Устройство ЭВМ. Устройство ЭВМ для управления электроприводами. Устройство эвм для управления электроприводами Функциональные схемы электроприводов с микропроцессорным управлением
 Скачать 0.78 Mb.
|
|
Графические способы формализации работы оборудования. Существует несколько графических способов формализации. Выбор способа зависит от конкретных условий, в том числе и от субъективных причин. В любом случае способ должен быть простым и надежным, при необходимости учитывать временные задержки, влияние фронтов включения и отключения, быть удобным для анализа и последующей реализации системы управления. Рассмотрим работу силовой головки, в цикле которой можно выделить следующие этапы: разрешение включения (кнопка SВ) — быстрый ход вперед — рабочая подача — быстрый ход назад — отключение. Смена этапов цикла происходит при срабатывании переключателей SQ1, SQ2 и SQ3 соответственно. Такой способ оказывается неудобным при большом количестве тактов и датчиков. Наглядным графическим способом изображения последовательности работы оборудования во времени являются циклограммы. Они появились в результате совершенствования временных диаграмм, или, как их иногда называют, диаграмм включения. На таких диаграммах показывают состояние органов управления в функции времени. Циклограммы отличаются от них тем, что их вычерчивают без соблюдения масштаба времени. Циклограмма представляет собой ряд горизонтальных строк, равных числу командных (кнопок, тумблеров и т.д.), исполнительных (электродвигателей, муфт, электромагнитов и т.п.) и контролирующих (датчиков давления, температуры, выключателей, переключателей и тл.) элементов. Строю! условно (т.е. без соблюдения масштаба времени) разбиты на отрезки, число которых равно числу этапов цикла. При необходимости в циклограмму вводятся временные сигналы. По оси ординат циклограммы изображают сигналы, поступающие от указанных элементов, в порядке их появления при работе механизма с начала цикла, по оси абсцисс — время в безразмерном масштабе. На циклограмме изображается наличие сигнала в логическом смысле (высокий уровень с произвольной амплитудой) или его отсутствие (нулевой уровень). Воздействие сигналов друг на друга изображается стрелкой» направлен кой от переднего или заднего фронта управляющего сигнала к управляемому. Время выполнения каждой операции (включения и отключения), а также временные задержки показывают горизонтальной линией произвольной длины, начинающейся от командного сигнала, с периодом в стрелку в конце операции Эта стрелка указывает элемент, состояние которого изменяем в результате воздействия. Наклон фронтов может быть произвольным, однако для наглядности дикл01раммы рекомендуется наклон 60# Если циклограмма всего механизма получается 1ромоздкой и сложной для анализа, то рекомендуется вычерчивать сс часть, описывающую работу какого-либо локального узда. При этом выделяется логическим сигнал, учитывающий различного рода блокировки и являющийся по сути разрешением начала никла Поскольку циклограмма является основой для составления схемы управления или описания ее уравнениями алгебры логики, для упрощения синтеза злектроавтоматики входным, промежуточным и выходным сигналам присваивают легко запоминающиеся обозначения. Циклограмма работы локального узда должна закончи ваться сигналом, определяющим окончание работы данного цикла и служащим блокировкой для другого узла. Пример 3.1. Начертить циклограмму работы кантователя, который работает в составе автоматической линии и предназначен для кантования (поворота на 180*) заголовок в процессе миотополщионной меха кической обработки Цикл работы кантователя следующий: исхопное положение каретки кантователя — подвод — захват заготовки — подъем — попорот {кантованние} — опускание — отвод » исходное положение. Управление кантователем о акгомагтическом режиме осуществляется от утла центрального управления автоматической линией (накопитель задания никла У-НЗЦ), а в полуавтоматическом режиме — нажатием кнопки па наладочном пульте кантователя К2-КУ1 (К2 - индекс кантователя). Привод ка>гтовагсия гидравлический. Управление золотниками гидросистемы производится с помощью электромагнитов Циклограмма работы кашпо на гели изображена на рис 3.13, где использованы следующие обозначения ЭКВ, ЭКИ, ЭЗВ. ЭЗН, ЭЗЛ, ЭЗП - электромагниты (Э) каретки (К) при движении вперед (В), назад (И), захвата (3) при движении вверх (В), вниз (Н). поворота при движении влево (Л), вправо (П), ККП, ККИ - выключатели каретки в конечном и исходном положении Граф-схемы алгоритмов. При представлении цикла в виде граф схемы в вершинах (кружках) записываются номера (коды) состояний. Между собой вершины соединяются дугами со стрелками. отражающими переходы нз одного состояния в другое. Над стрелками записываются комбинации переменных, обусловливающих эти переходы. 