Конспект для заочников Сташков

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Кафедра Автоматизации технологических процессов и производств

Алгоритмизация и проектирование систем логического управления

Краткий конспект лекций для студентов заочного отделения

1

Вопрос №1.

Классы характерных задач, решение которых требует выполнения определенной последовательности логических переключений.

Актуальность задачи программной реализации логических операций.

Укажем три характерных класса производственных задач, решение которых требует выполнения определенной последовательности логических переключательных операций:

1)совместная работа однотипного, оборудования (например, согласование циклов работы отдельных аппаратов, работающих параллельно на один коллектор в различных химических производствах, в частности, задача замены оборудования при выводе аппаратов на регенерацию и в резерв);

2)осуществление оптимальных в смысле экономии времени и эксплуатационных затрат пуска и остановки оборудования (например, осуществлена; пуска энергетического блока мощностью 200—300 МВт тепловой электростанции);

3)защита агрегатов в случае возникновения аварийных ситуаций в ходе эксплуатации (например, обеспечение безопасности работы при разгоне паровой турбины).

В некоторых случаях весь процесс состоит в реализации, заданной последовательности переключательных (как в случае 1), а в других — процессы переключательного типа являются лишь частью всего производственного процесса (как в случаях 2 и 3); существуют процессы переключательного типа, сочетающие все три случая. Указанный класс задач управления занимает существенное место при решении проблем автоматизации и оптимизации промышленных производств в энергетике, машиностроении, металлургии, химической промышленности и др.. Это обусловлено широким распространением класса переключательных процессов в этих отраслях промышленности.

Управление производственными процессами переключательного типа осуществляется в соответствии с некоторой оптимальной стратегией переключения, полученной виде логического алгоритма управления. Особенности алгоритмов такого типа обусловлены дискретным характером решаемых задач, и потому управление производственными процессами переключательного типа, обеспечивающее осуществление необходимы логических операций при переключении оборудования и задаваемое с помощью моделей, называют логическим управлением. Для составления формализованного описания данного производственного процесса переключательного типа с последующей реализацией по нему логического управления широко используют аппарат дискретной математики.

Идея программной реализации автоматов, обусловлена современными тенденциями развития автоматизации управления производством и дальнейшего совершенствования промышленных АСУ ТП путем боле эффективного использования ЭВМ.

Актуальность задачи программной реализации автоматов обусловлена рядом объективных причин, среди которых необходимо подчеркнуть следующие:

1)стремление использовать постоянно включенную в контур управления промышленным производством ЭВМ одновременно и для реализации логического управления процессами переключательного типа (так как в современных промышленных АСУ используются вычислительные машины позволяющие совмещенное решение большого круга задач управления);

2)значительная мобильность программно реализованных автоматов, заключающаяся

вбольших возможностях их перенастройки (без изменения структуры самого автомата). Такая необходимость возникает, в частности, при производстве многоассортиментной

2

продукции, при изменениях в технологии данного производства, а также при замене или модернизации производственного оборудования;

3) возможность осуществления логического управления быстропротекающими процессами в реальном масштабе времени, обусловленная большими возможностями современных средств вычислительной техники.

Вопрос №2.

Понятие операции. Завершение операций, виды операций.

Операция, реализуемая в технологическом объекте – это развернутое во времени целенаправленное действие, которое характеризуется своей целью и способом достижения этой цели.

Операция завершается:

-либо по достигши поставленной цели (доведение параметров объекта до заданных значений, перемещение рабочих органов в требуемые положение и т.д.),

-либо по истечении отведенного для нее времени,

-либо под влиянием внешних событий, прерывающих операцию.

Множество различных операций, реализуемых в технологическом объекте, конечно. При этом операции могут повторяться неограниченное число раз.

Операции могут быть параллельными и последовательными.

Если две операции могут выполняться одновременно (на разном оборудовании технологического объекта), то они называются параллельными.

Когда начало одной операции совпадает с концом другой операции, то такие операции – последовательные.

Вопрос №3.

Понятие дискретного процесса, виды дискретного процесса. Условия, характеризующие дискретный процесс.

Условия корректности процесса.

Дискретным процессом, реализуемым в технологическом объекте, назовем конечное множество операций на котором заданы бинарные отношения параллельных и последовательных операций. Дискретный процесс всегда имеет начало и конец, и соответственно в нем фиксируется подмножество начальных и подмножество финальных операций.

Дискретный процесс, в свою очередь, может быть циклический и конвейерный. Циклический – если начальная стадия процесса следует за финальной. Конвейерный – если начальные стадии могут следовать до завершения процесса другой стадии.

Введем два условия, которым должен удовлетворять дискретный технологический процесс, как циклический, так и конвейерный.

1.Любая операция может быть повторно начата только после своего завершения, т.е. исключается инициировании операции во время ее выполнения. Приведем пример нарушения этого условия.

Пусть операция обработки на станке связана с перемещением инструмента, вначале быстрым, а затем медленным с точной остановкой в заданном положении. Если во время медленного перемещения повторно инициировать операцию и включить быструю подачу, то это приведет к поломке инструмента либо браку изделия.

2.Дискретный процесс, начавшись, всегда может быть доведен до конца: в ходе его выполнения не должно возникать «тупиковых» ситуаций, не имеющих продолжения.

Пусть, например, дискретный процесс содержит следующий фрагмент: «запускается или операция А, или операция В, далее после завершения как операции А, так и операции

3

В начинается операция С». Но ведь запуск А исключает запуск В и наоборот, поэтому завершения А и В никогда не произойдет и операция С не начнется. Приведенный фрагмент дискретного процесса соответствует тупиковой ситуации и, следовательно, недопустим.

