9. Дискретные системы управления.

Наряду с электронными средствами автоматизации широкое применение находят и пневматические. Целесообразность приме­нения средств пневмоавтоматики обусловлена следующими их свойствами:

• обеспечение пожаро- и взрывобезопасности объектов за счет использования в качестве рабочей среды сжатого воздуха;

• удобство сочетания с пневматическими датчиками (расхода, давления, уровня и т.д.) и исполнительными механизмами, уста­навливаемыми на объектах (в химии и нефтепереработке 94% всехисполнительных механизмов - пневматические);

• высокие надежностные показатели пневматических средств (срок службы пневмосистем достигает 10-15 лет при многомесяч­ной и круглосуточной работе объектов в межремонтный период, который часто составляет 8-12 месяцев);

• простота и удобство обслуживания;

• нечувствительность к помехам от электромагнитных полей;

• низкая стоимость.

К недостаткам пневматических средств следует отнести их низкое быстродействие и сложность построения больших вычис­лительных устройств.

Тем не менее пневматические средства автоматизации нахо­дят широкое применение в химической, нефтеперерабатывающей, газовой, пищевой, лакокрасочной, металлургической отраслях промышленности, а также в машиностроении, медицине, сельском хозяйстве, полиграфии и т.д.

9.1 Законы и основные соотношения алгебры логики.

Для проектирования рациональных систем дискретного дей­ствия необходимо уметь оперировать с булевыми функциями. С этой целью рассмотрим основные законы и соотношения алгебры логики.

1. Закон перестановки

ху = ух

х + у = у + х

2. Сочетательный закон

(ху)z = х(уz),

(х+у)+z = х+(у+z),

3. Распределительный закон

х(у+z) = ху+xz,

х+уz = (х+у)(x+z),

4. Закон повторения

хх...х = х,

х + х+...+х = х

6. Закон инверсирования

7. Основные соотношения между переменной X и пере­менными величинами 1 и О

X+1 = 1

X * 1 = X

X + 0 = X

X* 0=0

X +=1

X =1

Таким образом, аппарат алгебры логики гораздо проще, чем аппарат обычной алгебры, хотя и имеет свои особенности.

9.2 Логические элементы управления

Управление роботом осуществляется набором логических элементов:

Логический элемент "ИЛИ"

Логический пневматический элемент «ИЛИ», выполненный со свободной заслонкой, относится к пассивным, он не требует ка­кого-либо приложения давления. Входной сигнал является резуль­тирующей входных сигналов. Уровень выходного сигнала такой же, что и входного сигнала.

Логический элемент «ИЛИ» дает выходной сигнал 3, когда на входе есть либо а, либо b, либо оба сразу. Это соответствует операции логического сложения S = а + b.

Вместо знака «+» можно встретить обозначение v. Операцию логического сложения называют также операцией дизъюнкции.

Сложное высказывание S будет истинным, если а и b в от­дельности или оба вместе имеют истинное значение (см. табл. 1)

Таблица 1

а 1 1 1 0 1 1 1 0 1 000	b	S
1 0 1 0	1 1 0 0	1 1 1 0

Сигналом а закрывается правое отверстие, и воздух проходит к выходу, не проникая при этом в канал подачи сигнала b.

Таким образом, выходной сигнал имеет место при наличии сигнала а или сигнала b (или обоих сразу).

Элемент «ИЛИ» называют также «переключательной заслон­кой» или «селектором цепей».

Логический элемент «И».

Логический пневматический элемент «И», выполненный со свободной заслонкой, относится к пассивным, он не требует како­го-либо приложения давления. Выходной сигнал является резуль­тирующей входных сигналов. Уровень выходного сигнала такой же, что и входного сигнала.

Автономные пневматические элементы обеспечивают по­строение весьма простых схем. Благодаря их автономности можно с удобством устанавливать их либо в системе управления, либо на самом сверлильном устройстве.

Логический элемент «И» дает выходной сигнал S, когда входные сигналы а и b наличествуют одновременно. Во всех дру­гих случаях выходного сигнала не будет (см. табл. 2).

Таблица 2.

а 1 1 1 0 1 0 1 0 0 000	b	S
1 0 1 0	1 1 0 0	1 0 0 0

Это соответствует операции логического умножения: S = а*b. Вместо знака «*» можно встретить обозначение ^{^}, &. Сигналом а свободная заслонка сдвигается вправо. Сигналом b свободная за­слонка сдвигается влево.

Только при наличии обоих сигналов, а и b, создается выход­ной сигнал S, т.к. заслонка в этом случае занимает среднее поло­жение.

Вовсе не необходимо чтобы подвижная заслонка находилась в положении равновесия, дабы выполнялась функция "И".

Точное положение заслонки не имеет значения, поскольку ее единственное назначение в том, чтобы пропускать поток воздуха к выходу при одновременной подаче сигналов а и b.

Логический элемент " НЕ - ЗАПРЕТ "

варианты графических символов

Пневматический логический элемент в состоянии покоя

Логический элемент "НЕ" есть обратное пневматическое реле (выходной сигнал обратен задающему сигналу).

Можно также использовать логический элемент "НЕ" для выполнения логической функции "ЗАПРЕТ". С целью высокого быстродействия, в частности при опускании, порог опускания это­го элемента сделан высоким. В связи с очевидным различием диа­метров коммутирующих отверстий оказывается весьма заметным различие между порогами задающего сигнала и опускания. Благо­даря этому различию обеспечивается быстродействие данного устройства при коммутации.

Выходной сигнал S, наличествующий, когда логический эле­мент "НЕ - ЗАПРЕТ" находится в состоянии покоя, аннулируется, когда поступает задающий сигнал (устройство в сработавшем со­стоянии):

S =N0T а =(см. табл.3),

Таблица 3

а 1 0	S 0 1
1 0	0 1

Если питание Р заменено сигналом b, то этот элемент реаги­рует на логическую функцию "ЗАПРЕТ":

S= bAND NOT a =

Логический элемент «Разрешение на восстановление».

