книги из ГПНТБ / Основы автоматизации для металлургов

жение следует дополнить внутренней переменной, которая обус­ ловливает переход от одного такта к другому.

Т А Б Л И Ц А 6а

Табл. 6а отражает состояние каждого элемента в каждый мо­ мент времени, когда происходит изменение значения любой из переменных. Интервалы между изменениями значений называются тактами работы автоматики. По таблице можно определить изме­ нения комбинационной функции при изменении входной функции или при переходе к следующему такту. Таблицу 6а можно изме­ нить, заменив единицы черточками в отдельных клетках, а нули—• пустыми клетками (табл. 66).

Однако пользоваться такими таблицами для построения схем автоматики неудобно, поэтому чаще пользуются структурными формулами, описанными ниже.

Структурные формулы

Если нужно составить общее уравнение работы какого-либо выходного элемента, то для каждого такта, в течение которого данный входной элемент должен быть включен, условия работы элемента выражают при помощи законов алгебры логики. Анало­ гично выражают условия отключения данного элемента. Оба усло­ вия (включения и отключения) перемножаются, в результате чего получится.произведение двух комбинационных функций.

Если работа всего оборудования протекает в течение несколь­

можно записать при помощи структурной формулы для выходной

где f\ — условие работы в 1-й период включения;

/ ' j —условие отключения в течение такта после 1-го периода; / ' 2 — условие работы для 2-го периода включения;

/ * — условие отключения в течение такта после 2-го периода.

101

При более подробном анализе работы системы такты, предше­ ствующие непосредственно началу периода работы, называют тактами включения, а такты, предшествующие периоду отключе­ ния,— тактами отключения. Элементы, которые изменяют свое положение во время тактов включения и отключения, называют основными элементами. Период включения начинается тогда так­ том включения и оканчивается тактом отключения и точно так же

в течение какого-то такта т, то в схеме соединения следует соот­

изменение положения какого-то элемента во время такта отключе­ ния. К числу элементов, влияющих на работу выходного элемента X следует отнести основные элементы (со значением основной пе­ ременной) .

У большинства реальных многотактных систем в каждом такте изменяет свое состояние лишь один элемент системы. Если во время такта включения или отключения происходит одновремен­ ное изменение состояния нескольких элементов, то для управления выходным элементом можно использовать последовательную или параллельную комбинацию этих элементов или один (любой) из них. То же самое следует учитывать и при составлении структур­ ной формулы.

В соответствии с приведенным описанием можно было бы со­ ставить структурную формулу, характеризующую работу выход­ ного элемента X. Однако может случиться, что схемы, составлен­ ные по этой формуле, будут работать неправильно. В этих случаях необходимо включить в схему дополнительные элементы, состоя­ ние которых изменяется во время других тактов. Условия и способ выбора дополнительных переменных для отдельных случаев будут

Если для какого-то периода включения элемента существует комбинационная функция, значение которой в течение всего пе­ риода не изменяется, то эта функция полностью обеспечивает пра­ вильную работу элемента X в течение всего контролируемого периода. Если значение условия, выраженного логической функ­ цией f, в течение периода включения изменяется, то элемент X преждевременно отключится; это значит, что правильная работа схемы не будет обеспечена. Этот дефект можно устранить, напри­ мер, путем дополнения схемы еще одним коммутационным эле­ ментом (например, Q — реле с контактами), который будет «бло­ кировать» элемент X в период, когда происходит изменение значе-

102

блокирующий элемент Q должен находиться в данном положении в течение всего периода, причем это состояние должно быть до­

Чтобы элемент Q не сделал невозможной работу оборудования во время такта отключения, необходимо ввести контакт Q последо­ вательно с комбинацией контактов, выражающих условие отклю­ чения (/"). Структурная формула для любого периода элемента X будет иметь вид

тому очевидно, что элемент X разомкнётся тогда, когда изменится значение функции /", определяющей условия отключения выход­ ного элемента X. Контакты, которые реализуют функцию f", сое­ динены последовательно с комбинацией контактов, реализующих функцию f . Тогда значение /" будет обусловливать правильную работу элемента X в период включения. Поэтому функция /" не должна изменять своего значения в течение периода включения, за исключением такта отключения (когда изменение необходимо).

Если значение функции /" в течение периода включения изме­ няется не только во время такта отключения, то следует обеспе­ чить защиту таким образом, чтобы не отключился элемент X. Этого можно достичь блокировкой цепей функции /" при помощи контактов дополнительного элемента, например Р, вплоть до такта отключения, когда изменение f" должно вызвать отключение эле­ мента X. Это значит, что во время такта отключения блокирую­ щая цепь элемента Р должна быть разомкнута.

Очевидно, что состояние элемента Р должно изменяться во время тактов между двумя изменениями значения функции f" и что элемент Р должен находиться в различных состояниях при первом изменении значения функции /" в середине периода вклю­ чения элемента X и при втором ее изменении (во время такта от­ ключения).

103

Если значение функции \" изменяется несколько раз в течение периода включения элемента X, то блокирующим элементом дол­ жен быть такой элемент, положение которого изменяется только после последнего изменения значения \".

