Моделирование технологических циклов



Технологические процессы имеют циклический характер и обычно представляют собой последовательность сменяющих друг друга технологических операций. Описание технологических циклов является неотъемлемой частью моделирования технологических объектов и основой формирования управляющих программ АСУТП.

 Для удобства описания технологический цикл делится на такты, или состояния. Каждый такт охватывает промежуток времени, в течении которого управляющие параметры, характеризующие состояние командных (кнопки, переключатели, контакторы) и исполнительных (приводы, муфты) органов, остаются неизменными. Далее производится анализ переходов от одного такта к другому как при нормальном ходе техпроцесса, так и при различного рода отклонениях и в аварийных ситуациях. По результатам анализа составляется формализованное описание (модель) технологического цикла с применением таблиц, циклограмм, граф-схем, логических формул и пр. Различают две разновидности моделей технологических циклов: комбинационные и последовательностные. Состояние выходов комбинационных моделей определяется исключительно текущей комбинацией входных сигналов и не зависит от такта, в котором наблюдается данная комбинация, а состояние выходов последовательностных моделей зависит также и от комбинаций входных и выходных сигналов, имевших место в предыдущих тактах технологического цикла.

В течение технологического цикла переход от такта к такту осуществляется путем включения и отключения отдельных узлов, модулей и элементов технологического объекта. Включенное состояние обычно обозначают единицей (1), а отключенное – нулем (0). В качестве комбинационных моделей чаще всего используют таблицы истинности (см. приложение 3, §П3.4), в которых отмечают значения выходных параметров, соответствующие всем возможным комбинациям входных параметров технологического объекта. Если имеется n входных (управляющих) параметров, каждый из которых может принимать значение либо 0, либо 1, то они могут составить 2n различных комбинаций, некоторые из которых на практике не могут быть реализованы при нормальной работе оборудования. Например, не могут быть сформированы сигналы о том, что кабина лифта находится сразу на нескольких этажах. В таблице истинности должны быть представлены только реализуемые комбинации входных сигналов, соответствующие предусмотренным режимам работы технологического объекта. Остальные комбинации рассматриваются на этапе проектирования системы управления технологическим объектом.

В качестве примера рассмотрим таблицу истинности датчика положения, работающего в циклическом коде Грея, приведенном в табл.2.1. Такой датчик может фиксировать до 16 положений, которые в табл.2.1 имеют номера от 0 до 15. Если каждому положению соответствуют какие-либо операции системы управления, управляющей механизмом, которому принадлежит данный датчик, то можно считать, что алгоритм функционирования механизма состоит из 16 тактов. В таком случае таблица истинности рассматриваемого датчика охватывала бы все 16 позиций табл.2.1 в ее верхней части, задающей код Грея. Переход от такта к такту здесь задается последовательной сменой комбинаций сигналов датчика, т.е. потенциалов на его выходных клеммах, по мере перемещения механизма. В другом случае, когда нужно фиксировать только шесть каких- либо положений, можно было бы применить другой датчик, работающий в таком же коде Грея, но с использованием только первых шести кодовых комбинаций (0-5). Этот код тоже был бы циклическим, но охватывал бы шесть кодовых комбинаций из возможных шестнадцати. Остальные кодовые комбинации не вошли бы в состав таблицы истинности, но могли быть использованы при проектировании системы управления механизмом, положение которого контролируется рассматриваемым датчиком, например - для организации контроля четности (см. §2.5).

Итак, комбинационные модели отличаются тем, что каждой предусмотренной комбинации входных сигналов соответствует один и тот же выходной сигнал. У последовательностных же моделей одной и той же комбинации входных сигналов могут соответствовать различные выходные сигналы в зависимости от последовательности комбинаций входных и выходных сигналов, предшествовавшей данной комбинации. Предыстория текущего состояния технологического объекта фиксируется с помощью особых запоминающих устройств, которые при моделировании приобретают вид промежуточных переменных, часть которых может совпадать с выходными сигналами. Простые последовательностные модели составляются в виде циклограмм или граф-схем. Циклограмма строится в виде таблицы, в строках которой перечислены все командные и исполнительные элементы технологического объекта, а столбцы соответствуют тактам его рабочего цикла. Включенное состояние элемента показывают сплошной линией в соответствующей строке, а вертикальными линиями показывают команды на включение и отключение исполнительных устройств в соответствующих тактах циклограммы. В качестве примера рассмотрим циклограмму работы грузового подъемника (рис. 3.1).

 

Рис. 3.1. Циклограмма работы грузового подъемника

 

 Грузовой подъемник включается кнопкой SB при условии, что на нем помещен условленный груз (нажат конечный выключатель SQ3) и выключен контактор KM2 (взаимная блокировка контакторов). Нажатие кнопки и отпускание кнопки SB составляет такт 1 циклограммы. Оно приводит к включению контактора KM1, а через него – к включению привода подъемника на подъем, что приводит к отключению нижнего конечного выключателя SQ2 (такт 2). Последнее не приводит к отключению привода, подъем продолжается, пока подъемник не достигнет крайнего верхнего положения, в котором включается конечный выключатель SQ1 (такт 3). Включение SQ1 ведет к отключению контактора KM1 и к остановке привода (такт 4). После снятия груза с подъемника освобождается конечный выключатель SQ3, что приводит к включению контактора KM2 (такт 5). Последний включает привод подъемника на движение вниз. С началом движения вниз освобождается, конечный выключатель SQ1, фиксировавший крайнее верхнее положение подъемника (такт 6). Движение вниз продолжается до тех пор, пока не будет нажат нижний выключатель SQ2 (такт 7), который отключает контактор KM2, а с ним и привод подъемника (такт 8). На подъемник устанавливается новый груз, что фиксируется нажатием конечного выключателя SQ3 (такт 9). На этом цикл функционирования подъемника завершается.

Представление технологического цикла в виде графа начинается с перечисления всех возможных состояний технологического объекта, которые обозначаются кружками, в каждом из которых проставлен номер или код состояния. Указанные кружки являются вершинами конструируемого графа. Вершины соединяются стрелками, указывающими направление возможных переходов от одного состояния к другому. Над стрелками надписывают значения управляющих сигналов, комбинации которых обеспечивают переходы, указанные стрелками. Рассмотрим составление графа(рис.3.2), отображающего работу подъемника, циклограмма которого представлена на рис. 3.1. Как видно на рис.3.2, графимеет три вершины, обозначенные в двоичном коде:

00 – неподвижное состояние (KM1=0 и KM2=0);

01 – движение вверх (KM1=1, KM2=0);

10 – движение вниз (KM1=0, KM2=1).

Рис. 3.2. Граф-схема функционирования грузового подъемника

 

Пуск вверх путем включения контактора KM1 начинается, если нажата кнопка SB, выключен контактор KM2 и нажат конечный выключатель SQ3, сигнализирующий наличие груза. Движение вверх продолжается независимо от сохранения перечисленных пусковых условий, но движение вниз при этом блокируется, как видно на граф-схеме (KM1=0), пока идет движение вверх. Последнее прекращается после нажатия SQ1, сигнализирующего о достижении подъемником заданного верхнего положения. Движение вниз начинается посредством включения контактора KM2, после отключения контактора KM1 и снятия груза с подъемника (SQ3=0). Оно прекращается только после достижения заданного нижнего положения по сигналу SQ2=1.

Более сложные последовательностные модели требуют составления таблиц состояний, которые будут рассмотрены ниже при изучении методов синтеза алгоритмов управления. Наиболее сложные модели получаются при учете действия случайных факторов, прежде всего – отказов оборудования (стохастические модели).

 


Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 142;