Пневматический логический элемент в состоянии покоя

Логический элемент «Разрешение» представляет собой пнев­матическое восстановительное реле по давлению и по расходу (в качестве чего и используется).

Очевидное различие в диаметрах коммутационных отверстий обуславливает существенное различие в пороговых уровнях акти­визации и опускания.

Благодаря этим различиям устройство характеризуется быст­родействующей коммутацией.

Выходной сигнал появляется, когда имеет место сигнал акти­визации а:

S =а

Если питание Р заменено на сигнал b, то в таком случае этот элемент отвечает функции «И»:

S = аb

Фазная память

Рис. 9.1. Модульный блок.

Фазная память является частью модульного блока и основ­ным элементом системы пневмоавтоматизации по одинарному циклу. Каждой фазе цикла отвечает один элемент памяти блока или, иначе, фазная память. Последняя выдает команду на выпол­нение движения, соответствующего данной фазе, и затем получает сигнал о производственной отработке движения. Каждая фазная память размещена на своем основании. Каждое основание содер­жит ячейку «ИЛИ» и «И». Элементы фазной памяти соединяются

друг с другом автоматически, через свои основания, в ходе функ­ционирования пневмоблока. (см. рис. 9.1). Через весь пневмоблок проходят:

• коллектор давлений Р, питающий, начиная с головной сек­ ции блока, все элементы памяти;

• коллектор сброса на ноль Р1 , также соединенный с голов­ ной секцией блока.

Будучи составным элементом пневмоблока, фазная память закрепляется на основании.

Каждая фазная память содержит:

• 2 внешних соединителя;

• элемент идентификации данной фазы;

• фазный индикатор;

• органы ручного управления фазой:

• перевод в состояние 1;

• перевод в состояние 2.

Функционирование. Фазная память переводится в состояние 1 сигналом с ячейки "И" предшествующего элемента памяти. Выход данного элемента фазной памяти обеспечивает три действия:

1. Генерируется сигнал управления 8, предусмотренный для данной фазы цикла.

2. Сбрасывается на нуль через ячейку "ИЛИ" предшествую­ щая память.

3. Подается сигнал на вход элемента "И".

По окончании движения, вызываемого сигналом 8, ответный сигнал поступает на другой вход ячейки "И", с которой подается сигнал перевода в положение 1 следующей фазной памяти.

Конструктивно состав пневмоблока (набора управляющих движений), выполненный из готовых элементов, состоит из эле­ментов фазной памяти + 2 оконечных элемента + элементы от­ветвления (если надо) (см. рис. 9.2).

Рис. 9.2

а) элемент вхождения в цикл;

б) элемент выхода из цикла;

Р - вход в коллектор давления, питающий , начиная с голов­ной секции все элементы

К - вход в коллектор сброса на ноль, также соединенный с головной секцией блока

Преимущества модульной схемы:

• Выполнение последовательного цикла является простей­шим.

• Отработка последовательного цикла визуализируется: в ка­ ждый момент времени визуальный индикатор показывает актив­ ную фазу блока.

• Цикл может отрабатываться только в предусмотренном по­ рядке, случайный ответный сигнал не может произвести возму­ щающего действия (только ячейка "И" активной фазы находится в состоянии пропускания).

Типичный пример использования: при использовании много­позиционного пневмоблока (см. рис.9.1), рассмотренного в данном примере, выполнение последовательного цикла является простой задачей (настоящий пример является

"схематическим "). Данная типичная пневматическая машина имеет:

• цилиндр "А" для перемещения заготовки;

• цилиндр "В" для формирования заготовки;

• цилиндр "С" для выталкивания изделия.

Для цилиндра "А":

"А+" означает выдвижение штока поршня;

"А-" означает обратное движение штока .

Сигнал "а+", подаваемый на золотник цилиндра "А" есть ко­манда на выполнение движения " А+" .

Сигнал "а-", подаваемый на золотник цилиндра "А" есть ко­манда на выполнение движения "А-" .

Цилиндру «А» приданы два концевых выключателя «а1» и «а0».

Выключатель «а0» есть концевой выключатель, который яв­ляется «задействованным», когда машина находится в состоянии покоя.

1. Простые циклы Цикл

1. Перемещение заготовки А+;

2. Форматирование заготовки В+;

3. Возврат «В» В-;

4. Выталкивание С+;

5. Возврат «С» С-;

6. Возврат «А» --А-.

Каждой фазе цикла соответствует фазная память блока. Для выполнения отработки вышеописанного цикла требуются шесть элементов фазной памяти.

Схема соединения пневмоблока является, таким образом, простейшей:

- с выходом каждой фазной памяти подается непосредствен­ но команда на выполнение движения, отвечающая данной фазе;

- ответный сигнал, показывающий окончание операции, по­ступает на вход соответствующей фазной памяти (см. рис. 9.3).

Рис. 9.3 Структурная схема простого цикла.

2. Циклы с повторными движениями

Некоторые движения можно повторять несколько раз в рам­ках одного и того же цикла.

Пример: несколько выдвижений и обратных движений штока поршня в рамках одного и того же цикла.

№ фазы движение

1. А+

2. В+

3. А-

4. С+

5. А+

6. А-

7. С-

8. В-

С целью избежания нежелательных соединений между фаза­ми, которым отвечает одно и то же движение, следует

изолироватьвыходы элементов фазной памяти с использование дополнитель­ной функции «ИЛИ» (см. рис. 9.4).

Рис. 9.4 Структурная схема цикла с повторным движением.