Синтез логико-программных систем

Разработка программно-логических систем управления представляет, как уже объяснялось, сложную задачу, которая в настоящее время решается в основном эвристическими методами на основе словесного описания законов функционирования объекта. Для решения этой задачи необходимо формализованное описание законов функционирования объекта управления.

Для формализованного описания объект программно-логического управления представляют в виде параметрической схемы с ограниченным числом входов, внутренних состояний и выходов.

Входные х_и х₂у х_п и выходные переменные у_{, у₂У_т, а также внутреннее состояние объекта г_{у г₂ …, г_е такой схемы могут принимать только два значения: 0 и 1. Если по какому-либо входу или выходу сигнал имеет множество уровней, например, датчик давления, фиксирующий три уровня отклонения от номинального значения р_н, т. е. р < р_п р = р_и; р > /?", то вводятся фиктивные входы и множество значений уровня сигнала кодируется двоичными кодами. Для рассматриваемого случая от датчика давления следует иметь два входа: х' и х" .

Большинство встречающихся на практике программно-логических систем управления объектами относятся к категории систем управления с памятью, у которых набор выходных сигналов вырабатывается в некоторый отрезок времени и зависит не только от входных сигналов, подаваемых в тог же момент, но и от сигналов, поступивших ранее. Это предшествующее внешнее воздействие фиксируется в системе путем изменения ее внутреннего состояния. Управляющее воздействие г/_; будет определяться как поступившим набором входных сигналов Хр так и сигналами внутреннего состояния 2. в данный момент времени.

В общем виде разработка алгоритма функционирования управляющей системы с памятью сводится к отысканию функций вида.

где / — число двоичных сигналов, определяющих внутреннее состояние системы управления и обеспечивающих выполнение необходимых логических соотношений между набором значений входных и выходных параметров; у — порядковый номер выходного параметра.

Для формализованного описания системы управления с памятью используются таблицы, направленные графики, оперативные схемы и блок схемы.

Управляющие воздействия могут иметь простой и сложный характер. Простыми управляющими воздействиями будут те, которые при изменении значения параметра очевидны без расчета. Простые управляющие воздействия, как правило, одновариантны и выполняются в одну стадию. К таким воздействием относится, например, включение или отключение единицы оборудования при достижении критического значения одного или нескольких параметров, характеризующих условия ее работы. Сложные управляющие воздействия получают расчетным путем, они многовариантны и многостадийны в реализации. Каждое последующее воздействие зависит от результатов предыдущих воздействий, контролируемых параметров и свойств объекта управления.

Формирование сложных управляющих воздействий осуществляется путем системного анализа складывающихся на производстве ситуаций и выбора на этой основе алгоритма управления.

В пищевой промышленности к сложным относятся такие управляющие воздействия, как включение, остановка и изменение режимов работы группы аппаратов, связанных между собою материальными потоками. Большая часть технологических процессов отрасли реализуется группой связанных между собою машин, агрегатов и механизмов. Поэтому остановить, включить и изменить режим отдельного технического звена можно только в определенной последовательности. Так, порядок включения отдельных машин или увеличение их производительности может осуществляться, как правило, только против направления материального потока, а остановка или уменьшение производительности выполняются в направлении, совпадающим с направлением материального потока.

Разработка алгоритмов управляющих воздействий для большей части технологических процессов задача достаточно сложная. Поэтому их разработку и оптимизацию выполняют поэтапно, при этом стараются типизировать алгоритмы управления для их тиражирования на других аналогичных объектах. С этой целью все управленческие операции разбивают на типовые классы и для их реализации разрабатывают типовые модули, из которых затем формируют любые необходимые алгоритмы управления объектом. Так, рис. 5.1 иллюстрирует типовой алгоритм включения последовательности технологических звеньев.

Состояние технологического звена определяется сравнением текущих параметров его работы х с их заданным значением х₀. При х > х₀ технологическое звено рассматривается как работающее, при х < х₀ оно отключено. Отрезок времени между двумя последовательными воздействиями Ь должен быть больше отрезка времени ?_р — перехода технологического звена из одного состояния в другое.

В качестве примера практической реализации системы программнологического управления рассмотрим процесс регулирования уровня продукта в емкости.

Молоко из молокохранилища через регулирующий клапан поступает в емкость «/» откуда идет на дальнейшую переработку (рис. 5.2). Для обеспечения стабильности технологического процесса желательно чтобы уровень молока в емкости не превышал (емкость не переполнялась) и не опускался ниже Н₂ (емкость не опорожнялась). Контроль за уровнем в емкости осуществляется с помощью кондуктометрических датчиков уровня 1 и 2, связанных с управляющим устройством закрывающим регулирующий клапан 4 при достижении продуктом верхнего уровня и открывающим его, когда уровень снижается ниже нижнего. При промежуточном расположении уровня (между верхним и нижним) клапан открыт, если идет наполнение емкости, и закрыт при ее опорожнении.

Рис. 5.1. Типовой алгоритмический модуль включения последовательно связанных технологических звеньев

Работу системы можно формально описать таблицей:

где у — управляющий сигнал, у = 1 при открытом клапане и у = 0 при его закрытии; х₁ — сигнал верхнего уровня, х₁ = 1, когда уровень достигнут И1₂ = 0 В противном случае; х₂ — сигнал нижнего уровня, х₂ = 0, если уровень жидкости ниже нижнего уровня, и х₂ = 1 в противном случае; 2 характеризует внутреннее состояние системы, при наполнении 2 = 0, при опорожнении емкости 2 =1.

Рис. 5.2. Схема автоматизации приемной емкости вакуум-аппарата.

Описанный алгоритм функционирования реализуется управляющим устройством (рис. 5.3, а). Более просто того же эффекта можно достичь с использованием элемента памяти (рис. 5.3, б).

Рис. 53. Схемы управляющего устройства для автоматизации приемной емкости вакуум-аппарата.

Конструктивное упрощение схемы экономически целесообразно.