3.2 3. Основные свойства и состав программируемых контроллеров Реализация циклового микропрограммного управления оборудованием возможна аппаратным, микропрограммным и программным способами. При аппаратной реализации формирование циклов осуществляется с помощью схем, построенных на релейно контактной или бесконтактной аппаратуре. Здесь широко используются интегральные микросхемы серий К155 и К511; последние обладают повышенной помехоустойчивостью, но отличаются более высоким энергопотреблением Наиболее перспективным направлением совершенствования систем ЦПУ является применение гибко программируемых электронных управляющих систем, основанных на использовании УВМ Характерная черта УВМ - способность к работе в реальном масштабе времени, т.е. в темпе, диктуемом потребностями объекта управления. Обычная вычислительная машина (ЭВМ), Вершины графа соответствует отдельным органам. а дуги — условиям перехода одного этапа к другому. Переход qc из исходного состояния (0) в состояние / (в данном случае i может принимать значения 1. 2. 3) производится по команде «Пуск цикла* с учетом информации от устройства ЧПУ Переход дм из состояния I «Ускоренный подвод* в состояние 2 «Форсированный под виц» осуществляется по достижении задаваемой координаты, определяемой полем допуска припуска на обработку. Условием перехода qy из состояния 2 в состояние 3 «Черновая обработка* является достижение задаваемой в пространстве координаты заготовки либо команда устройства контроля момента касания круга с деталью. Блок-схемы алгоритмов. Широкое распространение получили блок-схемы алгоритмов, благодаря которым удастся графически представить достаточно сложные процессы. С помощью блок-схемы изображается последовательность элементарных действии {этапов цикла), на коюрыс можно разбить выполнение алгоритма. 3.2.3. Основные свойства и состав программируемых контроллеров Реализация циклового микропрограммного управления оборудованием возможна аппаратным, микропрограммным и программным способами. При аппаратной реализации формирование циклов осуществляется с помощью схем, построенных на релейно-контактной или бесконтактной аппаратуре. Здесь широко используются интегральные микросхемы серий К155 и К511, последние обладают повышенной помехоустойчивостью, но отличаются более высоким энергопотреблением. Наиболее перспективным направлением совершенствования систем ЦПУ является применение гибко программируемых электронных управляющих систем, основанных на использовании УВМ. Характерная черта УВМ — способность к работе в реальном масштабе времени, i.e. в темпе, диктуемом потребностями объекта управления. Обычная вычислительная машина (ЭВМ), выполняющая вычислительные операции, не имеет таких жестких рамок реализации алгоритма вычислительного процесса во времени Специализированные УВМ. предназначенные для управления сложными станками, литейными комплексами, машинами для обработки металлов давлением, автоматическими линиями, получили название программируемых контроллеров (ПК). В связи с повышенной стоимостью такой аппаратуры сс применение оправданно при числе релейно контактных аппаратов -эквивалентной схемы более 60 ..80 и при напряженных циклах работы. Термин «программируемый» отражает возможность ПК воспринимать программу на языке высокого уровня, а «контроллер» - возможность выполнять функции управления сложными технологическими процессами Встречающиеся в настоящее время термины «программируемый контроллер* — ПК (PC) и «про траммируемый логический контроллер» - ПЛК (PLC) равнозначны Несмотря на значительную общность ПК и УВМ, ПК имеют ряд характерных с точки зрения пользователя свойств- • как правило, ПК предназначены для решения логических задач с элементами арифметических операций; • упрошенное программирование, основанное на символах и мнемокодах, которое легко усваивается персоналом, не имеющим специальной подготовки, • большая помехозащищенность, потенциальная развязка от внешних цепей с помощью оптронов, ферритовых уетройС1в и др.. расширенный диапазон допустимых условии эксплуатации. что в конечном счете лает возможность применять ПК в цеховых условиях; • модульность конструкции (входы, выходы и объем памяти наращиваются с определенным шагом'); • наличие вспомогательных устройств для выполнения дополнительных функций (таймеры для выдержки времени, счетчики импульсов и др.). Имеется тенденция к расширению функциональных возможностей ПК за счет введения арифметических операций и реализации функций регуляторов со стандартными настройками (П, ПИ, ПИД). ПК обеспечивают изменение логической программы функционирования с помощью встраиваемого или автономного устройства программирования, что равносильно изменению принципиальной электрической схемы с жесткими связями. При этом отпадает необходимость в отключении объекта управления для переналадки, исключаются трудоемкие процессы, связанные с проектированием новой схемы и обеспечением комплектующими. Проектирование схемы управления на основе жесткой логики производится индивидуально для каждой конкретной установки: выбираются электрические элементы и узлы, разрабатывается конструкторская документация на систему управления, производится ее монтаж, отладка и корректировка. Изготовление схемы требует