Кумс шпора. 1. Отличительные особенности управления оборудованием с помощью систем чпу
 Скачать 1.03 Mb.
|
|
13. Объектно-зависимые контроллеры электроавтоматики. Построение контроллера ввода/вывода сигнала электроавтоматики определяется вариантом системы электроавтоматики. В варианте а) электроавтоматика реализована в модуле процессора, подключенного к системной магистрали устройства ЧПУ. Вариант схемы б) предполагает, что программируемый контроллер электроавтоматики автономен и подключается к системной магистрали УЧПУ при помощи параллельной шины. Ввод/вывод сигналов электроавтоматики в этой схеме не требует привлечения системной магистрали. В варианте в) программируемый контроллер оп отношению к устройству ЧПУ является удаленным внешним устройством. В силу того, что задачи центрального процессора и задачи ПЛК должны быть определенным образом синхронизированы, между программным логическим контроллером и УЧПУ поддерживаемая информация обменивается по каналу RS-485. 14. Языки программирования ПЛК. Язык LD, структура проекта. Язык релейных или лестничных диаграмм LD (от англ. Ladder diagram) представляет собой простой в обращении, графический язык разработки. В его основе лежат релейно-контактные схемы, поэтому элементами логики здесь выступают: обмотки реле, контакты реле, горизонтальные и вертикальные перемычки. Пары контактов реле или кнопки — вот основные логические переменные языка LD, при этом состояние переменных — это есть ни что иное, как состояние контактов: разомкнутое или замкнутое. Сама же программа на данном графическом языке представляется аналогом релейной схемы, в которую может входить множество различных функциональных блоков. В общем и целом, синтаксис языка LD позволяет очень просто строить логические схемы для релейной техники. Слева и справа схема на языке LD ограничена вертикальными линиями – шинами питания. Между ними расположены цепи, образованные контактами и катушками реле, по аналогии с обычными электронными цепями. Слева любая цепь начинается набором контактов, которые посылают слева направо состояние «ON» или «OFF», соответствующие логическим значениям TRUE или FALSE. Каждому контакту соответствует логическая переменная (типа BOOL). Если переменная имеет значение TRUE, то состояние передается через контакт. Иначе – правое соединение получает значение выключено (“OFF”). 15. Контроллер ввода-вывода сигналов электроавтоматики. 16. Особенности синтеза релейно-контактных систем управления. В настоящее время системы управления на электромеханических реле применяются редко. Вместе с тем языки релейно-контактных схем широко распространены при программировании логических контроллеров. Это объясняется тем, что релейные структуры имеют определенные преимущества перед схемами на бесконтактных логических элементах. В частности, в релейных схемах легче анализировать последовательность протекания автоматического цикла, обнаруживать явления «гонок», «состязаний» и др. Таким образом, релейно-контактный вариант системы управления можно рассматривать как промежуточную модель, которую затем легко перевести на бесконтактные логические элементы. Синтез релейно-контактных систем управления имеет свои особенности, которые мы рассмотрим на примере дискретной системы управления гидрофицированной агрегатной головкой (рис. 5.38). Автоматический цикл управления агрегатной головкой имеет следующую последовательность: A→B Быстрый подвод B→C Рабочая подача C→A Быстрый отвод Рис. 5.38. Гидрофицированная агрегатная головка: Ц – гидравлический цилиндр; Др – дроссель; А, В, С – путевые выключатели Рис. 5.39. Первоначальная схема системы управления гидрофицированной агрегатной головкой Направление движения агрегатной головки можно задавать с помощью гидравлического распределителя (сигнал х), причем движения штока цилиндра Ц вперед и назад ограничены жесткими упорами. Для регулирования скорости рабочей подачи предусмотрен дроссель Др, который во время быстрых перемещений шунтируется другим гидравлическим распределителем (сигнал у). Чтобы предотвратить в дискретной системе управления состязания цепей, целесообразно на первоначальном этапе синтеза использовать импульсные логические функции в сочетании с запоминающими элементами в виде статических RS-триггеров (рис. 5.39). 17. Архитектурные варианты компьютерных УЧПУ. 1) Однопроцессорные УЧПУ В структуре УЧПУ рассматривается два фрагмента: -объектно-независимый ведущий вычислитель -объектно-зависимая часть, состоящая из специфичных для ЧПУ контроллеров(приводов подач, главного движения, электроавтоматики, связи с пультом оператора и т.