ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СИНТЕЗ ЛОГИЧЕСКИХ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ

Для автоматического управления горными машинами и установками используются логические системы управления, выполненные на релейно-контактных элементах, бесконтактных логических устройствах и программируемых логических контроллерах. Наиболее перспективным и экономически обоснованным является использование программируемых логических контроллеров (ПЛК) для построения дискретных систем управления технологическим оборудованием.

Для рационального построения системы управления с ПЛК требуется выполнить синтез логических алгоритмов управления так же, как и при построении этих систем на релейно-контактной и бесконтактной аппаратуре.

Задача синтеза – по математическому описанию объекта построить работоспособную схему управления.

Любая система дискретного управления может быть представлена из конечного числа логических схем, имеющих только один выходной сигнал. Поэтому синтез дискретной системы управления проводят для каждой из этих логических схем в отдельности.

В общем виде структурная схема дискретной системы управления приведена на рис. 2.1.

Рис. 1. Структурная схема дискретной системы управления: X1… Xn - информация о входных параметрах объекта (входные сигналы системы управления); Y1… Ym – выходные сигналы системы управления; P1… Pr – информация о выходных параметрах объекта (входные сигналы системы управления); F1… Ft – значения случайных величин (внешние факторы); Z1… Zk – информация о текущих параметрах объекта (входные сигналы системы управления).

Проектирование дискретных систем управления состоит из следующих основных этапов: алгоритмического, логического, структурного и технического.

Алгоритмическое проектирование – это составление общего алгоритма, описывающего условия работы дискретной системы. Задача, решаемая на этом этапе – составить математическую модель управления технологическим процессом.

Логическое проектирование – состоит из двух самостоятельных этапов: абстрактного синтеза и структурного синтеза. Результатом абстрактного синтеза является формализация условий работы каждой из логических схем системы управления и их запись в виде функций алгебры логики. Результатом структурного синтеза является разработка структурной схемы дискретной системы управления (рис. 2.1).

Структурное проектирование – этот этап выполняют после проведения абстрактного синтеза системы управления. Выполняют минимизацию алгоритмов работы, записанных в ДНФ или КНФ. Выполняют исследование минимизированных выражений в программной ПЛК, в режиме эмуляции проверяют соответствие полученных алгоритмов управления требованиям технического задания.

Техническое проектирование – заключительный этап разработки дискретных схем управления. На этом этапе решаются вопросы построения принципиальных и монтажных схем, рассматривают переход от отдельных логических блоков управления к компоновке всей системы в целом. Применительно к ПЛК на этом этапе решаются задачи: выбора количества основных модулей и блоков расширения, распределения входных и выходных сигналом по выводам элементов, отладки алгоритмов дискретного управления в режиме реального времени, организации функций контроля и диагностики оборудования и др. По окончании этапа технического проектирования составляют полную техническую документацию на изготовление системы управления.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

При разработке дискретных систем управления применяют формализованные методы синтеза и методы формального описания их условий работы. Целью этого подхода является исключение влияния субъективных факторов, связанных с разработчиком, и получение однозначного наилучшего конечного решения при проектировании.

Выбор и составление функциональной и структурной схем дискретной системы управления осуществляется на основании технического задания на проектирование. Техническое задание составляется совместно заказчиком и разработчиком. После его согласования и утверждения оно является основным документом для проектирования системы управления.

Основными разделами технического задания являются:

1 - основание для разработки системы, ее назначение и область применения;

2 - условия эксплуатации электрооборудования;

3 - эксплуатационно-технические характеристики системы;

4 - объем выполняемых разработчиком работ;

5 - технические требования к системе;

6- требования к конструкторскому оформлению системы;

7 - требования к патентной защищенности проекта;

8- требования к заказчику по обеспечению разработки, внедрению и эксплуатации системы.

1 раздел должен содержать:

- стоимость работ, сроки начала и конца разработки, вид окончания разработки (проект, опытный образец, серия и т.д.);

- режимы работы объекта, описание каждого режима, правила перехода с режима на режим, правила стыковки системы управления с объектом и т.д.;

- технико-экономическое обоснование необходимости разработки системы, данные о сроках ее окупаемости.

Совокупность этих сведений представляет собой алгоритм функционирования дискретной системы управления. В этом разделе перечисляют аварийные и внештатные ситуации, описывают порядок работы в пуско-наладочном и ручном режимах управления.

2 раздел должен содержать:

- климатические условия эксплуатации электрооборудования;

- механические условия работы (вибрация, тряска т др.);

- наличие и виды электромагнитных помех;

- условия электропитания схемы управления;

- характер работы системы (непрерывный, циклический и др.);

-условия ремонта и обслуживания средств управления;

- технико-экономические и другие последствия возможных отказов системы управления;

- меры по технике безопасности при обслуживании системы управления..

3 раздел должен содержать:

- сведения о дополнительных функциях, реализуемых системой управления (сигнализация о неисправностях, регистрация необходимых параметров, самоконтроль и диагностика системы и др.);

- комплектность основного и резервного оборудования.

4 раздел должен содержать:

- этапы работ и объем разработки по каждому этапу, сроки выполнения этапов и возможные исполнители;

- изготовители образцов по каждому этапу работ.

5 раздел должен содержать:

- данные об интенсивности и составе информационных потоков, входящих в систему управления, количество обслуживаемых процессов с их перечислением;

- режимы работы системы управления (автоматический, ручной, наладочный и др.);

- потребляемую мощность, характер источника питания и его параметры;

- техническую характеристику системы управления и входящих в нее составных частей (быстродействие или максимальное запаздывание, надежность, ремонтопригодность, тип элементной базы и др.);

- требования к взаимозаменяемости блоков и необходимость применения унифицированных и стандартизованных изделий.

6, 7, 8 разделы не относятся к рассматриваемой в настоящем пособии теме, поэтому они в этом материале не рассматриваются.

К техническому заданию прилагаются расчет технико-экономической эффективности, сетевой график выполнения работ, данные об объекте, необходимые разработчику.

Техническое задание содержит сведения по управлению конкретным технологическим объектом, получаемые разработчиком и согласованные с заказчиком. Это перечень основных технологических режимов работы всего оборудования и условий переходов с одного режима на другой. Информация о режимах работы объекта предполагает знание параметров всех его исполнительных механизмов, количество и типы всех воспринимающих устройств.

На основе характеристик исполнительных механизмов определяют количество выходных сигналов системы управления, а по параметрам воспринимающих элементов определяют количество входных сигналов. В итоге разработчиком составляется и описывается словесно структурная схема системы дискретного управления для конкретного технологического процесса – эта схема должна быть аналогичной рисунку 2.1.