Дискретні логічні системи керування

Рухом електроприводів

 

Загальна характеристика ДЛСК

 

Дискретні логічні системи керування (ДЛСК) забезпечують авто-матизацію руху робочих органів установки в технологічних режи-мах. Це означає, що ДЛСК виробляє і подає команди на виконання у певній послідовності операцій вибору направлення і швидкості руху, пуску, гальмування, створення паузи, поновлення руху, а та-кож захистного відключення електропривода й зупинки робочих органів в аварійних режимах.

Установка може мати декілька робочих органів (РО), кожен з яких приводиться в рух своїм індивідуальним двигуном. Необхід-ний технологічний режим таких установок здійснюється узгодже-ною роботою двигунів, яка забезпечується ДЛСК. До таких устано-вок відноситься ліфт, який має в якості робочих органів кабіну, две-рі кабіни і двері ліфта, багато координатний маніпулятор, помповий агрегат з системою заливки води тощо.

В технологічних режимах переміщення РО кінцеві у просторі і циклічні в часі. Для багатьох можливих циклів переміщення РО є характерною типова діаграма руху, зображена на рис.8.1. Цей цикл передбачає переміщення з вихідної позиції (А) в другу (Б) з можливим рухом до наступної позиції (В) або повернення на позицію А. Рух РО чергується з часовими паузами, необхідними

за технологічними умовами ро-боти електропривода.

 

Методи синтезу ДЛСК

 

Вихідними даними для синтезу ДЛСК є заданий технологічний цикл руху РО, на підставі якого складається послідовність всіх опе-рацій, необхідних для виконання циклу. До таких операцій віднося-ться завантаження РО, пуск двигуна у потрібному напрямі з зада-ною швидкістю, гальмування і зупинка, пауза для розвантажування тощо. Кожна операція забезпечується частиною ДЛСК – вузлом. Та-кі вузли можна вважати «цеглинами» побудови системи керування. Виконаний на основі вузлів синтез ДЛСК називається методом типових вузлів.

Ідея даного синтезу базується на виконанні двох процедур:

декомпозиції – виділення зі складу створюваної ДЛСК функціо-нальних вузлів, які відповідають технологічним операціям, і компо - зиції – об’єднання вузлів в єдину систему керування. Ці процедури виконують поетапно:

Ø етап 1 – виділення окремих операцій ДЛСК і складання пос-лідовності їх виконання;

Ø етап 2 – вибір і складання вузлів ДЛСК для визначених опе-рацій;

Ø етап 3 – виконання електричних з’єднань вузлів і складання принципової схеми ДЛСК;

Ø етап 4 – перевірка складної схеми ДЛСК детальним аналізом її роботи.

Виконання етапу 1 зв’язано зі складанням алгоритму роботи ДЛСК у тій чи іншій формі. Виконання етапів 2 і 3 вимагає від роз-робника певних творчих зусиль, винахідливості і навичок у даній галузі. Інколи буває достатньо використати метод проб і перевірок. Але є розроблені методи формалізації процедури синтезу з викорис-танням математичного опису ДЛСК, що значно полегшує і приско-рює їх будову.

 

Математичний опис ДЛСК

 

Загальною функціональною моделлю ДЛСК є кінцевий автомат (КА) – багатополюсних з входами і виходами (рис.8.2,а).

На входи від давачів і командних апаратів (кнопок, кінцевих вимикачів тощо) поступають дискретні сигнали – логічні дворівневі змінні . На виході виділяються дискретні керуючі дії – логічні змінні (включення реле, контакторів тощо). У перетворенні вхідних змінних у вихідні приймають участь деякі внутрішні зміні , ... (блок-контакти контакторів, проміжні реле, таймери тощо). Отже, вихідні змінні є функціями вхідних і внутрішніх змінних КА.

	а		б

 

Рис.8.2. Кінцевий автомат (а) і векторне представлення його змінних (б)

 

Слово «кінцевий» у назві КА означає, що число можливих зна-чень для вхідних, – внутрішніх і вихідних змінних кінцеві і рівні відповідно , і . Стан КА на кожному стійкому такті характеризується певними наборами значень змінних на вході, всередині і на виході. Набори можливих комбінацій змін-них можна розглядати як векторні змінні на вході і виході КА (рис.8.2,б).