наличия определенной номенклатуры комплектующих изделий Весь описанный процесс требует значительных затрат времени квалифицированного персонала, что особенно ощутимо при мелкосерийном или индивидуальном характере производства. Стоимость ручного труда в последнее время имеет тенденции к росту, в то время как затраты на оборудование непрерывно снижаются. Кроме функций логического управления некоторые модели ПК выполняют также функции регулирования, причем изменение установок регуляторов может осуществляться как вручную, так и программным путем. Особенности решения логических задач определяли и функциональный состав ПК. Программируемый контроллер состоит из центрального процессора, модуля памяти (ПЗУ), модулей входов-выходов (входного и выходного регистров), обеспечивающих сопряжение с входными датчиками и исполнительными устройствами объекта управления, и сканирующего устройства, которое производит поочередный опрос входов и выходов. К контроллеру подключается пульт программирования (программная панель), через который производится набор программы. В некоторых типах контроллеров в период настройки цикла вместо ПЗУ подключается ОЗУ, которое может осуществлять как считывание, так и запись (и перезапись) информации. После окончательной отладки цикла и внесения всех изменений программа перезаписывается с ОЗУ на ПЗУ. Часто в контроллерах используются ПЗУ с возможностью перезаписи информации, т.с перепрограммируемые (полупостоянные) запоминающие устройства {ППЗУ) Помимо ручного ввода программы большинство ЛК предусматривает возможность связи с друхим ПК или ЭВМ. Возможно также подключение дисплея, печатающего устройства и модуля вспомогательной памяти Содержание вычислительного процесса заключается а решении логических уравнений типа У = F(X), с помощью которых описывается алгоритм управления объектом Набор выходных функций Y,(j\ к) состоит из выходных функций К, а, поступающих на объект для_ осуществления функций управления, и внутренних функций Y,.t% не имеющих реального выхода и ограничивающих область своего действия самой программой; их можно назвать промежуточными выходами. Сюда же относятся сигналы таймеров, счетчиков Набор входных функций включает сигналы датчиков, а также внутренних устройств ПК (таймеров, счетчиков). Таким образом, о течение цикла своей работы ГТК обменивается информацией с внешней средой и осуществляет обработку этой информации в соответствии с записанной в чем программой. Чем короче цикл работы ПК, тем выше его вычислительная мощность, которая обычно оценивается по времени обработки 1К логических слов. Время, необходимое для осуществления од но го цикла опроса (время сканирования), зависит от объема программы и элементной базы и для современных ПК составляет обычно 2...3 мс на 1К слов памяти. Разнообразие требований потребителем ПК предопределило модульность их конструкции, предусматривающей широкую номенклатуру взаимозаменяемых модулей, устанавливаемых в одном каркасе. Особенно эго касается модулей входов-выходов. Обычно ПК имеют фиксированную общую сумму входов-выходов (например, 16, 64,128, 256, 512, 1024) с возможностью перераспределения в пределах общей суммы Перераспределение заключается в изъятии и установке соответствующих модулей. 3.2.4 Система команд ПК Система команд ПК представляет собой набор инструкций (команд), обеспечивающих оперативный ввод, контроль и редактирование рабочей программы управления объектом По назначению инструкции ввода можно разделить на программы, функциональные и оперативные. Для программирования к контроллеру (блоку центрального процессора) через периферийные адаптеры подключается внешнее программирующее устройство (программатор). После ввода и отладки программы надобность в нем отпадает В качестве программаторов применяют как стационарные приборы, позволяющие производить ввод и отладку программ, одновременно наблюдая на дисплее релеино контактные или функциональные алгоритмы и распечатки рабочей программы, так и переносные приборы с газоразрядной или матричной индикацией. Запись программы в ОЗУ можно осуществить как в программаторе, так и в самом ПК. Последовательность процесса программирования зависит от типа памяти ПК. Для контроллеров, имеющих память типа RAM, этот процесс наиболее прост Необходимо подключить программатор через соответствующий интерфейс к ПК и по листингу программы выполнить операции программирования в соответствии с инструкцией После этого производится отладка и редактирование программы При наличии энергозависимого питания модуля памяти ввод и отладку программы можно осуществлять на лабораторном стенде, имитирующем работу механизма, с последующей перестановкой модуля памяти со стенда ъ контроллер. Для ПК. имеющих память типа EPROM, этот процесс сложнее. В таком случае контроллеры снабжаются специальными модулями памяти типа RAM, располагаемыми в программаторе или непосредственно в ПК С их помощью производится первоначальный ввод, отладка и редактирование РП. По окончании процесса отладки программа переписывается в микросхемы памяти типа EPROM с ультрафиолетовым стиранием или типа JEAROM с электрическим стиранием. Микросхем с записанной программой устанавливаются в модули памяти ПК. Для внесения изменений необходимо стереть записанную информацию и произвести новую запись. Помимо ручного ввода программы с помощью клавишного программатора большинство моделей ПК имеет возможность ввода и вывода программ с помощью периферийных внешних устройств, магнитных кассет, а также использования микроЭВМ. Программные инструкции, записанные в рабочую программу ПК, определяют, «что» и «с чем» надо сделать, и состоят из кода операции ('«что») и адреса операнда («с чем»). Некоторые программные инструкции являются безадресными, т.