6.3. Проектирование систем управления

При разработке систем управления необходима четкая постановка задачи. Известно несколько способов представления задачи в описательной или графической форме. Системы управления должны быть снабжены следующей документацией:

• эскиз объекта управления,

• диаграмма "перемещение-шаг",

• диаграмма "перемещение-время",

• диаграмма управления,

• диаграмма функционирования,

• функциональная схема,

• принципиальная схема.

Эскиз объекта управления

Эскиз объекта управления дает представление о пространственном расположении исполнительных устройств на установке, работой которой управляет пневматическая система. Обычно эскиз изображается не в масштабе и не очень подробно, но ориентация исполнительных устройств показывается правильно. Эскиз сопровождается описанием работы установки (машины) и диаграммой движения исполнительных устройств.

Рис. 6.4. Пример эскиза объекта управления

Диаграмма "перемещение-шаг"

Диаграмма "перемещение-шаг" и диаграмма "перемещение-время" являются диаграммами движения. Диаграмма "перемещение-шаг" применяется для схематического представления последовательности движения. Диаграмма показывает последовательность работы исполнительных устройств. На ней представляется зависимость пути от шага.

Если система состоит из нескольких исполнительных устройств, то их перемещения изображаются на

диаграмме одно под другим. Сравнивая положение отдельных исполнительных устройств на каждом шаге, можно установить взаимосвязь между их положением.

Рис. 6.5. Диаграмма "перемещение-шаг"

На диаграмме (рис.6.5) показано перемещение штоков двух цилиндров 1.0 и 2.0. На шаге 1 выдвигается шток цилиндра 1.0, а на шаге 2 - шток цилиндра 2.0. На шаге 3 шток цилиндра 1.0 втягивается, а на шаге 4 втягивается шток цилиндра 2.0. Шаг 5 эквивалентен шагу 1.

По диаграмме "перемещение-время" устанавливается зависимость пути от времени.

Рис. 6.6. Диаграмма "перемещение-время"

Диаграмма управления

На диаграмме управления представляется зависимость состояний переключения информационных и управляющих элементов от шага. Время их переключения не принимается во внимание.

Рис. 6.7. Диаграмма управления

Функциональная диаграмма

Функциональная диаграмма есть комбинация, состоящая из диаграммы перемещения и диаграммы управления. Отдельные состояния системы обозначаются линиями, называемыми функциональными линиями.

Рис. 6.8. Функциональная диаграмма

Наряду с функциональными линиями на функциональной диаграмме могут изображаться линии сигналов, которые описаны в нормах VDI 3260 "Функциональные диаграммы рабочих машин и производственных установок".

Линии сигналов изображаются линией со стрелкой. Они выходят из изображения информационных элементов и заканчиваются в том месте диаграммы, где от действия этого сигнала должно осуществляться изменение состояния. Стрелки на линии сигналов обозначают направление действия сигнала управления.

Рис. 6.9. Изображение линий сигналов

Разветвление сигналов непосредственно на месте разветвления обозначается точкой. От одного входного сигнала может изменяться состояние нескольких устройств.

Для "ИЛИ"-функции в месте объединения сигнальных линий ставится точка. В этом случае несколько

входных сигналов независимо друг от друга могут управлять одинаковым состоянием системы.

"И"-функция обозначается поперечным штрихом на месте пересечения линий сигналов. Изменение состояния системы может произойти только в том случае, если будут приложены все входные сигналы.

Рис. 6.10. Изображение входных устройств

Обозначение входных элементов размещается у основания соответствующих линий сигналов.

Рис. 6.11. Диаграмма "перемещение-шаг" с линиями сигналов

Диаграмма описывает следующий процесс: если включается концевой выключатель 1.4 и оператор нажимает кнопку 1.2, то выдвигается шток цилиндра 1.0. Когда цилиндр 1.0 полностью выдвинется, то включится концевой выключатель 2.2 и выдвинется шток цилиндра 2.0. Когда цилиндр 2.0

выдвинется, то включится концевой выключатель 1.3 и шток цилиндра 1.0 начнет втягиваться. Когда

цилиндр 1.0 втянется, то включится концевой выключатель 2.3 и начнет втягиваться цилиндр 2.0. Когда шток цилиндра 2.0 втянется, то включится концевой выключатель 1.4, т.е. система вернется в исходное положение.

Краткий способ описания процесса

Краткий способ описания процесса дает представление о процессе движения. В этом случае применяются обозначения движения штоков цилиндров А, В и т.д. Процесс выдвижения обозначается знаком "+", а втягивания - знаком "-".

Процесс А+ В+ В- А- означает: цилиндр А выдвигается, цилиндр В

выдвигается, цилиндр В втягивается, цилиндр А втягивается, т.е. следующие друг за другом движения описываются последовательно друг за другом.

Процесс А+В+В- А- означает: цилиндр А выдвигается, цилиндр В

выдвигается и цилиндр А втягивается, цилиндр В втягивается. Одновременно происходящие движения изображаются один под другим.

При кратком способе описания концевые выключатели обозначаются теми же буквами, что и цилиндры, с которыми они связаны, но маленькими (строчными) буквами. При этом индекс "О" присваивается позиции "втянуто", а индекс "1"- позиции "выдвинуто".

Функциональная схема

Функциональная схема дает ясную картину взаимодействия и последовательности выполнения команд в пневматической системе. На приведенной ниже функциональной схеме автоматической лепки представ-

Рис. 6.12. Функциональная схема: клепка

лен следующий процесс: зажимной цилиндр А выдвигается (А+) и включается концевой выключатель а1. Сигнал а1 вызывает выдвижение (В+) цилиндра В, т.е. процесс клепки завершается. Выдвигающийся шток клепочного цилиндра В включает концевой выключатель b1, который подает сигнал на втягивание клепочного цилиндра (В-). Теперь срабатывает концевой выключатель b0, который освобождает деталь от фиксации и вызывает втягивание (А-) цилиндра А. Когда цилиндр А полностью втянется, включится концевой выключатель а0. Сигнал а0 служит предпосылкой начала повторного рабочего цикла.

Принципиальная схема

Принципиальная схема показывает взаимосвязь между элементами системы управления и последовательность прохождения сигналов управления. Принципиальная схема не дает представления ни о физических, ни о механических аспектах процесса управления. Принципиальная схема всегда показывает направление потоков энергии, которые должны быть направлены на схеме снизу вверх. На различных по высоте чертежа уровнях схемы изображаются источники энергии, ин- формационные, логико-вычислительные, управляющие и исполнительные элементы. Положение концевых выключателей показывается рядом с исполнительными элементами. Элементы обозначаются в соответствии с нумерацией цепей управления системы, а трубопроводы - по номерам присоединительных каналов элементов. Эти обозначения делают читаемой принципиальную схему системы управления и позволяют легко заказывать элементы.

Рис. 6.13. Пример принципиальной схемы