гидропривод_мет_машин

состояние исполнительных устройств и параметров регулируемого объ­ екта.

В дискретных системах сигнал может принимать только два значе­ ния, обозначаемые «О» и «1» (например, «О» соответствует отсутствие напряжения, а «1» - напряжение 24V). Дискретные СУ применяют обыч­ но для обеспечения заданной последовательности работы рабочих орга­ нов автоматизированного объекта.

Схемы систем управления представляют собой линии связи, со­ единяющие условные графические обозначения устройств.

Ниже будут рассмотрены вопросы, связанные с проектированием дискретных СУ, краткие сведения по математической логике и основан­ ные на ней методы формализованного синтеза СУ. В конце раздела будет дан пример реализации схемы на электрорелейных элементах.

12.2. Исходные данные и порядок разработки схем

Типы схем в соответствии с их назначением, а также общие требо­ вания к их выполнению определены ГОСТ 2.70196.

В ходе разработки принципиальных схем [5] подбирают логиче­ ские элементы и устройства, предназначенные для автоматизации задан­ ного технологического процесса. В ряде случаев при построении схем управления выбор аппаратуры сочетают с предварительными расчетами систем, выполненными на основе статических и динамических характе­ ристик автоматизируемого объекта и технических требований к качеству управления. Задача автоматизации наиболее эффективно решается в про­ цессе разработки объекта автоматизации, так как при этом объект и СУ рассматривают во взаимосвязи. При этом на основе техникоэкономического анализа можно рационально приспособить друг к другу СУ и автоматизируемый объект.

При модернизации действующих объектов СУ разрабатывают применительно к существующей технологической схеме. При этом необ­ ходимо наметить требующиеся изменения технологической схемы, меро­ приятия по механизации оборудования и выявить практические возмож­ ности их осуществления. В том и другом случае для составления принци­ пиальной схемы необходимы следующие исходные материалы:

1. Описание и техническая характеристика автоматизируемого объекта, а также описание последовательности работы исполнительных механизмов объекта.

2.Значения контролируемых параметров.

3.Требования к точности контроля.

140

4.Сведения об источниках питания (гидравлических, пневматиче­ ских и электрических).

5.Чертежи технологического оборудования, на котором преду­ сматривается установка средств автоматизации.

6.Условия эксплуатации СУ.

7.Необходимые данные для подсчета технико-экономической эффективности.

8.При модернизации существующих объектов - перечел и> мероприя­ тий по возможным изменениям технологического процесса.

Порядок разработки принципиальной схемы следующий:

•Составляется формализованное описание алгоритма функциони­ рования СУ на основании описания, технических характеристик

итребований, циклограммы работы автоматизируемого объекта.

•Подготавливается на основании формализованного описания ал­ горитма функционирования математическое описание СУ.

•На основании математического описания СУ строится струм \р ная схема.

•Проводится выбор аппаратуры и отдельных элементов СУ.

•В соответствии с возможностями принятой аппаратуры прово дится корректировка структурной схемы и вычерчивается прин ципиальная схема.

12.3.Содержание схем

12.4. Основные положения алгебры логики

Оптимальные СУ можно построить, используя методы математи­ ческой логики. Основу аппарата булевой алгебры составляют элементар­ ные логические функции, представленные в табл. 12.1.

Основой соотношений и законов булевой алгебры являются сле­ дующие постулаты:

Операции над булевыми функциями, которые проводят при синтезе схем, основываются на следующих соотношениях и законах:

Закон перестановки

Сочетательный закон

Распределительный закон

Закон повторения

Закон инвертирования

Дополнительные соотношения

Логические операции умножения (И), сложения (ИЛИ), инверсия (НЕ), импликация и другие являются взаимозависимыми и выражаются друг через друга.

142

Таблица 12.1

Основные логические функции

143

Системы логических операций, с помощью которых можно выразить все другие операции, называются полными. Так, простейшими функционально полными будут системы: конъюнкции и инверсии; операции Стрелка Пирса,

дизъюнкции и инверсии, импликация и др. (число элементов при этом значительно увеличивается).

Таблица 12.2 Определение элементарных логических функций

Чаще для реализации логической функции используют какую-либо избыточную систему, позволяющую сокращать число логических функ­ ций (например И, ИЛИ, НЕ).

Любая булева функция может разными способами выражаться че­ рез другие элементарные функции (табл. 12.2).

При помощи формул булевой алгебры можно всякую логическую функцию свести к форме, представляющей собой дизъюнкцию элемен­ тарных конъюнкций (ДНФ - дизъюнктивная нормальная форма) или конъюнкцию элементарных дизъюнкций, называемую конъюнктивной нормальной формой (КНФ) [5].

Если ДНФ не содержит одинаковых слагаемых, не имеет слагаемых, содержащих одинаковые множители, и содержит в каждом слагаемом все входящие в форму переменные, то ее называют дизъюнктивной совер­ шенной нормальной формой (ДСНФ). Аналогично определяют конъюнк­ тивную совершенную нормальную форму (КСНФ).

144

Для вышеприведенного примера, преобразуя первый член

так как

получим ДСНФ Булевы функции, кроме представленного выше алгебраического

описания, могут быть изображены с помощью таблиц истинности. Табли­ ца истинности состоит из (п+1) столбцов, где п столбцов отводится для значений переменных изображаемой функции, а последний столбец - для самой функции. Число строк таблицы -2 в степени п. В каждую строку записывают значение функции. Ниже показана булева функция трех пе­ ременных.

Переход от табличной формы записи к алгебраической такой: выде­ ляются строки с единичным значением булевой функции, выписывается для каждой отмеченной строки элементарные конъюнкции переменных и соединяются знаком дизъюнкции. Получаем ДСНФ.

Для получения КСНФ выделяются булевы функции с нулевым значением, выписываются для каждой отмеченной строки элементарные дизъюнкции инверсий переменных и соединяются знаком конъюнкции.

Таблица 12.3

Логическая функция трех переменных

Например, для указанной выше таблицы алгебраическое и т о о р т м ние в форме дизъюнкции элементарных конъюнкций будет имен, ими

14*.

Алгебраическая форма в виде конъюнкции элементарных дизъюнк­ ций инверсий переменных будет иметь вид:

12.5. Вопросы синтеза систем управления

СУ реализуют логическую функцию, если всем возможным зна­ чениям переменных этой функции ставится в соответствие сочетания значений входных сигналов СУ. При этом значение функции совпадает со значением выходного сигнала.

Устройство, реализующее элементарную логическую функцию, называют логическим элементом.

Логической системой управления называют СУ, выполненную на логических элементах.

Синтез систем управления может быть выполнен различными ме­ тодами. В общем случае он включает следующие этапы [5]:

1. Составление формализованного описания работы системы по диаграмме последовательности или словесному описанию.

2. Составление логических уравнений.

3.Упрощение логических уравнений.

4.Построение принципиальной схемы.

Взависимости от условий работы различают однотактные и многотактные СУ. В однотактных СУ состояние выходов однозначно зависит от состояния входных сигналов в данный момент времени.

5.В многотактных СУ состояние выходов определяется состояни­ ем входных сигналов в данный момент времени и внутренним состояни­ ем СУ.

Внутреннее состояние обусловлено комбинациями входных сигналов, поступивших в предыдущие моменты времени. Учет ранее по­ ступивших входных сигналов обеспечивается введением элементов памя­ ти или линий обратной связи.

146

Таблица 12.4

Реализация элементарных логических функций

147

Устройства ввода электрических сигналов

148