е. состоят только из кода операции, и выполняются в последовательности, определенной записью программы. Объем рабочей памяти, занимаемый одной программной инструкцией, зависит от структуры ПК Функциональные инструкции служат для пуска и выбора ре -жима программирующего устройства и ввода, редактирования и контроля рабочей программы. В большинстве ПК эти инструкции решаются аппаратно и не занимают рабочей памяти программы. Оперативные инструкции имеют своей цепью активное вмешательство в работу процессора, возбуждение реальных входов и выходов и некоторые другие. Оперативные инструкции имеются не во всех модулях ПК По сравнению с другими средствами автоматизации ПК отличаются обилием языков программирования. Причина этого -разнообразие технологических задач, а также традиции и вкусы пользователей. Исторически первым и все еще достаточно популярным языком программирования является язык релейно-контактных символов (РКС). Он основан на широко применяемой методике проектирования схем электроавтоматики с аппаратной реализацией на основе реле, контакторов, бесконтактных логических элементов. В данном случае исходными документами являются принципиальные злезегрические схемы, хорошо известные и привычные для электриков — конструкторов и ремонтников. Исходными документами могут служить также словесное описание, таблицы, циклограммы и т.д Релейные схемы состоят из пяти компонентов: переменная и сс дополнение, начало и конец ветвления параллельной цепи, символ присвоения результата. Последний именуют «обмотка реле» по аналогии с обычной РКС. хотя в ПК подобное устройство отсутствует Логические функции И, ИЛИ. НЕ, реализуемые в РКС соответствующим включением контактов реле, пускателей и дру]их аппаратов, в ПК создаются стыковкой компонентов и соответствуют понятию «команда» Однако для того чтобы релейный язык был более совершенным, сто сторонники создают ПК таким образом, чтобы имелась возможность программировать более полное логическое уравнение Логическая цепь (ЛШ — это соединение элементов релейных схем, в том числе хотя бы одною символа присваивания, представляющее собой последовательность команд, выполняемых ПК Таким образом, ЛЦ — эго элемент программирования релейных языков, который распространяется и на булевы языки Конструкция цепи отвечает жестким требованиям, поскольку она должна быть переведена с помощью устройства программирования в последовательность выполняемых команд. Формат цепи может быть фиксированным формате ЛЦ должна состоять из определенного числа компонентов. Символ присваивания позволяет индентифицировать строку программы и назначать промежуточную переменную либо соответствующий выход. Логические компоненты прида ются входам или промежуточным переменным (выходам) При использовании языка РКС программа вычерчивает в определенном масштабе легко читаемые схема. Каждая ЛЦ отрабатывается слева направо. Это позволяет разработчику делать какие-либо сигналы приоритетными по сравнению с другими в целях обеспечения безопасности (например, сигнал на отключение питания, двигателя и др.) Помимо языка РКС используются следующие языки: » язык ассемблерного типа. • графические языки логических схем; • языки мнемонического символьного кодирования в виде набора строк уравнений сложных булевых структур, сохраняющие методику проектирования программ на языке РКС. Булев язык позволяет непосредственно написать уравнение, поэлементно соединяя операторы и операнды В данном случае мы имеем дело с попью, состоящей из булевых операторов Символ присваивания эквивалентен знаку равенства: • языки мнемонического задания многоситуационных процессов управления с естественным логическим описанием управления (ЕСЛИ ТО ИНАЧЕ), не имеющие РКС-эквивалентов (рис. 3.17. д). В мнемонических языках используются формальные соответствия, свойственные языку ассемблера (мнемоническая форма «машинных языков*). Эти языки просты для пользователей, владеющих логикой или языком ассемблера, однако уступают языкам более высокого уровня: • оригинальные проблемно-ориентированные мнемонические языки высокого уровня. • процедурные языки высокого уровня общего назначения (Бей сик, Паскаль), адаптированные для программирования электро автоматики, • языки графического отображения текущего состояния к взаимодействия процессов программ управления (например, GRAFCET). |