Дискретный процесс, как уже говорилось, реализуется в технологическом объекте и представляет собой один из возможных вариантов поведения этого объекта.

Процесс будем считать корректным, если,

-во-первых, он соответствует приведенным выше двум условиям, и,

-во-вторых, согласован с возможностями того технологического объекта в котором протекает.

Характерной чертой рассматриваемых процессов является то, что они полностью детерминированы, т. е. задана (описана) в явном виде логика их функционирования. Следовательно, задана и логика управления, определяющая оптимальную стратегию переключения производственного оборудования при выполнении производственной задачи, для решения которой предназначен данный процесс. Выбор оптимальной стратегии переключений, основанной на анализе возможных ситуаций, возникающих в ходе использования оборудования в разных режимах, первоначально формулируется в виде словесного предписания (т. е. в виде технических условий — технологического регламента). Обязательным требованием к этому технологическому предписанию

является его непротиворечивость и полнота задания законов функционирования описываемого процесса типа Пп. Однако существование такого предписания является необходимым, но недостаточным для разработки средств логического управления, так как нужна и определенная степень формализации описания функционирования управляемого процесса. Таким образом, встает задача алгоритмизации объектов логического управления. После этого приступают к разработке средств логического управления.

Алгоритм управления должен предусматривать выполнение ряда условий, связанных с применением оборудования в различных технологических режимах (режимы пуска и остановки аппаратов, режимы нормальной эксплуатации, аварийные режимы).

Сложность и емкость возникающих на практике задач управления, большой объем информации, которым нужно располагать при использовании управляющих систем, ставит инженеров перед необходимостью применения аппарата дискретной математики как средства решения задач алгоритмизации процессов переключения.

В качестве информации о процессе применяются сигналы двух уровней, условно обозначаемых символами 0 и 1. Два уровня сигнала соответствуют двум возможным состояниям параметра.

Такая форма представления информации о процессе отвечает специфике задач автоматического пуска и защиты оборудования, поскольку отработка управляющие воздействий в системах переключения производится при условии перехода объекта в новое состоянии. Этот переход фиксируется при достижении параметрами, характеризующими состояние объекта, некоторого установившегося критического значения.

При пуске аппарата, например, из холодного состояния для проведения последующей операции необходимо достигнуть заданной степени прогрева. При этом выход контролируемой температуры на уровень принятой уставки можно рассматривать как переход аппарата и некоторого состояния обозначенного символом 0 в другое состояние, обозначаемо, символом 1. Первому состоянию соответствовало текущее

значение температурь tТЕК < tЗАД ; для второго состояния выполняется условие tТЕК ≥ tЗАД . В приведенном примере рассмотрены лишь два возможных состояния аппарата, поскольку для характеристики объекта использовался только один параметр. В общем случае состояние объекта в каждый момент времени характеризуется совокупностью дискретных (0 или 1) значений достаточно большого числа параметров и может быть

представлено таблицей состояний.

4

Вопрос №4.

Уравнения дискретных процессов без памяти и уравнения систем с памятью

Каждая строка таблицы состояний соответствует одному из возможных состояний объекта, для оценки свойств которого используется N параметров. В каждой строке фиксируется один из возможных наборов значений входных параметров x1, x2, …, xN и соответствующее им значение выходного параметра. В общем случае задача алгоритмизации процесса переключений сводится к отысканию функций вида

y1 = f1 (x1 , x2 ,..., x j ,..., xN )
y2 = f2 (x1, x2 ,..., x j ,..., xN )
	(1)
......................................
yM	= fM (x1 , x2 ,..., x j ,..., xN )
обеспечивающих выполнение	заданных логических соотношений между

совокупностью значений входных параметров x1, x2, …, xN и управляющих (выходных) параметров y1, y2, …, yM.

Большинство встречающихся на практике логических автоматов относится к категории систем управления с памятью, в которых набор выходных сигналов, вырабатываемых в некоторый отрезок времени, зависит не только от входных сигналов, поданных в тот же момент, но и от сигналов, поступивших ранее. Эти предшествующие внешние воздействия фиксируются в автомате путем изменения его внутреннего состояния. Реакция такого автомата определяется как поступившим набором входных сигналов хt, так и его внутренним состоянием zt в данный момент.

Характерной особенностью систем с памятью является наличие обратных связей в структуре автомата. Существование обратных связей учитывается также в системе уравнений (2), соответствующей и алгоритму управления системы с памятью:

y1,t+1 = f1 (x1 , x2 ,..., x j ,..., xN ; z1,t , z2,t ,..., zM ,t )

y2,t+1	= f2 (x1 , x2 ,..., x j ,..., xN ; z1,t , z2,t ,..., zM ,t )
	(2)
......................................
yM ,t+1	= fM (x1, x2 ,..., x j ,..., xN ; z1,t , z2,t ,..., zM ,t )

Как правило, алгоритмы процессов переключения разрабатываются в терминах дискретной математики на основе анализа логических взаимосвязей параметров и выбранной стратегии управления.

5

Вопрос №5.

Структурная схема ЛСУ. Назначение элементов, принцип работы.

6

Вопрос №6.

Таблицы истинности. Релейные и переключательные схемы: структура, назначение.

7

8

Вопрос №7.

Понятия высказывания, лингвистической переменной. Истинность, ложность и бессодержательность высказываний. Понятие предикат.

9

Вопрос №8.

Логические операции над высказываниями. Законы и свойства логических операций.

10