Из сказанного выше вытекает, что блокирующий элемент Р должен быть во время такта включения в таком состоянии, в кото­ ром его можно было бы отключить при изменении значения функ­ ции I " , соответствующего этому такту. Поэтому для выполнения условия отключения необходимо во время такта отключения обес­ печить заданное значение функции /" и размыкание дополнитель­ ного элемента Р.

Контроль работы параллельных ветвей

Выше были рассмотрены условия включения и отключения, выполнение которых необходимо для обеспечения замкнутого со­

состоящей из произведения элементов, будет образовывать само­

элемента аналогичная функциональная зависимость. Если такой случай произойдет в течение какого-либо периода отключения, то необходимо условие работы дополнить хотя бы еще одним эле­ ментом.

Для контролируемого периода включения элемента X сущест­ вует, например, условие работы Ф, выражающее последовательное соединение контактов отдельных элементов. Если во время ка­ кого-то такта какого-либо периода отключения возникнет то же

между тактом отключения и тактом k должно изменяться, причем не имеет значения, находится ли такт k перед контролируемым периодом включения или за ним.

Положение дополнительного элемента G должно допускать правильную работу схемы в период включения элемента X. По­ этому элемент G должен образовывать с контролируемой функ­ цией логическое произведение, выражающее условие работы во

104

время такта включения. Следует отметить, что если такт k отделен от контролируемого периода включения одним или несколькими периодами включения, то в качестве дополнительного элемента можно использовать элемент, использованный в условии для пе­ риода отключения, в котором находится такт k.

ройств автоматики, а также практического опыта при составлении структурной формулы руководствуются следующим:

1. Из таблицы положений выбирают одну из выходных пере­ менных (например, X) и при помощи логических функций выра­ жают условия работы для этой переменной. Сначала для первого периода включения (по порядку) выражают функцию / / . В усло­ вии /У имеются лишь основные переменные. После контроля неиз­

всех периодов отключения. В случае необходимости вводят допол­ нительные переменные, которые должны быть проконтролированы в соответствии с первым условием. Конечную формулу для первого периода включения элемента X можно скорректировать в соответ­ ствии с правилами алгебры логики, что позволит получить более

8. Полученную формулу корректируют и упрощают в соответ­ ствии с общими правилами и законами алгебры логики.

По указанной методике можно получить структурную формулу, определяющую контактные цепи для каждого выходного элемента многотактной автоматики.

105

П р и м е р :

Следует составить схему из четырех реле (выходные переменные V, X, Y, Z), которые при замыкании контакта (входной переменной) А будут последова­ тельно по порядку замыкаться, а потом последовательно в том же порядке раз­ мыкаться. Этот процесс должен повторяться до тех пор, пока замкнут контакт Л.

Работу схемы можно описать при помощи таблицы положений (табл. 7). В соответствии с таблицей можно составить структурные формулы для работы отдельных выходных элементов, причем сначала для элементов X, Y, Z, так как

/ ( Ѵ)2 = z • а • г = az.

Структурная формула для работы реле V будет следующая:

106

6. АГРЕГАТНЫЕ СИСТЕМЫ

Функционально рассмотренные устройства автоматики состоят из нескольких узлов. Центральной частью является программи­ рующий блок, который в результате сравнения действительного положения управляемого технологического оборудования с про­ граммой определяет дальнейшую последовательность операций. Команды этой логической части реализуются затем исполнитель­ ным блоком. Основные функциональные узлы часто дополняют вспомогательными блоками, например: измерения времени, сигна­ лизации, контроля работы устройств автоматики и др. Логические операции осуществляются в большинстве случаев элементами с двумя устойчивыми состояниями, среди которых до последнего времени широко использовались, например, электромеханические реле. Часто встречаются устройства автоматики, реализованные при помощи пневматических, гидравлических, а также бесконтакт­ ных электронных систем.

Бесконтактные системы, использующие преимущественно тран­ зисторы, полупроводниковые диоды и магнитные бесконтактные элементы, имеют по сравнению с другими системами существен­ ные преимущества, заключающиеся в основном в малых габари­ тах, низком расходе энергии, механической стойкости, легкости защиты от влияния производственной атмосферы. Кроме того, срок службы и производственная надежность бесконтактных эле­ ментов существенно выше, чем электромеханических реле и дру­ гих двухпозиционных элементов. Для промышленного использова­ ния имеет значение и другое положительное свойство этих элемен­ тов — высокое быстродействие.

Бесконтактные полупроводниковые элементы имеют и некото­ рые отрицательные свойства: до сих пор не найдено удовлетвори­ тельного решения для коммутации с помощью бесконтактных эле­ ментов больших мощностей, поэтому в качестве выходных элемен­ тов пока используют электромеханические реле и контакторы. Схемы на бесконтактных элементах более чувствительны к элект­ рическим помехам и для их обслуживания и ремонта требуется более высоко квалифицированный персонал. Существенно выше пока и их стоимость. Однако указанные недостатки перекрываются преимуществами полупроводниковых логических элементов и си­ стем, в связи с чем в ближайшем будущем эти устройства станут превалирующими.

