблицу включений исполнительных устройств объекта управления и промежуточных элементов памяти;

на основании таблицы включений составляют булевы функции работы для отдельных исполнительных цепей (выходных сигналов) и промежуточных элементов памяти;

по полученным функциям синтезируют схему, реализующую заданные условия работы логического устройства.

Рассмотрим систему, состоящую из двух исполнительных механизмов (ИМ), обслуживающих участок автоматической линии.

Работа ИМ осуществляется в следующей последовательности.

После подачи на позицию обработки заготовки выдвигается ИМ - 1, который зажимает заготовку на позиции обработки. После этого выдвигается ИМ - 2, подводящий к заготовке рабочие инструменты. По завершении обработки ИМ - 2 возвращается в исходную позицию. После этого заготовка разжимается и ИМ - 1 возвращается в исходную позицию. Обработанная деталь подается на следующую позицию. Таким образом, работа автомата выполняется за четыре такта, после чего цикл повторяется. Движение механизмов в каждом такте осуществляется только после того, как завершилось движение в предыдущем такте.

Циклограмма работы механизмов имеет вид (табл.15.3):

Таблица 15.3

Nт ИМ
ИМ - 1
ИМ - 2

Где N_т - номер такта.

На циклограмме прямая, идущая вверх, соответствует движению из исходного положения в рабочую позицию, вниз - возвращение в исходное положение. Горизонтальные прямые свидетельствуют о нахождении в исходном положении (нижняя прямая) и в рабочем положении (верхняя прямая).

Контроль положения ИМ осуществляется при помощи датчиков Х₁¹ и Х₁ для ИМ - 1 и Х₂¹ и Х₂ для ИМ -2. Датчики Х₁ и Х₂ срабатывают при нахождении ИМ в рабочих позициях, а Х₁¹ и Х₂¹ - при исходных.

Управление работой ИМ осуществляется управляющими сигналами Y₁, Y₁¹, Y₂ и Y₂¹. При подаче сигналов Y₁ и Y₂ рабочие органы ИМ перемещаются в рабочие позиции, а при подаче сигналов Y₁¹ и Y₂¹ - возвращаются в исходные позиции.

Таблица состояний датчиков имеет вид (табл. 15.4):

Таблица 15.4

Nc
Nт	(Dt1)	(Dt2)	(Dt3)	(Dt4)
Х1
Х2

В таблице N_c - номер состояния.

Сплошная линия указывает на срабатывание соответствующего датчика Х₁ и Х₂, отсутствие линии - срабатывание датчиков Х₁¹ и Х₂¹ в промежутки времени Dt, соответствующие началу каждого такта.

Из таблицы видим, что во 2 и 4 тактах имеют место одинаковые состояния (одинаковые комбинации входных сигналов) хотя действия ИМ должны быть различны. Во втором такте необходимо перемещение ИМ - 2 в рабочую позицию, а в четвертом - возвращение в исходную позицию ИМ - 1. В данном виде таблица состояний не реализуема. Для ее реализации необходимо включение дополнительного сигнала, исключающего появление одинаковых состояний.

Введем дополнительный сигнал в середине такта, предшествующему такту с повторяющимся номером состояния, и выключим его в середине того такта, когда исключена повторяемость состояний.

Тогда таблица состояний будет иметь вид (табл. 15.5):

Таблица 15.5

Nc	4 0		3 7
Nт	а б		а б
Х1
Х2
Z
Y1
Y11
Y2
Y21
Yz
Yz1

В данном случае повторяющихся состояний нет и таблица включений реализуема.

В нижней части таблицы приведена последовательность подачи командных сигналов для управления ИМ и памятью. Момент подачи этих сигналов определяется из условия появления соответствующего входного сигнала. В таблице, сплошными линиями указаны обязательные, а пунктирными - допустимые состояния.

По таблице включений составим уравнения для командных сигналов:

Y₁ = X₁¹X₂¹Z¹; Y₂ = X₁X₂¹Z¹; Y_z = X₁X₂Z^1;

Y₁¹ = X₁X₂¹Z; Y₂¹ = X₁X₂Z; Y_z¹ =X₁¹X₂¹Z. (15.3)

Схема реализации такой системы будет иметь достаточно сложный вид и поэтому необходимо попытаться упростить эти уравнения.

Для этого используем подход, который называют инженерным методом.

Последовательность действий при этом такова:

1. Для каждой команды выписывается обязательное состояние, в котором выделяется ведущий сигнал, т.е. сигнал вызывающий данную команду;

2. Рассматривается наличие запрещенных состояний для искомой команды, в которых действует ведущий сигнал. Если таких состояний нет, то ведущий сигнал и определяет управляющую команду;

3. Если запрещенные состояния есть, то они выписываются построчно под обязательным в двоичном коде. К ведущему сигналу добавляют одну или несколько переменных таким образом, чтобы полученные комбинации не встретились в запрещенных состояниях Минимальное количество переменных, отвечающих этому условию, и будет решением данного уравнения.

Например, для команды Y₁ ведущим является сигнал Z¹ (именно при его появлении подается сигнал Y₁). Запрещенные состояния для Y₁ X₁¹X₂¹Z и X₁X¹₂Z_, где нет сигнала Z¹. Следовательно, Y₁ = Z¹ .

Для команды Y₁ ведущий сигнал X₂¹, который действует также в тактах 1б и 2, являющимися запрещенными для Y₁¹. Построчно в двоичном коде выпишем обязательное (строка 1) и запрещенные состояния (строки 2 и 3), заключив ведущий сигнал в скобки (табл.15.6).

Таблица 15.6

N п/п	X1	X2	Z
		(0)

Добавим к ведущему сигналу дополнительный сигнал, который отличит строку 1 с обязательным состоянием от других, запрещенных. Таким сигналом является сигнал Z, поскольку комбинация X₂¹Z (01) встречается только в первой строке. Именно такая функция и будет решением уравнения для Y₁¹: Y₁¹ = X₂¹Z.

Проделав аналогичные процедуры для остальных сигналов получим, упрощенные уравнения для реализации схемы управления:

Y₁ = Z¹; Y₂ = X₁Z¹; Y_z = X₂; Y₁¹ = X₂¹Z; Y₂¹ = Z; Y_z¹ = X₁¹. (15.4)

Для проверки верности упрощения необходимо составить таблицы соответствия по уравнениям (15.3) и (15.4).