д.). В памяти ПЗУ хранится системное программно-математическое обеспечение, в памяти ОЗУ размещается управляющая программа. Кроме этого эта память используется в текущих вычислениях. Рассмотренному архитектурному варианту отвечают компьютерные УЧПУ первого поколения (серии 2У, 2С, 2Р). В них применялся 16-разрядный процессор с быстродействием 250-500 тыс. операций в секунду, емкость памяти до 128 Kb. Указанные ограничения устанавливают общность применения подобных устройств: сравнительно простых двух- и трехкоординатные станки с ЧПУ с несложной электроавтоматикой (с общим числом входов/выходов около 256). Для повышения производительности процессора возможно применение аппаратного модуля умножения. В микропроцессорах целесообразно применения арифметических сопроцессоров. 2)Многопроцессорные (мультипроцессорные) УЧПУ Мультипроцессорная архитектура реализуется в двух вариантах: - Сосредоточенная структура - Рассредоточенная струтура а) Сосредоточенная структура УЧПУ (электроника МУ31) Чтобы устранить недостатки системы а) применяют б)УЧПУ с распределенной структурой Каждый вычислитель содержит операционную систему. Различие рассредоточенной и сосредоточенной структур следующее: 1. В распределенном многомашинном комплексе каждая машина имеет свою операционную систему, а в сосредоточенной системе ОС одна общая. 2. Обмен данными между машинами в рассредоточенной системе менее интенсивен, чем между процессорами в сосредоточенной структуре. 3.Каждая машина в рассредоточенной системе имеет свой собственный внешний интерфейс периферии, объекта управлении, средствам управления более высокого ранга. 4.Машины в распределенной системе не могут иметь общей обменной памяти, для ее коллективного использования всеми машинами. 5. В распределенной системе допустимо большое пространственное распределение машин, которые приближены к своим объектам и образуют вместе с ними мехатронные модули. Вычислитель, объединенный с интерфейсом объекта, образует интеллектуальный контроллер, они особенно эффективны для цифровых электроприводов. 18. Промышленные шины для систем автоматизации Промышленная шина - это коммуникационная сеть, объединяющая несколько промышленных систем и функционирующая практически так же, как и локальная сеть в учреждении. Однако для поддержания режима реального времени промышленная шина должна быть детерминистичной - качество, отсутствующее в офисных локальных сетях. Именно поэтому ни Ethernet, ни другие аналогичные сети не применяются в чисто промышленных системах. Отвечая требованиям различных прикладных сфер, промышленные шины обладают соответствующими характеристиками, благодаря которым их можно использовать в условиях промышленной эксплуатации. Это: • детерминированность, • поддержка больших расстояний между узлами, • защита от электромагнитных наводок, • упрочнённая механическая конструкция. Как правило, в промышленных условиях оперативность и предсказуемость времени передачи информации - характеристики более важные, чем способность передавать большие объемы данных. В промышленных системах чрезвычайно важна защита от электромагнитных помех. Практически везде случаются значительные скачки напряжений и токов. Периодические отказы из-за воздействия помех обходятся очень дорого, ведут к потере производительности и поэтому просто недопустимы. Кроме электрических характеристик окружающей среды, необходимо учитывать и ее физические параметры. Электронные узлы промышленных систем часто работают в эстремальных условиях, например: 1) при больших температуратурных колебаниях, 2) при больших вибрациях и ударных нагрузках. 3) Температура окружающей среды В настоящее время на рынке присутствует около 50 различных промышленных шин, однако главенствуют только 4 из них. Это: 1) CAN, 2) PROFIbus, 3) LON, 4) Foundation Fieldbus. 