Разработка компьютерно-интегрированного модуля автоматизированной сборочной линии

Рисунок 3.5 - Введение элементов памяти в подсистему ЗУ1

На основании таблицы включений строим начальную циклограмму работы подсистемы ЗУ1 (рис. 3.6).

Рисунок 3.6 - Начальная циклограмма подсистемы ЗУ1

Далее продолжается автоматический цикл работы первой подсистемы по заданному алгоритму, причем триггер управления Т1 все это время включен. Важно, что дополнительные такты на включение и на выключение триггера управления Т1 в циклограмме не отводятся. По окончании цикла работы 1-я подсистема приходит в начальное состояние (такт 1), а сумма весов входных переменных становится равной 13. К этому времени сигнал пуска Р1 = 0 и автоматический цикл завершается.

Поскольку триггер управления в это время все еще включен, то сигнал блокировки Т1 = 1 и в результате в такте 1 формируется сигнал = 1, который предназначен для запуска 2-й подсистемы. Она запускается и триггер управления 2-й подсистемы включается. Сигнал обратной связи с выхода этого триггера устанавливается в единичное состояние (Т2 = 1) и тем самым разрешается сброс триггера управления в первой подсистеме. Формируется сигнал , который и сбрасывает триггер управления Т1 в первой подсистеме. Это означает, что завершилась передача управления от первой подсистемы ко второй.

На рис. 3.7 представлена реализуемая циклограмма подсистемы ЗУ1.

Рисунок 3.7 - Реализуемая циклограмма подсистемы ЗУ1

Эта циклограмма отличается от ранее рассматривавшийся следующими особенностями:

- в нижней части циклограммы (под чертой) показаны состояния триггера управления Т1, который управляет работой данной подсистемы и формирует сигнал Р21 для запуска второй подсистемы;

- чтобы в момент включения питания произвести инициализацию выходных элементов (триггеров), состояния всех выходных переменных в 1-м такте приняты обязательными.

Приступаем к минимизации логических функций подсистемы ЗУ1. Схема расположения используемых конституент на карте Карно представлена на рис. 3.8.

Рисунок. 3.8. Карта используемых конституент в подсистеме ЗУ1

Далее минимизируем каждую логическую функцию с помощью карт Карно рис. 3.9.

б) = 13, 30, 2 = 29, 28, 18, 16, 17, 1, 0

Рисунок 3.9 - Минимизация логических функций 1-й подсистемы

Минимизируя аналогично оставшиеся функции, получаем уравнения.

;

Синтез второй подсистемы управляет захватным устройством ЗУ2. Поэтому назовем эту подсистему подсистемой ЗУ2. Исполнительными устройствами второй подсистемы служат пневматические цилиндры Ц3 и Ц4. Положение цилиндра Ц3 контролируется в трех позициях (путевые переключатели Д1, Д2 и Д3, а положение цилиндра Ц4 - в двух позициях (путевые переключатели Е1 и Е2).

В соответствии с вышеописанным алгоритмом составим таблицу включений для 2-й подсистемы рис 3.10.

Рисунок 3.10 - Таблица включений второй подсистемы

Начальная циклограмма, которая соответствует данной таблице включений, представлена на рис. 3.11.

Рисунок 3.11 - Начальная циклограмма подсистемы ЗУ2

Чтобы исключить повторение весов входных переменных, в подсистему ЗУ2 необходимо ввести три элемента памяти (рис. 3.12). В результате приходим к реализуемой циклограмме, изображенной на рис.3.13 и на рис. 3.14.

Рисунок 3.12 - Введение элементов памяти в подсистему ЗУ2

Рисунок 3.13 - Реализуемая циклограмма для подсистемы ЗУ2

Рисунок 3.14 - Реализуемая циклограмма для подсистемы ЗУ2 (Продолжение циклограммы)

Проанализируем циклограмму подсистемы ЗУ2. В исходном состоянии (такт 1) происходит инициализация всех выходных переменных и сброс триггера управления . При поступлении от первой подсистемы сигнала =1 (первый пуск 2-й подсистемы) формируется сигнал = 1 на включение первого элемента памяти. Сигнал = 1 с его выхода переводит систему в следующее состояние ? = 25 (такт 1*). В этом же такте 1* включается триггер управления второй подсистемы ( = 1).

Далее развивается автоматический цикл 2-й подсистемы до тех пор, пока она не окажется в состоянии ? = 89 (такт 11**). Запрещающий сигнал блокировки = 0 останавливает подсистему в указанном такте. Одновременно формируется сигнал = 1 на запуске третьей подсистемы (магазина инструментов М). Сигнал Т3 = 1 с выхода триггера управления 3-й подсистемы выключает триггер управления 2-й подсистемы (). Таким образом, 2-я подсистема передала управление 3-й подсистеме, а сама перешла в режим ожидания.