Часовими інтервалами КА є такти. На стійкому такті КА може знаходитись скільки завгодно довго. Перехід з одного стану в дру-гий відбувається на нестійкому короткочасному такті (включення чи виключення контактора). В залежності від способу переходу КА відноситься до асинхронного чи синхронного типів. В асинхронному КА зміна тактів зумовлена зміною рівня змінних. В синхронних КА зміна стану відбувається за тієї ж причини, але в момент дії синхро-нізуючих імпульсів, які створюються генератором сталої частоти.

В залежності від способу формування логічних функцій КА поді-ляються на однотактні і багатотактні (КА з пам’яттю). В одно-тактних КА функції і формуються на одному стійкому такті за значеннями вхідних змінних на даному такті. У багатотактних КА функцій і на і-му такті формуються від значень вхідних змінних на даному такті і від значень на попередньому такті, тобто і не є однозначними функціями , а залежать від попереднього стану КА.

Описати роботу КА можна графічно або аналітично. Розглянемо ці описи на прикладі КА з двома входами і , двома виходами і та однією внутрішньою змінною (рис.8.3). В даному автоматі (RS – тригер) вихідні змінні визначаються внутрі-шньою змінною стану: ; .

В табл.8.1 наведені можливі ком-бінації вхідних величин: ; ; і , та зна-чення внутрішньої змінної , яка мо-же мати тільки два стани: і . Табл.8.1 називається таблицею переходів і виходів.

З чотирьох комбінацій (станів) вхідних логічних змінних в дано-му КА використовуються три, бо комбінація невизначена.

 

Таблиця 8.1

Х[n] Q[n-1]	X1=00	X2=10	X3=01	X4=11
Q1=0				-
Q2=1				-

 

Графічний опис роботи КА представляють у виді графа, який має стільки вершин, скільки є різних станів вихідних логічних змін-них. Направлені дуги з надписами комбінацій вхідних змінних показують як відбувається зміна станів.

Для чотириполюсника (рис.8.3) має-мо дві вершини ( і ) і шість умов зміни станів (рис.8.4). Дуги між вершинами показують при яких комбінаціях вхідних змінних відбуває-ться зміна станів вершин, а дугі, які за-микаються на вершинах, показують зміну стану вершин. Так, при змінюються стани вершин і і вершина переходить із стану у стан .

Аналітичний опис КА представляють у виді структурних фор-мул, які складаються за певними правилами у диз’юнктивній норма-льній формі (ДНФ) або у кон’юнктивній нормальній формі (КНФ). Для даного КА ДНФ представляє собою суму всіх станів змінної і має такий вид:

 

. (8.1)

 

Формула (8.1) складна для реалізації. Тому її мінімізують, вико-ристовуючи певні правила алгебри логіки. В результаті мінімізації отримують формулу

. (8.2)

 

За аналітичним виразом КА складають схему кінцевого автома-мата. Реалізувати (8.2) можна одним реле з двома контактами (вихідні змінні і ) і блок-контактом (внутрішня змінна ) та двома кнопками і (вхідні змінні і ) (рис.8.5,а).

Безконтактний варіант КА можна побудувати і на простих логіч-них елементах І, АБО і НІ (рис.8.5,б).

 

б

а

 

Рис.8.5. Схеми реалізації КА (тригера) на реле (а) і на логічних елементах (б)

 

Даний кінцевий автомат є простим елементом пом’яті і у безкон-тактному виконанні представляє собою RS – тригер зі вхідними змінними і .

Способи реалізації ДЛСК

 

Системи керування на релейних чи простих логічних елементах вимагають великої кількості елементів, що ускладнює їх монтаж, збільшує габарити і зменшує надійність. Тому у даний час перевагу віддають побудові ДЛСК на базі мікросхем, зокрема, програмова-них логічних матриць (ПЛМ), апаратних контролері в (АК) і прог-рамованих логічних контролерів (ПЛК).