19. Производственный процесс как объект управления Производство – это центральным ядро, организованное на основе рационального сочетания в пространстве и времени средств, предметов труда и самого труда для реализации производственного процесса по изготовлению изделий. Производственная деятельность протекает в подразделениях, основанных для выполнения конкретных целей. Отдельно рассматриваемое подразделение (в привычном выражении — цех) является хозяйственной единицей и отражает единство его производственной и экономической деятельности. В каждом из них организуется работа на основе централизованного управления со стороны или на основе коллективного, арендного подряда, выделения малых предприятий, на базе которых создаются кооперативы. Возможны и другие формы организации и управления производством. Как объект управления производство является динамично развивающейся системой, указанные выше элементы которой взаимосвязаны и взаимозависимы. Они требуют четкого и целенаправленного взаимодействия с внутренней и внешней средой каждого подразделения. Производственные подразделения машиностроительного профиля, специализирующиеся на выполнении литейных, кузнечных работ (заготовительная фаза производственного процесса), работ по механической, термической и другим видам обработки деталей (обрабатывающая фаза), а также работ по сборке изделий, образуют основное производство в АО и отдельно в каждом его подразделении. Производственный процесс разделяется на частичные (основные и вспомогательные) процессы. К основным процессам относятся: отливка, ковка, штамповка заготовок, их механическая обработка, термообработка, гальванопокрытие, сборка отдельных частей изделия (сборочных единиц) и изделия в целом, контроль качества изделий и др. Вспомогательными процессами являются транспортировка предметов труда, изготовление инструментальной оснастки, проведение ремонтных работ и другие виды обслуживания производства. Таким образом, объектами управления в АО являются производственные подразделения, а на унитарных предприятиях — цехи как основные производственные единицы и производственный процесс, протекающий во времени внутри цехов. Обработка большинства деталей и сборка изделий в соответствии с принятой программой их выпуска осуществляется в цехах основного производства. Они строго специализированы, имеют наиболее высокий уровень механизации и автоматизации производственных процессов, определяют их производственную мощность. Эффективное функционирование цехов зависит от других производственных подразделений и служб АО, унитарного предприятия. Вне АО, унитарного предприятия функционируют также работающие на него самостоятельные малые предприятия, хозяйственные товарищества, кооперативы. С ними также устанавливаются договорные отношения по выпуску некоторых деталей, сборочных единиц, изделий, выполнению вспомогательных работ и услуг. Следует отметить, что для АО с массовым выпуском продукции характерна высокая степень централизации и автоматизации управления, требующая строгого распределения работ между производственными подразделениями в соответствии с производственной программой, а также повседневного слежения за результатами выполнения ими обязательств по договорам. Здесь имеет место разумное и эффективное сочетание централизации и децентрализации управления при оговоренных в договорах штрафных санкциях. Системное окружение цехов основного производства как объектов управления представлено на рис. 7.1. Указанные на нем подразделения и службы имеют отношение не только к цехам основного производства, но и к другим подразделениям, оказывающим соответствующие услуги. Однако основное их назначение — это обеспечение бесперебойной работы цехов основного производства. Все то, что характерно для организации и управления производством в этих цехах, относится и к цехам вспомогательного производства, включая их внутреннюю и внешнюю кооперацию. 20. Методика составления реализуемой циклограммы. Реализуемая циклограмма строится на основе начальной циклограммы путем добавления тактов, учитывающих включение и выключение внутренних элементов памяти. Эти такты называют дополнительными. Количество и место дополнительных тактов в реализуемой циклограмме определяют по следующей методике: 1) Представить последовательность тактов начальной циклограммы в виде ряда весовых коэффициентов (рис. 5.10, а): Указанные весовые коэффициенты определяют состояния дискретного автомата (или просто «состояния») в каждом такте. 2) Такты с повторяющимися весовыми коэффициентами охватить сверху скобкой, начало которой соответствует моменту включения, а конец – моменту выключения внутреннего элемента памяти (рис. 5.10, б). Над скобкой надо указать имя и вес внутренней переменной, относящейся к этому элементу памяти. Весовые коэффициенты, охваченные скобкой, увеличиваются на вес новой переменной, и в результате количество повторяющихся состояний дискретного автомата уменьшится. Применим рассмотренную методику составления реализуемой циклограммы для синтеза системы управления автоматом–перекладчиком (рис. 5.11). Автомат–перекладчик может быть предназначен для различных загрузочных или сборочных технологических операций и состоит из двух исполнительных цилиндров X и Y, которые работают в следующей последовательности: Рис. 5.11. Структурно-кинематическая схема автомата–перекладчика Составим таблицу включений с учетом сигнала блокировки P(Pusk). Если Р = 0, то запуск автоматического цикла запрещен. Первое действие автоматического цикла ( = 1) разрешается только при Р = 1. Этот сигнал может поступать от кнопки «ПУСК», т.