Закончив работу, 3-я подсистема передает 2-й подсистеме сигнал (второй пуск 2-й подсистемы). В результате вторая подсистема перейдет в состояние ? = 88 (такт 12), где вновь включится ее триггер управления и автоматический цикл 2-й подсистемы продолжится. По окончании автоматического цикла вторая подсистема возвращается в исходное состояние ? = 9 (такт 1). Триггер управления сбрасывается и на этом работа всей системы в целом завершается. Переходим к минимизации логических функций второй подсистемы. На рис. 3.15 показано расположение на карте Карно конституент, используемых во 2-й подсистеме, а на рис. 3.14, 3.15 - результаты минимизации.

Рисунок. 3.13 - Карта конституент, используемых в подсистеме ЗУ2

а) = 29, 89,66

= 9,60,54,48,50,34,42,40,104,105,121,90,82,68,76,72,74,10,8

Рисунок 3.14 - Минимизация логических функций подсистемы ЗУ2

б)

Рисунок 3.15 - Минимизация логических функций подсистемы ЗУ2

Продолжая процедуру минимизации, получим следующие минимальные формы:

;

Связанные между собой триггеры управления рассмотренных подсистем образуют своеобразный диспетчер, который передает в заданные моменты времени управление от одной подсистемы к другой.

На рис. 3.16 представлена функциональная схема соединений триггеров управления. Из схемы видно, что после поступления команды «ПУСК» (Р1 = 1) включается в работу подсистема ЗУ1 и в состоянии ? = 29 включается триггер управления Т1. В состоянии ? = 13 выходной сигнал с этого триггера формирует сигнал , который запускает в работу подсистему ЗУ2.

Рисунок 3.16 - Схема соединений триггеров управления

В состоянии ? = 25 второй подсистемы включается триггер управления Т2 (выделенные вертикальные штрихи на схеме обозначают элементы ИЛИ). Сигнал с его выхода сбрасывает триггер управления Т1. В состоянии второй подсистемы ? = 89 триггер управления Т2 формирует сигнал = 1 на запуск 3-й подсистемы. Её триггер управления Т3 сбрасывает триггер управления Т2. По окончании работы 3-й подсистемы формируется сигнал = 1, который вновь запускает подсистему ЗУ2 и её триггер управления включается второй раз. Завершив работу, подсистема ЗУ2 приходит в состояние ? = 9 и триггер управления Т2 по цепи обратной связи сбрасывает сам себя. Таким образом, схема соединений триггеров управления носит регулярный характер и может быть легко расширена на любое количество подсистем. При управлении объектом с помощью ПЛК рассмотренная схема управления реализуется программно, т. е. в данном случае она имеет лишь иллюстративное назначение.

3.3 Параллельные циклы, условные переходы, подпрограммы

Реальные объекты управления работают не только в автоматических режимах, но и в режимах ручного управления, а также в режимах наладки, диагностики, выхода из аварийных ситуаций и т. п. Для этого требуется вводить в систему управления дополнительные подсистемы, подпрограммы, функции и т. п., каждая из которых представляет собой программный модуль. Чтобы строить ветвящиеся алгоритмы, необходимы команды условной передачи управления.

Рассмотренный в предыдущем параграфе принцип запуска подсистем с использованием триггеров управления позволяет решить все эти задачи на единой алгоритмической основе.

На рис. 3.17 представлена схема управления параллельными циклами.

Сигнал «ПУСК» РА подается одновременно на n модулей А1, А2,…, Аn , которые включаются в работу. Каждый из этих модулей по окончании своего цикла формирует соответствующий сигнал , , …, на запуск следующего модуля В. Эти сигналы поступают на схему И, с выхода которой поступит результирующий сигнал на запуск модуля В только тогда, когда завершит свою работу последний из модулей А1, А2, …, Аn.

Рисунок 3.17 - Схема управления параллельными циклами

Для простоты сигналы обратной связи с модуля В на модули А1, А2, …, Аn на рисунке не показаны.

Принцип формирования этих сигналов ясен из примера, рассмотренного в предыдущем параграфе. В ПЛК указанные связи и схема И реализуются программно. Условная передача управления, как известно, состоит в том, что в алгоритм управления вводится элемент сравнения двух переменных (в нашем случае булевых переменных). В зависимости от состояния этих переменных продолжение алгоритма управления происходит по первой (ДА) или по второй (НЕТ) ветви.

На рис. 3.18 показана схема условной передачи управления, выполненная с помощью схем И и НЕ-И (ясно, что в контроллере эти схемы реализованы программно).

Рисунок 3.18 - Схема условной передачи управления

Если условие = 1 выполнено, то по команде = 1 запускается модуль , в противном случае - модуль .