Полупроводниковые логические элементы выпускаются в на­ стоящее время промышленностью в виде серии элементов, представляющей собой законченную систему. Логические состоя­ ния элемента, соответствующие «1» или «О», чаще всего представ­

реализует необходимую логическую зависимость между своими входами и выходами. Эта логическая зависимость соответствует

107

рассмотренным основным логическим функциям. Схема обычно бывает выполнена в виде конструктивного агрегатного блока, как правило, для герметичности залитого синтетической смолой, бла­ годаря чему обеспечивается надежная защита от воздействия аг­ рессивной среды.

Реализацию транзисторного логического элемента можно пока­ зать на примере схемы, приведенной на рис. 46. На схеме пока­

почти полное напряжение источника, т. е. +12 в. В случае подачи напряжения Ui, соответствующего сигналу «1», на вход транзи­ стора, сопротивление коллектор-эмиттер падает до оченьнизкого значения, транзистор размыкается, ток коллектора достигает на­ сыщения и на выходе появляется нулевой потенциал. Как показы­ вает графическое изображение зависимости выходного напряже­ ния от входного (рис. 47), указанная схема ведет себя как схема

«не», т. е. она реализует функцию у = х. Путем увеличения числа входных сопротивлений за счет ввода других последовательнопараллельно соединенных с сопротивлением Ri сопротивлений можно получить элемент, осуществляющий суммирование логиче­ ских отрицаний.

Изменяя рассмотренную схему, можно в принципе реализовать элементы, образующие остальные логические функциональные связи (например, логическое произведение можно реализовать пу­ тем использования функции Шеффера). Как правило, схемы до­ полняют рядом элементов, предназначенных для обеспечения их надежной работы и согласования с входными цепями (например, с датчиками, исполнительными органами и т. п.).

Кроме полупроводниковых элементов, в последнее время нахо­ дят все большее распространение логические магнитнополупровод-

108

никовые элементы (ферритодиодные и ферритотранзисторные). Принцип их работы основан на свойствах ферромагнитных сердеч­ ников с прямоугольной петлей гистерезиса.

Первоначальное отставание промышленности ЧССР в произ­ водстве бесконтактных полупроводниковых элементов уже ликви­ дировано, и в настоящее время имеется несколько систем логиче­

и цифровая ветвь УРС, выпускаемая ЗПА. Все указанные системы содержат целый ряд как основных, так и дополнительных типов логических элементов.

Приведем основные технические параметры этих систем. Более подробные данные приведены в фирменных проспектах и ката­ логах.

Г л а в а IV

АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ

1.ВВЕДЕНИЕ

Втехнике часто встречаются процессы, для которых мы стре­ мимся достигнуть постоянства какого-либо показателя при пере­ менных условиях производственного процесса. При горячей прокатке важно, например, чтобы все заготовки были нагреты до одинаковой температуры. Этого можно достичь путем контроля температуры в нагревательной печи по показаниям соответствую­ щего измерительного прибора, при этом обслуживающий персонал печи может при помощи ручного клапана увеличивать или умень­ шать расход топлива так, чтобы температура оставалась по воз­ можности на одном уровне (рис. 48).

Подобная же задача возникает при отжиге, разница заключа­ ется лишь в том, что требуемая температура печи изменяется по определенному временному графику. Может быть и такой случай, когда по значению одной величины регулируют другую. Для под­ держания постоянной теплоты сгорания можно к колошниковому газу с переменной теплотой сгорания добавлять различные коли­ чества другого газа, в результате чего теплота сгорания смеси будет постоянной.

Во всех трех случаях речь идет о процессе, называемом регу­ лированием. Под регулированием понимают, таким образом,

109

поддержание определенной физической величины в заранее уста­ новленных пределах при изменениях внешних условий.

Если речь идет о поддержании установленного значения определенной физической величины на постоянном уровне, то это называется стабилизацией. Если же значение установленной вели­

называется следящим регулированием. Часто в задачи следящего регулирования входит поддержание постоянного соотношения между регулируемой величиной и другой независимой величиной,

Характерной особенностью регулирования является наличие обратной связи, т. е. контроля результата регулирования по зна­ чению регулируемой величины. На рис. 49 показана простая схема, при помощи которой можно изменять скорость вращения электродвигателя путем перестановки подвижного контакта сопро­ тивления R. Если же при этом число оборотов контролируется при помощи соответствующего измерительного прибора и оно поддер­ живается заданным при различной нагрузке на электродвигатель или при колебании напряжения в питающей сети, то имеет место процесс регулирования.

Если при сравнении фактического значения с заданным выяв­ ляется отклонение и для его устранения необходимо вмешатель­ ство человека, то это ручное регулирование. И наоборот, автома­ тическое регулирование — это такой процесс, когда отклонение регулируемой величины от заданного значения устраняется без участия человека. Устройство, при помощи которого осуществ­ ляется регулирование, называется регулятором.

Рассмотрим факторы, влияющие на колебания температур в рабочем пространстве печи; к ним относятся:

а) потери тепла через кожух печи, зависящие от температуры наружного воздуха, а также потери при открывании заслонок печи во время загрузки;

ПО