Програмована логічна матриця представляє собою мікросхе-му, основою якої є мікросхема PLM, яка виконує операції І, АБО, НІ. За допомогою цих операцій реалізують будь-яку логічну функ-цію. Зв’язок логічних змінних ПЛМ з фізичними вхідними вплива-ми здійснюється через вузол вводу (набір кнопок, шляхових пере-микачів тощо), а зв’язок з силовою частиною системи керуванням (електроприводом) – через вузол виводу (контактори, твердотільні реле, симистори тощо).

Перевага ПЛМ – висока швидкодія із-за паралельного принципу роботи і простота реалізації. Недолік – необхідність зміни ПЛМ при зміні алгоритма роботи. Тому їх використовують у випадку сталого циклічного технологічного процесу.

Автоматизацію роботи електропривода в складних технологіч-них циклах здійснюють на базі апаратних контролерів, які складаються з трьох мікросхем: мультиплексора, дешифратора і лічильника. Програма роботи АК задається відповідним з’єднанням його складових, кожна з яких представляє собою окрему мікросхему. При зміні алгоритму керування необхідно змінювати електричні з’єднання входів і виходів АК, тобто програмування здійснюється апаратним шляхом, що відображено в його назві. Тому АК використовують при автоматизації роботи електропривода в циклічних технологічних процесах, які рідко змінюються.

Найбільш універсальним засобом реалізації ДЛСК є програмований логічний контролер (ПЛК), який дозволяє змінювати алгоритм керування програмними засобами. Робота ПЛК базується на послідовному принципі формування алгоритму. Тому швидкодія його менша, ніж у апаратного контролера.

Вихідними даними для вибору ПЛК є:

Ø число вхідних змінних – ;

Ø число внутрішніх змінних – ;

Ø число вихідних змінних – .

Мовою програмування є структурні формули алгебри логіки, по-дібні формулі (8.2).

У складі ПЛК можна виділити такі блоки (рис.8.6):

Ø пристрої вводу (ПВ1) і виводу (ПВ2) вхідних і вихідних ло-гічних змінних;

Ø логічний пристрій (ЛП), який виконує операції І, АБО, ПОВТОРЕННЯ;

Ø запам’ятовуючий пристрій (ЗП), який запам’ятовує внутріш-ні змінні у процесі формування вихідних функцій;

Ø пристрій затримки часу – таймер (Т) для створення пауз в циклах;

Ø програмний запам’ятовуючий пристрій (ПЗП) для зберіган-ня команд, які формують алгоритми керування;

Ø керуючий пристрій (КП), який забезпечує узгоджену послі-довність роботи всіх складових частин ПЛК.

 

 

Рис.8.6. Блочна схема програмованого логічного контролера

 

Дискретна логічна система керування, побудована на основі ПЛК, є варіантом програмної реалізації кінцевого автомата. Вона проста за виконанням, легко програмується і дозволяє автоматизу-вати роботу електропривода у складних технологічних циклах, алго-ритми роботи яких необхідно часто змінювати.

 

 

Контрольні запитання і задачі

 

1. Виконання яких операцій забезпечує ДЛСК?

2. Що є вихідними даними для синтезу ДЛСК?

3. У чому суть синтезу ДЛСК методом типових вузлів?

4. Що представляє собою загальна функціональна модель ДЛСК?

5. Кінцевий автомат має 3 вихідні, 2 внутрішні і 2 вихідні змінні.

Скільки можливих наборів матимуть ці змінні?

6. Як поділяють кінцеві автомати в залежності від способу фор-мування логічних функцій?

7. Як можна описати роботу кінцевого автомата?

8. Яка із відомих ДЛСК має найбільш високу швидкодію?

9. Який із відомих способів реалізації ДЛСК є найбільш універ-сальним?

10. У яких випадках доцільно реалізувати ДЛСК на базі програ-мованого контролера?

 

 

Розділ 9

 

Система керування швидкістю