Широко известный в программировании прием, когда основная программа обращается к ряду подпрограмм, можно реализовать в нашем случае с помощью схемы, показанной на рис. 3.19.

Модуль А периодически запускает модули В1, В2, …, Вn , в свою очередь, по цепям обратной связи вновь запускает модуль А.

Таким образом осуществляется возврат из подпрограмм (модули В1, В2, …, Вn) к основной программе (модуль А).

Схема связи триггеров управления и циклограмма их работы именно для такого случая были рассмотрены в предыдущем параграфе. Основной программой там служила подсистема ЗУ2, а подпрограммой - магазин инструментов М.

Рисунок 3.19 - Схема обращения к подпрограммам

Подпрограммы могут быть вложенными одна в другую любое количество раз (вложенные подпрограммы) рис. 3.20

Рисунок 3.20 - Схема вызова вложенных подпрограмм

пневматический контроллер автоматизированный транзистор

3.4 Выбор подхода или модели построения системы

При решении задачи, построения формальной модели системы или ее части. Необходимо сравнить разные подходы, это поможет сориентироваться и не делать лишней работы.

Оценку полезности подходов спроектируем на отдельные этапы синтеза:

- построение формальной модели;

- проверка полноты и достаточности;

- коррекция и дополнение модели;

- логический синтез;

- моделирование, сходство структуры модели и структуры системы;

- переход к техническим средствам реализации.

Сначала выделяются крупные принципиальные задачи структурного синтеза, - по архитектуре системы. Это задачи «последовательно-ориентированного» и «функционально-ориентированного» синтеза.

При рассмотрении автоматизированной системы, которая строится из модульных станций. Необходимо учитывать, что внутри модульной станции находится своя система, которую также надо синтезировать или модернизировать. Эта система состоит из отдельных исполнительных устройств, приводов, вспомогательных устройств и других элементов. Между задачами построения системы и станции есть отличие. Станция состоит из устройств с пневматическим и, аппаратным управлением, и имеет централизованную систему управления на базе микроконтроллера или компьютера. Система из модулей, как правило, централизованной системы управления не имеет, и ее работа организуется взаимодействием смежных по процессу станций. Более универсальным, является не «последовательно» ориентированное управление, а функционально-ориентированное. В этом случае задача связывает отдельные действия в технологический процесс на основании получаемых результатов и состояния станций. Такая форма не имеет ограничений на тип алгоритма работы системы.

Модели, методы и методики синтеза автоматики (автоматизации), в основном, базируются на средствах решения аналогичных задач, развитых в электротехнике, программировании, автоматизированном управлении. Вместе с тем, некоторые особенности систем автоматизации настолько фундаментальны, что для их эффективного учета создавались оригинальные методики или модифицировались известные. Структурный синтез удобнее выполнять в несколько этапов. Это позволяет контролировать результат каждого этапа и избежать грубых ошибок от постановки задачи до готовой системы. Этапы структурного синтеза:

- формализация - переход от неформального к формальному описанию системы;

- анализ - проверка полноты и корректности исходного задания и модели системы;

- до определения - уточнение формального, а возможно, и неформального, задания и описания системы;

- логический синтез - построение логики, объединяющей станции в систему и модули в станции;

- реализация - подбор технических средств и алгоритмов их объединения в модули, станции и технический объект. Приведенный перечень указывает направление движения от постановки задачи до технической системы.

На первом этапе выбирается удобный подход и форма описания системы. Этот этап во многом предопределяет успех дальнейшей разработки системы, поскольку задает ту модель, в «координатах» которой решаются все практические задачи. Следует помнить, что шаблоны подхода переносятся в объект и определяют его структуру, и такие свойства, как открытость к модернизации. В то же время положения выбранного подхода и его ограничения, как правило, не полностью соответствуют и задаче и объекту разработки.

Поэтому при выборе модели и подхода необходимо обратить внимание на их соответствие поставленной задаче и объекту.

Поскольку автоматизированные системы появились на стыке механики и электроники, то большинство подходов может быть распределено по двум направлениям, базирующимся на информационной модели и на физической модели автоматизируемого процесса. Второе - с явным заданием алгоритма функционирования системы, первое - с построением «интеллекта» системы в результате «прогонки» модели и логического синтеза. В подходах второго направления алгоритм работы системы формально и физически задается ее строением. Для первого направления порядок действий станций и модулей является следствием логической формы элементов системы и связей между ними. Существуют следующие концептуальные модели систем:

- в форме конечного автомата, логических диаграмм, алгебры логики;

- в виде функциональных (временных или шаговых) диаграмм (цикло-грамм);

- с помощью графа операций;

- в форме причинно-следственной модели;

- в форме функционального плана и коммуникационной сети связей;

- в виде сети Петри.