е. с пульта оператора, или от какой-либо другой подсистемы, являющейся частью общей системы управления. В результате таблица включений принимает следующий вид: На основании таблицы включений строим начальную циклограмму (рис. 5.12). 21. Методика составления начальной циклограммы. Рассмотрим методику составления начальной циклограммы на примере Автомата-перекладчика. Он состоит из двух исполнительных цилиндров X и Y, которые работают в следующей последовательности: Рис. 5.11. Структурно-кинематическая схема автомата–перекладчика Составим таблицу включений с учетом сигнала блокировки P(Pusk). Если Р = 0, то запуск автоматического цикла запрещен. Первое действие автоматического цикла ( = 1) разрешается только при Р = 1. Этот сигнал может поступать от кнопки «ПУСК», т.е. с пульта оператора, или от какой-либо другой подсистемы, являющейся частью общей системы управления. В результате таблица включений принимает следующий вид: На основании таблицы включений строим начальную циклограмму (рис. 5.12). Рис. 5.12. Начальная циклограмма автомата–перекладчика 22. Упрощение (минимизация) логических функций. Упрощение логических выражений - иначе говоря, замена на равносильные согласна законам алгебры логики. 23. Составные части PLC ПЛК чаще всего оснащаются системы ЧПУ, так как может длительное время обходиться без технического обслуживания. В ПЛК большая часть операций является логическими при небольшом числе арифметических, тем самым отличая простые системы ПЛК быстродействием и возможностью действия в режиме реального времени. Обычный состав ПЛК таков: • Центральная микросхема (микроконтроллер или микросхема FPGA), • Подсистема часов реального времени, • Энергозависимая память, • Интерфейсы последовательного ввода-вывода, дискретные или аналоговые, • Схемы защиты и преобразования напряжений на выходах и выходах. Поведение ОУ (движение или любое другое изменение состояния) отображаются некоторым множеством входных сигналов, которые вводятся в ПЛК через модуль входных сигналов. Программа электроавтоматики, обрабатывая информацию о состоянии О. (путем решения логических уравнений), формирует соответствующее множество выходных сигналов. Выходные сигналы через модуль выходных сигналов направляется к исполнительным устройствам, которые переводят О. в новые состояния и т.д. Таким образом работа ПЛК при решении логических задач связана с повторяющейся последовательно сменой фаз. 25. Основные сведения по общей теории дискретных автоматов. Дискретный автомат – это устройство, предназначенное для преобразования дискретной информации. Дискретный автомат имеет входа {𝑥 1 , 𝑥 2 , 𝑥 3 , … , 𝑥 𝑛 } подаваемых напряжений. Причем каждое напряжение может принимать лишь дискретное значение, то есть 1 или 0 (включено или выключено). Выходной сигнал зависит от комбинации входных сигналов, то есть является логической функцией: 𝑦 = 𝑓{𝑥 1 , 𝑥 2 , 𝑥 3 , … , 𝑥 𝑛 }. Логическая функция также может принимать лишь дискретные значения. Основные логические элементы. 1) Инвертор (элемент НЕ) Обладает одним входом, а сигнал на выходе имеет значение обратное входному. 𝑦 = 𝑓(𝑥) = 𝑥̅ Рисунок 1 – инвертор 2) Дизъюнкция (операция ИЛИ) Имеет два входа и осуществляет логическое сложение. Обозначается символами «+» или «∨». 𝑦 = 𝑓(𝑥 1 , 𝑥 2 ) = 𝑥 1 + 𝑥 2 3) Конъюнкция (операция И) Имеет два входа и выполняется логическое умножение. Обозначается символом «●» или «∧». 𝑦 = 𝑓(𝑥 1 , 𝑥 2 ) = 𝑥 1 𝑥 2 О законах алгебры логики вопрос 22. 26. Логические функции. (!!!ДОБАВИТЬ!!!) 1) Закон нулевого множества Произведение любого числа переменных обращается в нуль, если хотя бы одна переменная имеет значение нуль. 2) Закон тавтологии 3) Закон двойной инверсии 4) Переместительные (коммутативные) законы Результат выполнения операций умножения и сложения не зависит от того, в каком порядке следуют переменные. 5) Сочетательные (ассоциативные) законы 6) Распределительные (дистрибутивные) законы 7) Законы поглощения 8) Законы склеивания 9) Законы инверсии (Де Моргана) а) для двух переменных т. е. инверсия произведения равна сумме инверсий; инверсия суммы есть произведение инверсий; б) для n переменных |