Первая и шестая относятся к первому направлению, вторая и пятая модели в явном виде содержат задание последовательности действий модулей в автоматизируемом процессе, в третьей и четвертой алгоритм технологического процесса может проявляться сразу (для более простых систем) или строится в процессе моделирования.

Задачей первого практического шага является учет особенностей, технических средств и систем автоматики при выборе типа модели. Сложность выбора состоит в том, что эти особенности составляют систему, а необходимый результат - модель - должна удовлетворять конструктивно - для решения практических задач.

Следующий шаг - проверка адекватности результатов, полученных с помощью методики. Широкий физический эксперимент для этой цели не пригоден по экономическим соображениям и требованиям безопасности. Поэтому, кроме задач синтеза, модель должна соответствовать и синтезируемому объекту, что можно выразить дополнительными требованиями:

- надежность алгоритмов работы асинхронных систем с неопределенным временем срабатывания отдельных устройств;

- комбинация и конвертация пневматических, электрических, механических, электронных средств реализации и программируемых контроллеров без существенного изменения структуры;

- обеспечение минимального элементного состава аппаратной части системы и алгоритма управляющей программы.

По результатам сравнительного анализа подходов к решению задачи структурного синтеза систем автоматики, можно отметить следующее. Практическая эффективность подхода может быть оценена по следующим показателям:

- формализация задачи;

- наглядность модели системы приводов;

- модель (объем и виды информации);

- методики (эффективность, сложность;

- логический синтез;

- результат (надежность, минимальность);

- реализация (удобства перехода к техническим средствам).

Подходы, которые обеспечивали максимальный практический эффект, имеют, как правило, низший уровень формализации постановки задачи. В то же время наиболее формализованные и строгие подходы, основанные на автоматном представлении системы, приводили к результату, имеющему существенные недостатки в плане реализации. Это обстоятельство объясняется невозможностью строгой формализации многообразия технических средств механотроники, с одной стороны, и наличием ряда готовых практических решений, с другой стороны.

Таблица 3.1 - Сравнительные данные подходов

Переход к новым средствам реализации и системам, объединяющим десятки и сотни исполнительных устройств, даже при модульной структуре системы, должен быть эффективными на всех этапах разработки или модернизации систем.

Наиболее сбалансированными на всех этапах структурного синтеза представляются подходы с использованием ПСМ и графов операций. Однако отсутствие стандартных форм для логического синтеза и критериев корректности и полноты графов операций, приводят к сложности инженерных методик и ряду неформальных решений, что существенно усложняет практические задачи.

Методы, основанные на использовании графов в системах автоматики, сформировались при решении задач управления станками-автоматами, робототехническими комплексами, автоматизированными участками и линиями, прессами и другими машинами.

Выводы

В ходе выполнения дипломного проекта основное внимание было уделено для разработки компьютерно-интегрированного модуля автоматизированной сборочной линии.

В первой части дипломного проекта проведен анализ технологического задания. Были рассмотрены существующие аналоги исполнительных компьютерно-интегрированных модулей управления сборочной линией процесс их эксплуатации, диагностики. Проведен анализ по методам построения модулей управления а, также достоинства и недостатки.

Во второй части исходя, из полученных данных произведена подборка базовых элементов для разработки компьютерно-интегрированного модуля автоматизированной сборочной линии. Рассмотрены особенности использования подобранных элементов, рассчитано суммарную интенсивность отказов используемых элементов.

Составлена схема электрическая принципиальная модуля управления автоматизированной сборочной линией. Составлена структурная схема.

В третьей части рассмотрен и рассчитан синтез дискретных систем управления с последовательными циклами. Составлены циклограмма системы управления, проведена минимизация логических функций с помощью карт Карно. В результате минимизации составлены уравнения для написания программы управления модулем.

Литература

1. Методичні вказівки з дипломного проектування для студентів усіх форм навчання спеціальностей 7.05020201 «Автоматизоване управління технологічними процесами», 7.05020202 «Комп'ютерно-інтегровані технологічні процеси та виробництва». / Упоряд.: С. П. Новоселов, Б. О. Шостак, І. В. Жарікова. - Харків: ХНУРЕ, - 2012. - 60с.

2. Попов, Е.П. Письменный Г.В. Основы робототехники / Г.В. Письменный, М.: Высш. школа, 2000 - 245с.

3. Стешенко В.Б. Практика автоматизированного проектирования радиоэлектронных устройств / В.Б. Стешенко - Москва, Издатель Молгачева С.В., Нолидж, 2002 - 768с.

4. Державний стандарт України ДСТУ 3008-95. Документація. Звіти у сфері науки і техніки. Структура і правила оформлення - К.: Держстандарт України, 1995 - 55с.

Размещено на Allbest.ru